常温下a/o工艺的短程硝化反硝化　|上海而立环保科技有限公司-凯发娱乐官网入口

常温下a/o工艺的短程硝化反硝化

1　试验装置与设备 

1.1　试验流程及设备
　　 a/o工艺模型主要由合建式缺氧—好氧反应器和竖流沉淀池组成，如图1所示。 

　　合建式反应器分为3个廊道，总有效容积为85l；沿池长方向设置若干成对的竖向插槽，配以相应大小的插板，可以将整个反应器沿池长方向分成若干个小格，在每个插板上开一个25mm的圆孔，安放时使相邻圆孔上下交错以防止发生短流；在反应器顶部布置环状曝气干管，并设置若干个小阀门，由橡胶管连接烧结砂头作为微孔曝气器，气量由转子流量计测量；根据缺氧段所占比例，选择安放若干搅拌器用于保持泥水混合均匀；在距池底20cm的高度上设置若干取样口。进水、污泥回流和内循环流量分别用3台蠕动泵控制。沉淀池的沉淀区呈圆柱形，直径为30cm；污泥斗为截头倒锥体，倾角为60°；采用中心管进水、周边三角堰出水方式。
1.2　原水
　　采用由黄豆粉、葡萄糖、nh4cl、kh2po4和nahco3与自来水配制的模拟生活污水。 
1.3　分析项目与方法
　　cod：重铬酸钾法；mlss：滤纸称重法；do、温度：wtwdo测定仪及探头；ph值：wtwi nolab ph level2和ntc30电极；no2--n,：n-(1-萘基)-乙二胺光度法；no3--n,：麝香草酚分光光度法；nh3-n：纳氏试剂分光光度法。 

2　结果及分析 

2.1　对nh3-n的去除率和no2--n的积累率
　　试验期间测得进水平均nh3-n浓度为40.21mg/l，对nh3-n的平均去除率为90.78%，出水中no2--n,占tn的比例平均为75.29%。
　　在前51天，出水中no2--n,含量占tn的50%以上(平均为87.36%)，维持了稳定的no2--n积累。第50～53天配制原水时以na2co3代替nahco3来提供碱度，使硝化类型发生显著变化，转化为全程硝化反硝化。从第54天开始配制原水时仍然以nahco3提供碱度，又出现了no2--n,积累现象，但是在其后的试验中no2--n,积累率不稳定。
2.2　温度的影响
　　试验启动后未进行温度控制，水温随室温的日变化为(±0.5)℃。在温度为18～25℃的变化区间内反应器no2--n的积累比较稳定，说明a/o工艺可实现常温硝化反硝化。
　　balmelle等认为在10～20℃时硝化菌属很活跃，无论游离氨(fa)浓度多大，no2--n的积累率都很低，此条件下温度对硝化菌活性的影响比fa对其抑制作用大。当温度为20～25℃时硝化反应速率降低而亚硝化反应速率增大。当温度＞25℃时fa对硝化菌的 抑制作用大于温度的作用，可能因fa的抑制造成no2--n的积累［1］。此外，由sharon工艺机理可知，亚硝化菌在数量上可能形成优势的温度范围为30～36℃［2］，而笔者试验中在18～25℃实现了短程硝化反硝化并不符合上述文献中的观点。试验 结果表明，即使温度＜25℃，fa、hrt、碱度类型以及反硝化是否充分等因素也会对硝化菌活性产生影响。
2.3　ph值和fa的影响
　　在试验前期配制原水时没有补充碱度，原水ph值一般在7.1左右。第23～28天由于室温升高和原水在配水箱内的停留时间较长，水解酸化比较严重，ph值降到6.48。为了不影响硝化效率，同时更真实地模拟生活污水，配制原水时投加了nahco3，将ph值调至7.00～7.29。在第50～53天改投na2co3提供碱度。虽然ph值提高至7.62～8.44，但是no2--n积累率锐减，硝化菌的活性迅速恢复、数量增加，造成了硝化类型的转变。第54天后重新投加nahco3提供碱度，在第55天no2--n积累率上升，但是在其后的试验中no2--n积累率不稳定，从而实现了向全程硝化类型的转变。试验结果表明，在较低的ph值下也可能发生短程硝化反硝化，而碱度类型对硝化类型也有影响。
　　据文献介绍，fa是对no2--n积累有重要影响的因素之一。一般认为硝化杆菌属比亚硝化单胞菌 属更易受fa的抑制，而关于fa的抑制浓度的说法不尽相同，一种是fa对硝化菌 的选 择性抑制发生在0.1～10mg/l［3］。试验中短程硝化反硝化呈比较稳定时期的原水中fa为0.06～1.02mg/l，平均为0.25mg/l。在投加na2co3后原水中fa增至1.31～3.22mg/l，反而没能抑制硝化菌的活性。原水进入反应器后被内循环流量稀释，同时伴随着nh3-n的降解，反应器中的fa降低。试验结果表明，硝化菌属对外界环境很敏感，即使fa浓度很低(0.06mg/l)也会对其产生抑制作用，此外fa浓度不会单独成为no2--n积累的主要影响因素。
2.4do的影响
　　celcen和gonenc［4］认为在硝化反应阶段当(do∶fa)＜5时会产生no2--n的大量积累，因而抑制了no2--n的生成，当(do∶fa)＞5时则不会出现no2--n。本试验为保证好氧段的泥水混合均匀而采用较大的曝气量，反应器内do浓度较高(在好氧段始端do＞1.5 mg/l)，同时原水的平均fa为0.25mg/l，do∶fa值较高，故可认为do不是发生短程硝化的主要原因。
2.5　反硝化的程度
　　在试验的第6、11、13、24、28天，在缺氧段末端检测到一定浓度的no2--n，说明反硝化不彻底。同期监测发现原水在配水箱中停留时间过长，水解严重而造成cod下降，影响了反硝化效果，造成缺氧段末端和好氧段始端积累较多的no2--n，抑制了亚硝化反应，并为硝化菌提供大量的底物。一般在其后第2天出水中no2--n的积累率下降，说明这种响是滞后的，而且短期内可以恢复。
　　此外，反硝化不彻底会造成出水中残余no2--n浓度较高，这会影响后续**效果和**剂用量。因此，对于a/o工艺有必要监测原水的水质、水量变化以判断有机碳源是否充分，并及时调整内循环比来实现比较彻底的反硝化。
2.6hrt的影响
　　在试验的第23天和35天，出水中no2--n含量仅占tn的40%左右，这是由于hrt增至12h造成的，说明no2--n的积累与hrt相关。因硝化反应存在滞后现象，故控制较短的hrt有助于no2--n的积累。同时，延时曝气可以减少no2--n的积累。试验中a/o工艺的hrt为6～8h，这既可保证nh3-n的充分硝化，又能促进no2--n的积累。
　　设计传统脱氮工艺时通常不考虑hrt对硝化类型的影响，认为亚硝化菌在常温下的数量和活性在硝化系统中都不占优势。如果仅控制hrt且使其值较小，则可能存在no2--n的积累，但no2--n的积累率很难达到50%以上。
2.7　污泥浓度和泥龄的影响
　　试验启动后测得初期反应器内mlss约为1287mg/l(不排泥)，到第17天的mlss达到2122mg/l，但随后由于蠕动泵故障又导致mlss迅速下降到1014mg/l，之后仍然不排泥，到mlss浓度达3412g/l时泥龄已达35d以上。由于长期不排泥，泥龄远远大于常温下亚硝化菌和硝化菌的世代时间，二者在反应器内都可能形成优势菌种。试验阶 段曾出现过no2--n积累率的波动，也说明反应器内硝化菌和亚硝化菌长期共存，而发生短程硝化反硝化主要是因为硝化菌的活性受到抑制，使得硝化反应滞后于亚硝化反应的时间更长，同时控制hrt可使a/o工艺通过短程硝化反硝化途径实现脱氮。 

3　结论 

　　①a/o工艺在常温(18～25℃)下可以发生比较稳定的短程硝化反硝化。
　　②在ph＜7.5时也可能发生短程硝化反硝化，这对生活污水的处理具有重要意义。
　　③硝化菌属对外界环境很敏感，即使fa很低(0.06mg/l)也会产生抑制作用，但fa浓度不会单独成为影响亚硝酸盐积累的主要因素。
　　④反硝化是否彻底将影响硝化类型。反硝化不完全时硝化类型向全程硝化转化，一旦反硝化比较彻底则可以在短时间内恢复短程硝化反硝化。
　　⑤因硝化反应存在滞后现象，故控制较短的hrt有助于no2--n的积累。同时，延时曝气可以减少no2--n的积累。
　　⑥反应器内的泥龄≥35d时硝化菌和亚硝化菌长期共存。发生短程硝化反硝化主要因为硝化菌的活性受到抑制而不是数量少。

　　图4氨氮浓度变化

　　3.2  ph影响

　　如图5所示ph值影响试验的结果。在酸性范围ph值7.85-6.45内(低于7.85)对硝化没有影响，但低于6.35硝化完全抑制。酸性范围研究结束后，反应器在ph值7.85运行，为了恢复微生物的活性。恢复活性阶段结束后，在正常ph值范围里研究ph值对亚硝酸盐积累影响，可以观察到在ph值7.85-8.95内ph值没有影响（见图5），尽管在ph值在8.65和8.95发生了亚硝酸盐短暂积累。在ph值9.05，完全抑制硝化反应的发生，没有亚硝酸盐积累。

　　图5 ph值对亚硝酸盐积累的影响的示意图

　　　　那些结果显示在大的ph值范围（ph6.45－8.95）内研究完全硝化会发生。在ph低于6.45和高于8.95时，完全抑制硝化反应，没有亚硝酸盐的积累。图6总结了研究ph对亚硝酸盐积累的结果。

　　图6 ph值对氨氮氧化百分率和亚硝酸盐积累的影响。（x）氨氮消耗百分率，

　　（●）亚硝酸盐积累百分率。

　　在正常ph值内ph值的影响被预料到了，由于自由氨氮对氨氮和亚硝化氧化菌的抑制，正如以前报道。同行工作者解释说在酸性ph值仅有亚硝酸盐氧化菌被自由氮酸抑制。但是在本研究中两菌种均受到抑制。这意味着自由氮酸能产生抑制氨氮氧化菌的物质，但是以前还没报道。

　　suthersan 和 ganczarcczyk发现在高的ph值亚硝酸盐积累可以取得，建议通过控制ph可以引起亚硝酸盐积累。在我们的研究中，短程亚硝酸盐积累发生，龙其改变了ph设定值后，但是由于微生物的适应，在几天后完全硝化发生了（如图5）。连续培养和足够的时间适应可以解释在每个ph值试验结束时不能取得亚硝酸盐积累的原因。这意味着长期用ph值作为一个关键的参数不可能取得亚硝酸盐的积累。

　　3.3 do影响

　　如图7所示本系统在do值连续变化中系统的特征，可以发现do浓度在5.7－2.7mg/l对亚硝酸盐积累没有影响。在do值为1.7mg/l亚硝酸盐短暂积累发生了。在do值为1.4mg/l和0.7mg/l时，氨氮消耗相同，亚硝酸盐积累增加。在do值为0.5mg/l时，亚硝酸盐积累和氨氮消耗量都减少了。

　　图7 do浓度对亚硝酸盐积累影响的示意图

　　图8概要了那些结果。每一点在各个条件下稳定运行取得的值。可以知道亚硝酸盐在do值为1.7mg/l时亚硝酸盐积累开始，在do值为0.7mg/l时*大，氨氮完全消耗了。

　　图8 do浓度对氨氮氧化和亚硝酸盐积累百分数的影响

　　（□）氨氮消耗百分比，（●）亚硝酸盐积累百分比，每个值在各个条件下稳定运行取得的。

　　那些结果显示在本研究条件下，长期运行系统12天（超过50个水力停留时间周期）在do值为0.7mg/l,至少65％的nlr以亚硝酸盐形成积累和98％的氨氮消耗。根据化学计量法这个积累意味着着在硝化阶段氧需求量减少17％（对照完全硝化需要2莫尔每莫尔氨氮消耗1.67莫尔氧），它将减少曝气量。正如前面所述，亚硝酸盐积累意味着反硝化进一步节约了cod量。

4 结论

　　在ph值大范围（在ph 6.45和8.95之间）内，完全硝化有可能发生。在ph值低于6.45和高于8.95硝化突然下降，氨氮氧化和亚硝酸氧化菌完全受到抑制。

　　do值在5.7～1.7mg/l硝化不受影响，但do为1.4mg/l亚硝酸盐积累发生，并且随do浓度减少逐渐增加，但不会影响全部氨氮转化。在do值研究内，*大亚硝酸盐积累发生在do浓度为0.7mg/l时。在do值为0.5mg/l时氨氮转化受影响，意味着氨氮积累发生。

　　在本研究的条件下，至少65％nlr以亚硝酸盐形式积累，98％氨氮转化（保持12天do值为0.7mg/l）。根据化学计量法这意味着硝化阶段可以减少17％氧需求量。这个减少将节约曝气量和在反硝化时进一步节约cod需求量。