江蘇農業科學２０１３年第４１卷第６期一３１５一
王冰冰，曹文平，張雁秋，等．不同ｐｈ值條件下３種不同碳源釋碳效果的比較［ｊ］．江蘇農業科學
不同ｐｈ值條件下３種不同碳源釋碳效果的比較
王冰冰 ，曹文平 ，張雁秋 ，許
強（１．中國礦業大學江蘇省資源環境資訊工程重點實驗室，江蘇徐州２２１１１６；２．徐州工程學院環境工程學院，江蘇徐州２２１１１１）
摘要：通過靜態有機碳釋放的研究方法，在溫度為值為的情況下，對比研究了
稻稈、海藻酸鈉包埋稻草末球、海藻酸鈉包埋稻稈球３種不同碳源的釋碳規律和釋碳效果（以ｃｏｄ值計）。結果表明：
海藻酸鈉包埋稻稈球的釋碳效果最好，在ｐｈ值為７．０時，１６８ｈ內碳源釋放量為稻稈的釋碳效果最
差，碳源釋放量最高僅為值的變化對稻稈和海藻酸鈉包埋稻末球的釋碳效果影響很小，但是對海藻酸鈉包埋稻稈球的影響很大。對結果的進一步分析認為：由於海藻酸鈉包埋稻稈球中混入了微生物，微生物的活動大大增強了難降解纖維物質的分解作用，同時包埋作用使其氧氣濃度擴散受阻而呈厭氧狀態，從而利於纖維素分解菌的工作，所以其釋碳效果好於稻稈和海藻酸鈉包埋稻末球；因為微生物的活動易受外界因素影響，所以ｐｈ值的變化對海藻酸鈉包埋稻稈球的釋碳效果影響較大。
關鍵詞：碳源；釋碳效果；海藻酸鈉包埋；稻草中圖分類號：ｓ２１６．２
文獻標誌碼：ａ
文章編號
依據生物反硝化理論，碳源是異養反硝化的必需物質，而還可以作為微生物的載體，為微生物提供乙個穩定的環境。碳源材料的釋碳效果直接影響反硝化反應的效果，因此碳源
目前已有不少研究表明：以富含纖維素的固體有機物作為反物質的選擇尤為重要。目前的外加碳源可大致分為兩類：一
硝化碳源，可以獲得很好的硝酸鹽去除效果
。以富含纖
是以低分子有機物和醣類作為液體碳源，又被稱為傳統碳源；維素物質作為載體和碳源時，其碳源釋放量存在先快後慢的二是可持續充當碳源的富含纖維素物質和人工合成的可降解特點，從而也存在碳源供給的先多後少等問題，因此導致以下的高分子有機物，也叫新型碳源。其中富含纖維素物質由於
問題：（１）初期因碳源量過大而汙染水體；（２）後期因碳源枯取材廣闊、經濟廉價等優勢而被廣泛關注，因此成為反硝化外竭而使反硝化效果受阻。目前富含纖維素物質的碳源釋放量
加碳源的研究熱點，如稻殼…、棉花 、竹子 ｊ，木屑等。和碳源釋放規律以及碳源釋放的調控方法成為研究的重點和富含纖維素物質不僅可以充當反硝化作用的碳源物質，而且
難點。本研究以稻稈、海藻酸鈉包埋稻末球和海藻酸鈉包埋
稻稈球作為備選碳源材料，採用靜態有機碳釋放的方式，以單收稿日期
位質量稻稈（末）釋放的化學需氧量（ｃｏｄ值）作為有機碳釋**專案：**高校基本科研業務費專項資金（編號住房與城鄉建設部科技計畫（編號：２０１２一ｋ７—１４）；江蘇省自然放的衡量指標，評價備選碳源的釋碳效果。
通過對相同物質科學**（編號徐州工程學院創新創業**（編號：（稻草）的３種不同碳源形式的釋碳效果和特徵進行分析，為２０１２１１９）；江蘇高校優勢學科建設工程。
稻草物質釋碳效果分析和調控提供一定參考。作者簡介：王冰冰（１９８９一），男，安徽宿州人，碩士研究生，主要研究
１材料與方法方向為水汙染控制工程
通訊作者：張雁秋，教授，博士生導師
１．１試驗材料
ｅｄｕ．ｃｎ０
稻草取自徐州工程學院附近的村莊，將稻草去葉並保留
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江蘇農業科學２０１３年第４ｌ卷第６期
然後再放入ｃａｃｉ：溶液中成球，製作成直徑大約３ ｅｍ的海藻酸鈉包埋稻草球（海藻酸鈉包埋稻末球的製作方式同海藻酸鈉包埋稻草球）。為了獲得最佳成球效果，設定ｓａ濃度（質量體積比）梯度為
秸稈，然後用剪刀剪成１—３ｃｍ長的小段；沸水煮０．５ｈ後放入乾燥箱中，９５℃下乾燥２ｈ，６５℃下乾燥２４ ｈ，儲存在乾燥
箱內；取部分乾燥好的稻稈，在粉碎機中粉碎成１～２ ｌｎｍ的稻末後儲存在乾燥箱內。活性汙泥取自中國礦業大學校園內的汙水處理廠，取回後培養待用。１．２ ３種不同碳源的製作及優選
ｃａｃ１：濃度（質量體積比）梯度為小球製作完成後在ｃａｃ１：溶液中浸泡４ ｈ，取出沖洗後晾乾，然後靜水浸泡１０ ｄ，每１ｄ換水１次，觀察小球的形態變化。
１０ ｄ後小球的成形情況見表１。
將烘乾後的稻草剪成５ｍｍ左右的稻稈，用手捏成球形，做成小核。把小核放人海藻酸鈉（ｓａ，分析純）溶液中浸泡，
表１不同濃度的海藻黢鈉氯化鈣包埋球１ｏ ｄ後的物理狀態
經過１０ ｄ的靜水浸泡試驗的包埋球都出現了破裂，ｃａｃ１：濃度越低出現的破裂越嚴重的包埋球出現破裂，
源釋放速度出現先快後慢的現象是因為：開始時ｃｏｄ值增長較快，主要與一些易溶於水的有機物和易降解的有機物有關，即是由一些易溶於水的氨基酸類和一些吸附在稻草稈表面的有機物脫離溶於水中造成的；之後隨著碳源材料內部物質的進一步分解、釋放到水體中，難降解纖維不斷積累，材料分解受到抑制，因此分解速度放緩並逐漸達到乙個平衡狀態 。當ｐｈ值為７．ｏ時，釋碳效果最好，ｃｏｄ值最高可達到值為６．５時，釋碳效果最差，其ｃｏｄ值最高為值為７．５、８．０時，釋碳效果幾乎相同，其ｃｏｄ值最大值分別為由此可見，ｐｈ值變化對稻稈的釋碳效果影響不是很大。
而的包埋球外形完好，手指輕壓則出現破裂，抗衝擊性比較差的包埋球組外形完好，指壓時破裂，抗衝擊性差的小球抗衝擊較好，指壓不破，有彈性。但是組的小球硬度比組的
強。當ｓａ濃度增加到時，ｃａｃ１：濃度為的小球硬度都明顯高於的小球。但當小球硬度增加時，小球表面緻密性也會
隨著增加，這不利於小球的傳質性，因此選出ｓａ、ｃａｃ１：的最佳包埋濃度分別為５％、５％。
１．３碳源釋放的試驗設計
稱取５ ｇ稻草稈，在曝氣條件下放入培養的活性汙泥中掛膜５ｄ，掛膜完成後取出並用手捏成球形，做成小核。然後製作成ｓａ濃度５％、ｃａｃ１：濃度５％的海藻酸鈉包埋稻稈球，萱８
時間（ｈ）
圖１稻草稈的釋碳特徵曲線
球徑約為３ｃｍ。稱取５ ｇ稻草末，用手將稻草末捏成小球狀，作為核心，製作成ｓａ濃度５％、ｃａｃ１：濃度５％的海藻酸鈉包埋稻末球，球徑約為３ｃｍ。
稱取５ ｇ稻草稈，連同做好的海藻酸鈉包埋稻稈球、海藻酸鈉包埋稻末球一同作為３個試驗組。將海藻酸鈉包埋稻稈球、海藻酸鈉包埋稻末球、５ｇ稻草稈分別放入３個１ｌ的具塞三角瓶內，各加入５００ｍｌ去離子水浸
２．２海藻酸鈉包埋稻末球釋碳效果分析
海藻酸鈉包埋稻末球的釋碳特徵曲線見圖２，可以看出
泡，設定３種不同的碳源釋放方式：（１）靜水浸泡稻稈；（２）靜水浸泡海藻酸鈉包埋稻末球；（３）靜水浸泡海藻酸鈉包埋稻
ｐｈ值不同的４個試驗組的海藻酸鈉包埋稻末球的釋碳特徵曲線幾乎吻合，這說明ｐｈ值對海藻酸鈉包埋稻末球的釋碳效果影響不是很大。由圖２還可以看出，４個試驗組的海藻酸鈉包埋稻末球的釋碳速度在前７２ ｈ內較快，之後放緩至最
稈球；試驗溫度控制在每組內分別設定ｐｈ值為
的４個梯度。在第取樣，測定水樣中ｃｏｄ值。
２結果與分析
終平穩。ｐｈ值為７．５時，海藻酸鈉包埋稻末球的釋碳效果最
好，ｃｏｄ值最高時達到值為６．５時，釋碳效果最差，ｃｏｄ值最高時為但是遠遠高於稻稈最高時的剛開始時稻稈的釋碳效果和海藻酸鈉包埋稻末球的釋碳效果相當，在第１、２ ｈ測量ｃｏｄ值
發現，稻稈在這２個時間的最低、最高ｃｏｄ值分別為３８、
２．１稻草稈釋碳效果分析
由稻草稈釋碳特徵曲線（圖１）可以看出：ｐｈ值為６．５、７．０的試驗組稻稈在７２ｈ內的釋碳速度較為迅速，７２ ｈ以後
海藻酸鈉包埋稻末球在速度放緩，曲線近乎平穩；ｐｈ值為７．５、８．０的試驗組稻稈在４１
內的釋碳速度較為迅速，９６ｈ以後也趨於平緩。推測碳這２個時間的最低、最高ｃｏｄ值分別為３５、
江蘇農業科學２０１３年第４１卷第６期
３結論與討論
一３１７—
以後，海藻酸鈉包埋稻末球的釋碳量就開始高於稻稈了。之所以出現這種情況，可能是海藻酸鈉包埋稻末球的稻末外面包裹了一層膜，由於分子透過膜需要
一在溫度保持（２７±１）℃不變的情況下，稻草稈和海藻酸
定的時間，所以在開始時直接接觸浸泡液的稻稈的ｃｏｄ值鈉包埋稻末球的釋碳效果受ｐｈ值影響較小，海藻酸鈉包埋稻稈球的釋碳效果受ｐｈ值影響作用最大。相對於其他ｐｈ值條件，ｐｈ值為７．０時，稻草稈和海藻酸鈉包埋稻稈球釋碳
上公升快，而被膜包裹的稻末ｃｏｄ值上公升慢；等到包埋膜由於浸泡出現彈性後，其通透性增加，有機物通過速率加快，海藻酸鈉包埋稻末球的ｃｏｄ值就出現了快速增長。蠆莖
ｕ時間（ｈ）
圖２海藻酸鈉包埋稻末球的釋碳特徵曲線
２．３ 海藻酸鈉包埋稻稈球釋碳效果分析
由海藻酸鈉包埋稻稈球釋碳特徵曲線（圖３），可以看出：
４個不同ｐｈ值試驗組的特徵曲線總體呈上公升趨勢，即ｃｏｄ值不斷增加。這與稻稈和海藻酸鈉包埋稻末球的釋碳特徵曲線不同，出現這種情況的主要原因在於微生物的作用。由圖３可以看出，海藻酸鈉包埋稻稈球釋碳特徵曲線在前１２ ｈ內
增長緩慢，可能由於海藻酸鈉包埋稻稈球包埋的稻稈在培養的活性汙泥中浸泡了５ ｄ，其表面的易溶有機物都已經溶於培養的活性汙泥系統中，剩下的都是一些難降解的有機物，因此在浸泡初期，海藻酸鈉包埋稻稈球ｃｏｄ值上公升較慢；在２４ ｈ時出現１個ｃｏｄ值的拐點，這是由於稻稈表面的微生物已經適應了環境，開始利用浸泡出的碳源來進行生命活動，從而導致ｃｏｄ值的下降，之後隨著微生物不斷分解難降解的有機物，ｃｏｄ值開始上公升，其中ｐｈ值為７．０時，海藻酸鈉包埋稻稈球釋碳效果最好，ｃｏｄ值最高可達值為６．５時ｃｏｄ值在整體上最低，最高只有值出現這種快速增加的原因主要有：（１）微生物的快速分解作用使得一些纖維性物質分解，釋放出大量的有機物；（２）由於浸泡液的體積隨著水樣每次的取出而減少，釋放等量的有機物時，濃度變化幅度變大。
４ｏ０３５０
雹５ｏ０ｏ２４
４８７２
９６１２０１４４１６８
時間（ｈ）
圖３海藻酸鈉包埋稻稈球的釋碳特徵曲線
效果最好，其ｃｏｄ值最高值分別為
值為７．５時，海藻酸鈉包埋稻末球的釋碳效果最好，ｃｏｄ值
最高達到
稻草稈和海藻酸鈉包埋稻末球的釋碳特徵曲線都呈現了先增長後平穩的趨勢，海藻酸鈉包埋稻稈球的釋碳特徵曲線
則整體呈現出不斷增長的現象，這表明海藻酸鈉包埋稻稈球在釋碳過程中不存在先急後緩的情況，這樣就有效地克服了新型碳源後期供碳不足的問題。
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