摘 要(yao)：采(cai)用(yong)6 L的(de)(de)完全混(hun)合(he)式反應器(CSTR)進(jin)行了(le)高濃(nong)度氨(an)氮(dan)(dan)廢水(shui)的(de)(de)短程硝化研究。在(zai)(zai)溫(wen)度為(wei)35℃、反應器內(nei)平均DO濃(nong)度為(wei)0.5～2.5mg/L、pH值為(wei)7～7.8的(de)(de)條件下連續運行141d的(de)(de)試(shi)驗結果表明：在(zai)(zai)第(di)26天(tian)時實現了(le)短程硝化，從第(di)73天(tian)開始出(chu)水(shui)中檢測不(bu)出(chu)NO3-；在(zai)(zai)增加了(le)連續污泥回流的(de)(de)情(qing)況(kuang)下，反應器出(chu)水(shui)中也一直檢測不(bu)到NO3-；在(zai)(zai)進(jin)水(shui)氨(an)氮(dan)(dan)容積負荷達(da)到1.2kgNH3-N/(m3•d)時，氨(an)氮(dan)(dan)去除率仍保持(chi)在(zai)(zai)95%以(yi)上。掃描(miao)電鏡的(de)(de)觀察結果表明污泥中的(de)(de)細(xi)菌(jun)以(yi)短桿菌(jun)和(he)球(qiu)菌(jun)為(wei)主。

1、試驗裝置(zhi)、材料與方法

試驗裝置及工藝流程(cheng)如圖1所示。

廢水經(jing)由(you)進(jin)(jin)水泵從水箱中(zhong)提升(sheng)進(jin)(jin)入(ru)反(fan)應器(qi)底部，經(jing)反(fan)應后(hou)從出水口進(jin)(jin)到沉淀池中(zhong)，沉淀后(hou)的上清(qing)液排走(zou)，污(wu)泥則(ze)經(jing)污(wu)泥泵回流進(jin)(jin)入(ru)反(fan)應器(qi)底部。空氣(qi)通過氣(qi)泵，經(jing)氣(qi)體流量計控制(zhi)氣(qi)量后(hou)進(jin)(jin)入(ru)反(fan)應器(qi)。反(fan)應器(qi)置于(yu)恒溫水浴[(35±1) ℃]中(zhong)。試(shi)驗中(zhong)采用了pH在線控制(zhi)，通過自動投加(jia)Na2CO3溶液將pH值控制(zhi)在7.0～7.8。

CSTR反應器由有機玻璃加工而成，呈圓柱狀，高45cm，內徑為14cm，有效容積為6L。進水口位于反應器底部，曝氣管從中部取樣口(距底部19cm)進入反應器，出水口距反應器底部39cm。
　　
原水的配制：在自來水中加入一定量的氯化銨作為基質，同時加入一定量的磷酸二氫鉀和微量元素。
　　
接種顆粒污泥取自北京紅牛維他命飲料有限公司的曝氣池(污泥的SS為14.2g/L，VSS為11.4g/L，VSS/SS＝0.8)。在反應器中接種約2.5L污泥后的SS和VSS分別為6.3和4.7g/L。
　　
分(fen)析(xi)時，COD測(ce)(ce)定：COD速測(ce)(ce)儀；pH值(zhi)：Ph計；SS和VSS：標準稱重法；氨氮：納氏試劑(ji)分(fen)光(guang)(guang)光(guang)(guang)度法；NO2--N和NO3--N：離(li)子色譜法和N-(1-萘基(ji))-乙二(er)胺光(guang)(guang)度法；溶解氧：溶解氧儀。

2　試驗結果

2.1　運行結果
　　
根據反應器的運行情況，可將試驗過程分為兩個階段：啟動期(第1～23天)和提高負荷期(第24～141天)。在提高負荷期又可分為無回流階段(第24～40天)、間歇回流階段(第41～93天)和連續回流階段(第94～141天)。
　　
整個運行過程中進、出水氨氮濃度及出水NO2--N和NO3--N濃度的變化如圖2所示。
　　　　
從圖2可(ke)以看出(chu)，在(zai)(zai)整個運行過程中(zhong)多(duo)數情況下(xia)(xia)出(chu)水的(de)氨氮濃度＜800mg/L，而在(zai)(zai)第125～139天(tian)時(shi)則基(ji)本保持在(zai)(zai)50mg/L以下(xia)(xia)。此外(wai)，出(chu)水NO2--N濃度在(zai)(zai)第84天(tian)以前一(yi)直保持上(shang)升(sheng)趨(qu)勢(shi)，后(hou)期則由于(yu)受進水氨氮濃度下(xia)(xia)降(jiang)的(de)影響(xiang)，也相應地(di)有所下(xia)(xia)降(jiang)，而出(chu)水中(zhong)的(de)NO3--N先是逐(zhu)漸升(sheng)高，然(ran)后(hou)再下(xia)(xia)降(jiang)，到(dao)第26天(tian)時(shi)出(chu)水中(zhong)的(de)NO3--N濃度已(yi)經(jing)低于(yu)NO2--N濃度，NO2--N濃度與NO2--N、NO3--N濃度之和的(de)比值達到(dao)了0.57，說明(ming)此時(shi)該反應器已(yi)成功(gong)實(shi)現了短程硝化(hua)。此后(hou)，NO3--N濃度一(yi)直在(zai)(zai)持續下(xia)(xia)降(jiang)，到(dao)第73天(tian)時(shi)已(yi)經(jing)檢測(ce)不到(dao)NO3--N，在(zai)(zai)試驗后(hou)期即使增加了污泥回流(liu)，出(chu)水中(zhong)也沒(mei)有檢測(ce)到(dao)NO3--N，這(zhe)表(biao)明(ming)反應器中(zhong)幾乎完(wan)全淘汰了硝化(hua)細菌。

氨氮去除率和容積負荷的變化如圖3所示。
　　
由圖3可(ke)以看(kan)出(chu)，隨著反應器運行時間(jian)的(de)延長(chang)，容積(ji)負荷也逐漸(jian)提高，啟動初期(qi)容積(ji)負荷僅為0.02kgNH3-N/(m3·d)，到啟動期(qi)結(jie)束(shu)時(第(di)(di)23天(tian)(tian))達到了(le)0.1kgNH3-N/(m3·d)左(zuo)右；在(zai)第(di)(di)72～123天(tian)(tian)基本(ben)保持在(zai)0.6～0.8kgNH3-N/(m3·d)；此后(hou)進一步提升負荷，最高時達到了(le)1.4kgNH3-N/(m3·d)。從圖3可(ke)以看(kan)出(chu)，氨氮(dan)去除率出(chu)現了(le)4次(ci)較大的(de)下降，分別出(chu)現在(zai)第(di)(di)37天(tian)(tian)、第(di)(di)68天(tian)(tian)、第(di)(di)86天(tian)(tian)以及第(di)(di)111～117天(tian)(tian)之間(jian)，其(qi)原因主(zhu)要是反應器內污泥濃(nong)度的(de)降低導致了(le)生物活性下降。

反應器內MLSS的變化如圖4所示。

從圖4可以看出，反應器內的MLSS波動較大。在反應器運行過程中污泥的增長量始終跟不上污泥的流失量，所以在沒有污泥回流(第41天以前)的情況下，反應器中污泥濃度呈下降趨勢，MLSS從接種時的6300mg/L一直降到了300mg/L。為保證反應器內具有足夠的污泥量，在第41～93天改按人工間歇回流污泥的方式運行。反應器外排的污泥都被收集起來并加以培養，當反應器內的MLSS＜1000mg/L時再把這些污泥補充到反應器中以保證反應器內的污泥濃度。從第94天開始增加了沉淀池和污泥回流系統(如圖1中虛線部分所示)，反應器的運行改為連續污泥回流，所以從第41～141天反應器內平均MLSS基本維持在2000mg/L。
　　
反應器內平均DO濃度變化(hua)見(jian)圖5。

從圖5可以(yi)看出，反應器中DO濃度主要控制在兩個水(shui)(shui)平，即在第(di)121天以(yi)前反應器內(nei)DO為1mg/L左右，從第(di)122～141天則主要控制在2mg/L左右。進(jin)、出水(shui)(shui)總(zong)氮(dan)的變化見圖6。

由(you)圖6可以(yi)看出，在(zai)反(fan)應(ying)器運行的(de)(de)141d中進、出水(shui)總氮濃(nong)度(du)始終(zhong)存在(zai)一定的(de)(de)差(cha)異，這(zhe)說明(ming)并非(fei)所有(you)(you)(you)被氧化的(de)(de)氨(an)氮都轉(zhuan)化成了(le)NO2--N。其相差(cha)部分可能是被用(yong)于(yu)合成新的(de)(de)細胞物質(zhi)，但計算表明(ming)用(yong)于(yu)合成的(de)(de)氨(an)氮非(fei)常少(shao)，仍有(you)(you)(you)部分氨(an)氮以(yi)其他方式消失(shi)了(le)，由(you)于(yu)反(fan)應(ying)器內DO濃(nong)度(du)較(jiao)低，消失(shi)的(de)(de)這(zhe)部分氨(an)氮有(you)(you)(you)可能與其他氮素(su)轉(zhuan)化途徑有(you)(you)(you)關，比如好(hao)氧反(fan)硝(xiao)化、由(you)自養硝(xiao)化細菌引起的(de)(de)反(fan)硝(xiao)化或(huo)同時硝(xiao)化反(fan)硝(xiao)化(SND)等(deng)，這(zhe)些仍有(you)(you)(you)待進一步證實(shi)。

2.2　污泥狀況
　　
反應器運(yun)行(xing)(xing)到第87天時從排泥(ni)中取樣(yang)進行(xing)(xing)掃描電鏡觀察，發現泥(ni)中細(xi)菌數量較多(以短桿菌和球(qiu)菌為主)，但其表面似乎包裹著一層粘性(xing)物質。從細(xi)菌形(xing)態看，球(qiu)菌可(ke)能(neng)是亞硝化(hua)球(qiu)菌屬(shu)(Nitrosococcus)的(de)細(xi)菌，而桿菌則可(ke)能(neng)是亞硝化(hua)單胞(bao)菌屬(shu)(Nitrosomonas)的(de)細(xi)菌。

3　討論
有(you)、無污泥(ni)回(hui)流的(de)(de)運行試驗結果均表明(ming)，泥(ni)齡(ling)(ling)的(de)(de)長短并(bing)不影響(xiang)短程硝(xiao)化的(de)(de)實(shi)(shi)現，即使在比1. 5d更長的(de)(de)泥(ni)齡(ling)(ling)條件下硝(xiao)化細菌仍逐漸(jian)被淘汰出反應(ying)器，從而(er)實(shi)(shi)現了(le)NO2--N的(de)(de)穩(wen)定積累。在連續進行污泥(ni)回(hui)流的(de)(de)情況(kuang)下仍能(neng)夠穩(wen)定地實(shi)(shi)現短程硝(xiao)化，表明(ming)該工藝(yi)有(you)望進一(yi)步直接應(ying)用于處理低(di)濃度氨氮廢水(shui)中。

4　結論

①以自行配制的高氨氮廢水為進水，以普通活性污泥為種泥，在溫度為35℃、CST R反應器平均DO濃度為0.5～2.5mg/L、pH值為7～7.8的條件下連續運行，在無污泥回流的狀況下從第26天開始出水中的NO2--N濃度超過了NO3--N濃度，成功地實現了短程硝化；
　　
②反應器在增加間歇污泥回流的條件下運行，出水中NO3--N濃度仍一直呈下降趨勢，約30d后出水中檢測不出NO3--N；當反應器采用連續污泥回流的方式運行時，反應器出水中也一直檢測不到NO3--N，表明在泥齡較長的運行條件下也能夠成功地實現短程硝化；
　　
③反應器在進水氨氮容積負荷達到1.2kg/(m3·d)時，氨氮去除率仍保持在95%以上；
　　
④掃描電鏡的(de)觀察(cha)結果表明污泥(ni)中(zhong)的(de)細菌(jun)以(yi)短桿菌(jun)和球菌(jun)為主。

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