傳統(tǒng)的硝化反硝化脫氮工藝是通過硝化過程使氨氮轉(zhuǎn)化為NO3--N, 然后通過反硝化過程使NO3--N 還原為N2來降低處理水中TN 濃度?國(guó)內(nèi)外的很多研究表明,可以通過控制硝化過程,使微生物氧化氨氮生成中間體NO2--N, 然后利用NO2--N 進(jìn)行還原反應(yīng)生成N2,即短程硝化反硝化〔1-2〕?與傳統(tǒng)的硝化反硝化相比,短程硝化反硝化具有以下優(yōu)點(diǎn)〔3〕:可節(jié)省供氧量約25%,能耗低;可節(jié)省反硝化碳源約40%, 在C/N 值一定的情況下能提高對(duì)TN 的去除率;可減少污泥生成量約50%;可減少硝化過程堿的需求量;反應(yīng)時(shí)間短,可減少反應(yīng)器容積?實(shí)驗(yàn)利用低DO 和高pH 作為選擇條件實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化,并通過改變條件以求尋找短程硝化發(fā)生轉(zhuǎn)變的條件,該實(shí)驗(yàn)研究具有理論探討和實(shí)踐應(yīng)用的雙重意義?

　　1 材料與方法

　　1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及流程

　　實(shí)驗(yàn)采用一小型SBR(Sequencing Batch Reactor,序批式間歇反應(yīng)器),見圖1?

?圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

　　實(shí)驗(yàn)裝置的材質(zhì)為有機(jī)玻璃,反應(yīng)器尺寸為:30 cm×20 cm×30 m,有效水深為20 cm,總有效容積為12 L?采用鼓風(fēng)微孔曝氣,通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制曝氣量?每個(gè)周期包括進(jìn)水?曝氣?沉淀?排水?閑置5 個(gè)階段?

　　1.2 實(shí)驗(yàn)進(jìn)水及接種污泥

　　為穩(wěn)定和方便控制實(shí)驗(yàn)條件,實(shí)驗(yàn)采用人工配制模擬氨氮廢水,其組成見表1?其中微量元素溶液的組成(g/L) 為:MnCl2·4H2O 0.20,NaMoO4·2H2O0.11,CoCl2·6H2O 0.20,ZnSO4·7H2O 0.10,NiCl2·6H2O0.04,FeCl3·6H2O 0.24?

　　1.3 分析項(xiàng)目與檢測(cè)方法COD:重鉻酸鉀法;NH3-N:納氏試劑光度法;NO3--N:紫外分光光度法;NO2--N:N-(1-萘基)-乙二胺光度法;MLSS:重量法;pH:pH 計(jì);DO:DO 測(cè)定儀?實(shí)驗(yàn)用藥品均為分析純?

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 短程硝化反應(yīng)器的啟動(dòng)短程硝化反硝化污泥是在先期培養(yǎng)成熟的硝化反硝化污泥基礎(chǔ)上,通過改變反應(yīng)條件,引起亞硝化菌同硝化菌之間的競(jìng)爭(zhēng),導(dǎo)致他們?cè)鲋车牟黄胶?從而發(fā)生硝化過程的動(dòng)力學(xué)選擇?一般認(rèn)為〔4〕,亞硝化菌的適宜pH 為7.0~8.5, 這時(shí)硝化速率會(huì)達(dá)到最大值, 當(dāng)pH 超過這一范圍時(shí), 硝化速率會(huì)降低,而硝酸菌最適宜的pH 在6.0~7.5 之間?因此可以利用2 類細(xì)菌的適宜的pH 范圍的不同, 來淘汰硝酸菌?實(shí)驗(yàn)通過向進(jìn)水中投加碳酸氫鈉來調(diào)節(jié)進(jìn)水pH 在8.5 左右, 使得硝化過程中pH 能維持在7.7~8.6 左右?

　　另外參考亞硝酸細(xì)菌的飽和常數(shù)K0為0.2~0.4mg/L,硝酸細(xì)菌的K0為1.2~1.5 mg/L,以及文獻(xiàn)〔5〕的研究結(jié)果,確定好氧反應(yīng)的溶解氧在0.35~0.8mg/L?馴化過程歷經(jīng)24 d,馴化期間進(jìn)水(進(jìn)水結(jié)束后反應(yīng)器中混合液)氨氮質(zhì)量濃度由開始的50.2mg/L 逐漸升高到120.7 mg/L?馴化期間進(jìn)水氨氮增加過程中出水氨氮的變化及氨氮去除率的變化如圖2 所示,亞硝酸鹽的積累情況如圖3 所示?

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　　由圖2 可以看出,馴化初期,由于采用較低的曝氣量,氨氮的去除率略有下降,但仍然在80%以上,并且很快得到恢復(fù), 至第5 天,NH4+-N 去除率已達(dá)到91.3%,出水NH4+-N 在10 mg/L 以下?表明前期全程硝化污泥的培養(yǎng)比較成熟?隨后每提高進(jìn)水NH4+-N,NH4+-N 去除率均會(huì)在略有下降后迅速恢復(fù)?至第24 天,進(jìn)水NH4+-N 為120.7 mg/L 時(shí),出水NH4+-N 為5.6 mg/L,NH4+-N 去除率為94.9%?

　　結(jié)合圖2?圖3 可知,隨著進(jìn)水NH4+-N 的升高,曝氣結(jié)束時(shí)亞硝化率不斷升高,至第18 天,亞硝化率達(dá)到52.9%,初步實(shí)現(xiàn)短程硝化,至第24 天,亞硝化率達(dá)到90.7%, 表明短程硝化已經(jīng)達(dá)到了較高的水平?

　　2.2 短程硝化反硝化的穩(wěn)定性

　　2.2.1 提高曝氣量對(duì)短程硝化的影響

　　短程硝化實(shí)現(xiàn)后,為了提高硝化速率,縮短反應(yīng)時(shí)間,逐漸提高曝氣量至30?45 L/h,并實(shí)時(shí)控制曝氣時(shí)間,考察高曝氣量對(duì)短程硝化的影響,結(jié)果如圖4 和圖5 所示?其中實(shí)驗(yàn)進(jìn)水NH4+-N 為85 mg/L 左右,pH 為8.3 左右?

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　　由圖4 可知,隨著曝氣量的提高,硝化反應(yīng)結(jié)束的時(shí)間逐漸提前,曝氣量為30 L/h 時(shí),硝化反應(yīng)時(shí)間約為330 min 左右,曝氣量為45 L/h 時(shí),硝化反應(yīng)時(shí)間縮短至270 min 左右,大大提高了硝化速率?不過亞硝化率卻有所下降,亞硝化率從曝氣量為30L/h 時(shí)的82.4%降至45 L/h 時(shí)的74.3%,說明還沒有把硝酸菌完全淘汰出去, 所以對(duì)菌種的選擇是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化的關(guān)鍵?

　　結(jié)合圖4?圖5 可知,實(shí)時(shí)控制過程中,不同曝氣量下的pH 具有相似的變化規(guī)律,并且pH 的變化曲線與氮元素的轉(zhuǎn)化有很好的相關(guān)性,可以根據(jù)pH的變化特征點(diǎn)控制短程硝化反硝化反應(yīng)過程?

　　2.2.2 降低進(jìn)水pH 對(duì)短程硝化的影響

　　將進(jìn)水pH 從8.57 逐漸降低至7.21, 進(jìn)水NH4+-N 維持在80 mg/L 左右,曝氣量為40 L/h,運(yùn)行15 d,亞硝酸鹽積累情況如圖6 所示?

?　　由圖6 可知,隨著進(jìn)水pH 的不斷降低,亞硝化率并沒有下降,一直維持在85%以上,說明前期的高pH 運(yùn)行成功抑制了硝酸菌的生長(zhǎng), 系統(tǒng)中亞硝酸菌占據(jù)著絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 一旦實(shí)現(xiàn)了短程硝化便會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定下來,即使在較低的pH 條件下,也不會(huì)破壞短程硝化的穩(wěn)定性?

　　2.2.3 定時(shí)控制對(duì)短程硝化的影響

　　為考察定時(shí)曝氣對(duì)短程硝化的影響, 將實(shí)時(shí)控制改為定時(shí)控制?結(jié)合前期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),固定硝化反應(yīng)時(shí)間為420 min,進(jìn)水NH4+-N 為80 mg/L 左右,進(jìn)水pH 為8.0 左右?運(yùn)行6 d,定時(shí)控制對(duì)短程硝化的影響如圖7?圖8 所示?

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?　　結(jié)合圖7?圖8 可知,系統(tǒng)第5 天還處于短程硝化狀態(tài),第6 天就已經(jīng)向全程硝化轉(zhuǎn)化,亞硝化率只有40.7%?之所以過度曝氣會(huì)造成亞硝化率的下降,原因可能是由于:(1)反應(yīng)器開始時(shí)即存在少量硝酸菌, 一旦外界環(huán)境有利于其生長(zhǎng)便會(huì)迅速繁殖;(2)短程硝化的產(chǎn)物為亞硝態(tài)氮, 而硝酸菌生長(zhǎng)所利用的底物正好是亞硝態(tài)氮;(3)硝酸菌和亞硝酸菌均是好氧菌, 當(dāng)短程硝化結(jié)束時(shí)繼續(xù)曝氣將為硝酸菌氧化亞硝酸鹽氮提供充足的溶解氧?實(shí)驗(yàn)表明,實(shí)時(shí)控制對(duì)于維持短程硝化是十分重要的?具體參見污水技術(shù)資料更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　(1)在全程硝化反硝化的基礎(chǔ)上,通過降低溶解氧和提高進(jìn)水pH, 經(jīng)過24 d 的馴化,成功實(shí)現(xiàn)了短程硝化反硝化,NH4+-N 去除率達(dá)到94.9%, 亞硝化率達(dá)到90.7%?

　　(2)曝氣量由30 L/h 提高到45 L/h,硝化反應(yīng)時(shí)間則從約為330 min 縮短至270 min,大大提高了硝化速率,而亞硝化率由82.4%降至74.3%?

　　(3)進(jìn)水pH 從8.57 逐漸降低至7.21,亞硝化率并沒有下降,一直維持在85%以上,說明前期的高pH 運(yùn)行成功地抑制了硝酸菌的生長(zhǎng)?

　　(4)過度曝氣容易引起短程硝化向全程硝化的轉(zhuǎn)變, 過度曝氣6 d 后, 硝化類型由亞硝化率為90.7%的短程硝化轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯趸蕿?0.7%的全程硝化?