Page 212 - 《精细化工》2023年第9期

·2060· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

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2.9.3 粒径的影响 由图 12 可见， NO 3 -N 初始质量浓度为
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决定改性黄铁矿自养反硝化脱氮性能的一个关 18.00 mg/L，随 pH 增加，NO 3 -N 去除率呈先上升后
键参数是 SSA [31] 。减小粒径是增加颗粒 SSA 的最常 下降的趋势，在中性（pH=7.0）时脱氮速率最高
见方法，通过减小改性煅烧黄铁矿的晶粒尺寸可以 〔7.38 mg/(L·h)〕。当 pH 在 6.5~7.5 时，在 1.25 h
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显著提高反硝化速率。王维红等 [32] 的研究结果表 时基本都达到了反应平衡，NO 3 -N 去除率均在
明，粒径大小对污染物去除和微生物群落结构影响 90.00%以上，因此，反硝化最佳 pH 为 7.0。当 pH
显著。图 11 为不同粒径的改性黄铁矿的脱氮性能。 升高至 8.0 时，反应平衡时间变长，去除率开始下降，
从图 11 可以看出，当黄铁矿粉末粒径从微米尺度 脱氮速率开始变慢，可能是在此条件下有部分微生
10 μm 减小到纳米尺度 0.2 μm 时，反应所需时间从 物失活所致。FAJARDO 等 [34] 发现，脱氮硫杆菌脱
1.75 h 缩短至 1.00 h，接近反应终点，去除率从 氮效果在初始 pH 为 7.5 时最佳，这和本实验有些许
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88.40%提升至 98.50%，NO 3 -N 去除速率也随之从 差异，但都在中性条件附近，可能是环境不同所得
6.78 mg/(L·h)提高到 8.34 mg/(L·h)，脱氮性能明显提 菌种有差异。
高。这是因为，随着黄铁矿粉末粒径的减小其 SSA 2.9.5 温度的影响
随之增大，可以更好地促进质量传递以及提高黄铁 在微生物反硝化作用中，温度是不可忽略的影
矿的溶解速率，极大地提高了总体的反应速率。因 响因素，因此，探究了不同温度下改性黄铁矿的脱
此，粒径越小，SSA 越高，反硝化速率越高，选择 氮性能，结果如图 13 所示。从图 13 可以看出，当
黄铁矿粉末粒径为 0.2 μm。 温度从 20 ℃升高到 35 ℃时，反应平衡所需时间从
2.50 h 缩短到 0.75 h，NO 3 -N 去除率从 78.30%升至
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98.10%，脱氮速率呈增长趋势，在 35 ℃时达到最
大值 24.20 mg/(L·h)，这与 OH 等 [35] 的研究结果一致，
在 35 ℃下脱氮速率高于在 30 ℃下脱氮速率。然
而，温度达到 40 ℃时，反应平衡时间延长至 2.50 h，
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NO 3 -N 去除率也降至 79.60%，这可能是微生物中酶
失活所致 [36] 。与 KRLLY 等 [37] 发现 28~32 ℃内脱氮
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较优的结果相比，本实验在 25~35 ℃内对 NO 3 -N 均
有较高的去除速率，拓宽了温度范围。综上所述，
反硝化最佳温度为 35 ℃。

图 11 不同粒径的改性黄铁矿的脱氮性能
Fig. 11 Nitrogen removal performance of modified pyrite
with different particle sizes

2.9.4 pH 的影响
pH 可改变底物和菌体酶蛋白的带电状态 [33] ，
从而影响细菌对营养物质的吸收以及代谢过程中
酶活性，因此，考察 pH 对脱氮性能的影响，结果
见图 12。

图 13 不同温度下改性黄铁矿的脱氮性能
Fig. 13 Nitrogen removal performance of modified pyrite
at different temperature

2.9.6 最佳条件下改性黄铁矿的脱氮性能
在探究了不同理化因素对改性黄铁矿自养反硝
化性能的影响后，可以得到在平均粒径为 200 nm、
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投加量 500 mg/L、NO 3 -N 初始质量浓度为 18.50 mg/L、

pH=7.0、温度为 35 ℃的条件下，改性黄铁矿的脱氮
图 12 不同 pH 下改性黄铁矿的脱氮性能 性能达到最佳。对最佳条件进行一个验证实验，如图
Fig. 12 Nitrogen removal performance of modified pyrite
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at different pH 14 所示，最佳条件下反应在 0.75 h 终止，NO 3 -N 质