處理高濃度氨氮廢水硝化時亞硝酸鹽積累的研究

　1、介紹 

　　生物硝化－反硝化在廢水氨氮去除中使用普遍的工藝，龍其城市汙水。該工藝在高濃度氨氮工業(ye) 廢水處理的運用已經做了大量的研究。由於(yu) 氨氧化需要大量氧氣，曝氣在該係統中是主要的成本。

　　硝化反應分兩(liang) 步。*步氨氮在氨氮氧化菌作用下轉化為(wei) 亞(ya) 硝酸鹽。第二步亞(ya) 硝酸在氧化菌作用下轉化硝酸鹽（如圖1）。氧化1mol氨氮，氨氮氧化菌需要1.5mol的氧氣，亞(ya) 硝酸鹽氧化菌需要0.5莫爾氧氣。*硝化每mol氨氮中需要2莫爾的氧氣。這意味著短程硝化生成亞(ya) 硝酸鹽氮，每mol氨氮僅(jin) 需要1.5mol氧氣,暗示著短程硝化比*硝化可以節約25％的氧氣。

　　在反硝化過程中硝酸鹽轉化為(wei) 亞(ya) 硝酸鹽，然後轉化為(wei) N2O3、N2O，終生成氮氣。每一步都要消耗COD。如果考慮快速反硝化，短程硝化生成亞(ya) 硝酸鹽等，縮短了硝化意味著反硝化需要總的COD量減少了，因為(wei) 硝酸鹽轉化為(wei) 亞(ya) 硝酸鹽不需要COD。

　　由於(yu) 上述原因短程硝化生成亞(ya) 硝酸鹽有吸引力，因為(wei) 它導致在硝化過程中需氧量減少，節約了曝氣量；後麵反硝化減少了COD的需求。

　　為(wei) 了取得了短程硝化生成亞(ya) 硝酸鹽已經做了一些研究，但是那些成果適應於(yu) 低濃度氨氮廢水。目前還沒有研究高濃度氨氮，主要的問題是高濃度亞(ya) 硝酸鹽濃度，它會(hui) 抑製硝化菌。

　　為(wei) 了取得短程硝化有必要降低亞(ya) 硝酸氧化菌的活性而不影響氨氮氧化菌的活性。必須采取一些措施確保氨氮氧化菌的培養(yang) 有利條件。表1中動力學公式適合硝化菌，由於(yu) 各個(ge) 常數值不同，培養(yang) 基濃度、溫度、PH值和DO在不同時期對它們(men) 的活性的影響不同。另外，pH值在每步影響培養(yang) 基濃度，由於(yu) 酸堿平衡的發生了變化。

　　在那些變量中，基質濃度不是一個(ge) 運行參數，因為(wei) 在廢水處理中它是一個(ge) 客觀變量。溫度對兩(liang) 種類型細菌的生長率的影響不同：在高溫時氨氮氧化菌比亞(ya) 硝酸氧化菌有更高的生長率。在SHARON工藝後這是真正思想。然而在大多數情況下溫度在整個(ge) 反應器中是一個(ge) 不容易修改和控製的參數，主要是經濟角度考慮。因此PH值和DO濃度是主要運行變量去控製係統。

　　這篇論文的目的是研究PH值和DO濃度在硝化過程中對亞(ya) 硝酸鹽積累的影響，這樣的話，可以減少大量的曝氣量。而且本工藝在反硝化過程中額外地節約COD量。

　　         NH4++3/2O2  → O2-+H2O+2H+     氨氮氧化菌

　　         N02-+1/2O2  →NO3-             亞(ya) 硝酸氧化菌

　　動力學係數隨著溫度變化，這種關(guan) 係在這裏沒有考慮。際生長率；μmax：大實際生長率；KSH:未電離基質飽和係數；KIH：未電離基質抑製係數；[O2]：溶解氧濃度；e(AE/T):：離解基質平衡常數，AE是激活能量，T是溫度。

　　2、材料和方法

　　2.1 試驗搭建

　　活性汙泥單元由一個(ge) 有效容積2.5L反應器和外部沉澱器組成（圖2）。通過調整空氣流量來控製曝氣達到所需要得溶解氧濃度。通過加入濃度為(wei) 80g/L的NaHCO3溶液自動控製PH值，NaHCO3溶液用作PH緩衝(chong) 劑和硝化菌碳源。溫度保持在30℃，加入到反應器的汙泥來自於(yu) 一個(ge) 運行了一年多的硝化活性汙泥反應器。

　　圖2：活性汙泥單元實驗啟動示意圖：（1）進水池，（2）進水水泵，（3）重碳酸鹽容器，（4）重碳酸鹽水泵，（5）pH值控製器，（6）pH儀(yi) 表，（7）氣流管，（8）反應器，（9）反應器進水口，（10）反應器進水口，（11）反應器出水口。

　　啟動的反應器到穩定運行共運行了175天。水力停留時間為(wei) 5.7小時，如果該係統維持兩(liang) 天（4.2個(ge) 水力停留周期），可以認為(wei) 取得了穩定運行。人工廢水的氨氮濃度為(wei) 610mgN-NH4+/L，氨負荷率(NLR)為(wei) 3.3kg N-NH4+/m3.d。用自來水稀釋濃縮的人工廢水到所需要的濃度。濃縮氨氮廢水（10gN-NH4+/L）的成分如表2所示。在試驗開始時，pH和DO濃度分別保持在7.85和5.5mg/L。

　　70天後穩定運行取得，去除率沒有太大的變化。啟動後，pH值和DO濃度在逐步變化如表3所示。

　　*步研究，在7.85－6.35範圍內(nei) 逐步改變pH值，在各個(ge) PH值條件下有足夠的時間取得穩定運行。這個(ge) 研究結束後，反應器在pH值7.85下運行10天，為(wei) 了恢複微生物的活性。後，pH值在7.85－9.05（基本範圍）內(nei) 逐步變化。

　　PH的影響研究結束後，恢複反應器微生物的活性。第二步研究，DO濃度在5.5－0.5mg/L內(nei) 逐步變化。在每一條件下取得穩定運行。2

　　2.2 分析方法

　　氨氮分析使用離子選擇電子儀(yi) （檢測範圍95－12），硝酸鹽用220和275納米的紫外線吸收測定，亞(ya) 硝酸鹽用硫磺酸反應測定。DO濃度用氧電子儀(yi) （YSI-95,YSI公司），氨氮、硝酸鹽、亞(ya) 硝酸鹽每天測定，溶解氧每天測兩(liang) 次和生物量（VSS）每三天測一次。

　　3、結果與(yu) 討論

　　3.1 啟動

　　如圖3所示，氮負荷率（NLR）從(cong) 0.3kgN-NH4+/m3.d增加到3.3kgN-NH4+/m3.d，進水氨氮濃度從(cong) 260 mgN-NH4+/L增加到610mgN-NH4+/L，進水量從(cong) 3.8L/d增加到10.6L/d。pH自動控製在7.8至7.9之間。

在整個(ge) 試驗中保持生物濃度6.3gVSS/L，連續混合液流入（每天開始50）。如圖3所示，70天的氨氮負荷率和氨氮濃度保持不變，可以認為(wei) 穩定運行取得了。*硝化取得了，即馴化階段結束