常溫下A/O工藝的短程硝化反硝化
1 試(shi)驗裝置與(yu)設(she)備(bei)
1.1 試驗流程及設備
A/O工藝模型主(zhu)要(yao)由合建式(shi)缺氧—好(hao)氧反應(ying)器和豎流(liu)沉淀池組成(cheng)，如下(xia)圖(tu)所示。
 |
合建式反(fan)應器分為(wei)3個廊(lang)道，總(zong)有效容積為(wei)85L；沿池長(chang)方向設置若(ruo)干(gan)成對的豎向插槽，配以相應大小(xiao)的插板，可
以將(jiang)整個(ge)反應器沿池長(chang)方(fang)向分(fen)成(cheng)若(ruo)干個(ge)小格，在每(mei)個(ge)插板上(shang)開一個(ge)25mm的圓孔，安放時(shi)使相鄰圓孔上(shang)下交錯(cuo)以防
止發生短流；在反應器(qi)頂部布置環(huan)狀曝(pu)氣干(gan)(gan)管(guan)，并設置若干(gan)(gan)個小閥門(men)，由橡(xiang)膠管(guan)連接燒結砂頭作為微(wei)孔曝(pu)氣器(qi)，
氣量(liang)由(you)轉子流量(liang)計測量(liang)；根據缺氧段所占比(bi)例，選擇安(an)放若(ruo)干攪拌器(qi)用于保持泥水混合均勻；在距池底20cm的高
度上設置(zhi)若干取樣口。進水、污泥(ni)回流和內循(xun)環流量分(fen)別用3臺蠕(ru)動泵(beng)控制(zhi)。沉(chen)淀(dian)池的沉(chen)淀(dian)區呈圓(yuan)柱形，直(zhi)徑為
30cm；污泥斗為截頭倒錐體，傾角(jiao)為60°；采用中心管(guan)進水(shui)、周邊三角(jiao)堰出水(shui)方式。
1.2 原水
采(cai)用由黃(huang)豆粉、葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4和NaHCO3與自來水配制的模(mo)擬生活污水。
1.3 分析項目與方(fang)法
COD：重鉻酸鉀法；MLSS：濾(lv)紙稱重法；DO、溫度：WTWDO測定儀及探頭；pH值：WTWi nolab pH level2和(he)NTC30電
極；NO2--N,：N-(1-萘基)-乙二胺光(guang)(guang)(guang)(guang)度法(fa)(fa)；NO3--N,：麝香草酚(fen)分(fen)光(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)度法(fa)(fa)；NH3-N：納(na)氏試劑分(fen)光(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)度法(fa)(fa)。
2 結果及(ji)分析
2.1 對NH3-N的去除率和NO2--N的積(ji)累率
試驗(yan)期間(jian)測(ce)得進水平(ping)均(jun)NH3-N濃度(du)為40.21mg/L，對(dui)NH3-N的(de)平(ping)均(jun)去除率為90.78%，出水中NO2--N,占TN的(de)比例(li)平(ping)均(jun)
為75.29%。
在前51天，出水(shui)(shui)中NO2--N,含量占TN的50%以上(平均為87.36%)，維持了穩定的NO2--N積累(lei)。第(di)50～53天配制原水(shui)(shui)
時以Na2CO3代(dai)替NaHCO3來提供堿度，使硝化(hua)類型發生顯著變化(hua)，轉化(hua)為全(quan)程硝化(hua)反硝化(hua)。從(cong)第(di)54天開(kai)始配(pei)制原水(shui)
時仍(reng)然以(yi)NaHCO3提供堿度，又(you)出現了NO2--N,積累現象，但是在其后的試驗中NO2--N,積累率不穩定。
2.2 溫度的影響
試驗(yan)啟動后未進行溫(wen)度控制，水(shui)溫(wen)隨室(shi)溫(wen)的日變化(hua)為(±0.5)℃。在溫(wen)度為18～25℃的變化(hua)區間內(nei)反應器NO2--N的
積(ji)累比較穩定(ding)，說明A/O工藝可實(shi)現常溫(wen)硝(xiao)化(hua)反硝(xiao)化(hua)。
Balmelle等認為在10～20℃時硝化(hua)菌屬(shu)很活躍(yue)，無論游離氨(an)(FA)濃度多大，NO2--N的積累率都很低，此(ci)條件下溫
度對(dui)硝化菌活(huo)性的影響(xiang)比FA對(dui)其(qi)抑制作用大(da)。當(dang)(dang)溫度為20～25℃時硝化反(fan)應速(su)率降低(di)而亞(ya)硝化反(fan)應速(su)率增大(da)。當(dang)(dang)
溫度(du)＞25℃時FA對硝化菌的 抑制(zhi)作(zuo)用(yong)大于(yu)溫度(du)的作(zuo)用(yong)，可能因FA的抑制(zhi)造成NO2--N的積累［1］。此外，由
SHARON工藝機理可知，亞硝(xiao)化菌(jun)在數量上可能(neng)形成優(you)勢的溫(wen)度范圍為30～36℃［2］，而筆者(zhe)試(shi)驗中在18～25℃實
現(xian)了(le)短程硝(xiao)化(hua)反(fan)硝(xiao)化(hua)并不符合上述文(wen)獻中的觀點。試驗(yan) 結果表(biao)明，即使溫度(du)＜25℃，FA、HRT、堿度(du)類(lei)型(xing)以及反(fan)
硝(xiao)(xiao)化(hua)是(shi)否充分等因素也會對硝(xiao)(xiao)化(hua)菌(jun)活性產(chan)生影響。
2.3 pH值(zhi)和FA的影響
在(zai)試驗前(qian)期(qi)配制原(yuan)水(shui)時沒有補充堿度，原(yuan)水(shui)pH值一般在(zai)7.1左右(you)。第23～28天由于(yu)室溫升高和原(yuan)水(shui)在(zai)配水(shui)箱內的(de)停
留時間較(jiao)長(chang)，水(shui)解酸(suan)化比較(jiao)嚴重，pH值降到(dao)6.48。為(wei)了不影響硝化效率，同時更真實地模(mo)擬生活(huo)污水(shui)，配制原水(shui)
時投加了NaHCO3，將pH值(zhi)調至7.00～7.29。在第50～53天(tian)改投Na2CO3提(ti)供堿度。雖然pH值(zhi)提(ti)高至7.62～8.44，但
是NO2--N積累率銳減，硝(xiao)化菌的活性迅(xun)速恢復、數量(liang)增加，造成了(le)硝(xiao)化類型的轉變。第54天后重新投加NaHCO3提(ti)
供堿度(du)，在(zai)第(di)55天(tian)NO2--N積累(lei)率上升(sheng)，但(dan)是(shi)在(zai)其后的(de)試驗中NO2--N積累(lei)率不穩定(ding)，從(cong)而實現了向全(quan)程硝化類型的(de)
轉變。試驗結(jie)果(guo)表(biao)明，在較(jiao)低的pH值下也(ye)可能發生短程硝化反硝化，而堿度(du)類型對硝化類型也(ye)有影響。
據(ju)文(wen)獻介紹，FA是(shi)對NO2--N積累有重(zhong)要影(ying)響的因素之一(yi)。一(yi)般認(ren)為(wei)硝化桿菌屬(shu)比亞硝化單胞(bao)菌 屬(shu)更易受FA的抑制
，而關于(yu)FA的(de)抑制(zhi)濃度的(de)說法不盡(jin)相同，一種是FA對硝化菌 的(de)選 擇性抑制(zhi)發(fa)生(sheng)在0.1～10mg/L［3］。試驗中短
程硝(xiao)(xiao)化反硝(xiao)(xiao)化呈(cheng)比(bi)較穩定(ding)時期的原(yuan)水中FA為0.06～1.02mg/L，平均為0.25mg/L。在(zai)投加Na2CO3后原(yuan)水中FA增至
1.31～3.22mg/L，反而(er)沒能(neng)抑(yi)制硝化菌的活(huo)性(xing)。原(yuan)水進入反應器后被內循環流量稀(xi)釋，同(tong)時伴隨(sui)著NH3-N的降解，
反應器(qi)中的FA降(jiang)低。試驗結果表明，硝化菌屬對外界環(huan)境很敏感，即(ji)使(shi)FA濃度很低(0.06mg/L)也會對其產(chan)生抑制
作用，此外FA濃度不會單獨成為NO2--N積累的主(zhu)要影響因素。
2.4DO的影(ying)響(xiang)
Celcen和Gonenc［4］認為在硝化反應(ying)階段(duan)當(DO∶FA)＜5時會產生NO2--N的(de)大量積累(lei)，因(yin)而抑(yi)制了(le)NO2--N的(de)生成
，當(DO∶FA)＞5時則不會出現NO2--N。本(ben)試驗為(wei)保證好氧段的泥(ni)水混(hun)合(he)均勻而采用較(jiao)大的曝氣量，反應器內DO濃(nong)
度較高(gao)(在好(hao)氧段(duan)始端DO＞1.5 mg/L)，同時原水的平(ping)均(jun)FA為(wei)0.25mg/L，DO∶FA值較高(gao)，故可認為(wei)DO不是發(fa)生短程
硝化的主要原因(yin)。
2.5 反硝(xiao)化的(de)程度
在試驗的(de)第6、11、13、24、28天，在缺氧段末(mo)端(duan)檢測(ce)到一定濃度的(de)NO2--N，說明反硝化不(bu)徹底。同期監(jian)測(ce)發現原
水在配(pei)水箱中停留時間過(guo)長，水解嚴重(zhong)而造成(cheng)COD下降，影響(xiang)了(le)反硝(xiao)化(hua)效(xiao)果，造成(cheng)缺氧段(duan)(duan)末端和好氧段(duan)(duan)始端積(ji)累較
多的(de)NO2--N，抑制了亞(ya)硝(xiao)化反應(ying)，并為硝(xiao)化菌提(ti)供大量的(de)底(di)物。一般(ban)在其后第(di)2天出水中NO2--N的(de)積累率下降，說
明(ming)這種響是滯(zhi)后的(de)，而且短期內可以(yi)恢復。
此外，反硝化(hua)不徹底會造成出水中(zhong)殘余(yu)NO2--N濃度較高(gao)，這會影響后(hou)續消毒效果和消毒劑用量。因此，對(dui)于A/O工
藝有(you)必要監測原水的水質(zhi)、水量變化(hua)以判斷有(you)機碳源是否充(chong)分，并(bing)及(ji)時調(diao)整內循環比(bi)來實現比(bi)較(jiao)徹(che)底的反硝(xiao)化(hua)。
2.6HRT的(de)影響
在試驗的第23天和35天，出(chu)水中NO2--N含(han)量僅占(zhan)TN的40%左右，這是由于HRT增至12h造成的，說明NO2--N的積累(lei)與(yu)
HRT相關。因硝化反(fan)應存在滯后現象，故(gu)控制(zhi)較短的(de)HRT有助于(yu)NO2--N的(de)積累。同時(shi)，延時(shi)曝(pu)氣可(ke)以減少NO2--N的(de)
積(ji)累(lei)(lei)。試驗中A/O工藝的HRT為6～8h，這既可保證NH3-N的充分(fen)硝(xiao)化(hua)，又能促進NO2--N的積(ji)累(lei)(lei)。
設計傳統(tong)脫氮(dan)工(gong)藝時通常不考慮HRT對(dui)硝化類型(xing)的(de)影響，認為亞硝化菌在(zai)常溫下的(de)數量和活性在(zai)硝化系統(tong)中(zhong)都不占
優勢。如果僅控(kong)制HRT且使(shi)其值較小(xiao)，則可(ke)能存在(zai)NO2--N的積累(lei)，但NO2--N的積累(lei)率很難達(da)到(dao)50%以上。
2.7 污泥濃度和泥齡的影響
試(shi)驗啟動后(hou)測得初期反(fan)應器內MLSS約為1287mg/L(不排泥)，到(dao)第17天(tian)的(de)MLSS達到(dao)2122mg/L，但隨(sui)后(hou)由于蠕動泵故(gu)
障又導(dao)致(zhi)MLSS迅速下降到(dao)1014mg/L，之后仍然不排泥，到(dao)MLSS濃(nong)度達(da)3412g/L時泥齡已達(da)35d以上。由于長期不排
泥，泥齡遠(yuan)遠(yuan)大(da)于(yu)常溫下亞硝化菌和(he)硝化菌的世(shi)代時間(jian)，二者在反應器內(nei)都可(ke)能形成優勢菌種(zhong)。試驗階(jie) 段(duan)曾出現
過NO2--N積累率(lv)的波動(dong)，也說明反(fan)應器內硝化菌(jun)和亞硝化菌(jun)長期共存，而發(fa)生短程硝化反(fan)硝化主要(yao)是(shi)因為硝化菌(jun)
的活性受到抑(yi)制，使得硝(xiao)化(hua)反(fan)(fan)應滯(zhi)后于亞(ya)硝(xiao)化(hua)反(fan)(fan)應的時間(jian)更長，同時控(kong)制HRT可(ke)使A/O工藝(yi)通過(guo)短(duan)程硝(xiao)化(hua)反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)途
徑實現脫氮。
3 結論
①A/O工藝在常溫(wen)(18～25℃)下可以發生比較穩定的短(duan)程硝(xiao)化反(fan)硝(xiao)化。
②在pH＜7.5時也可能發生(sheng)短(duan)程硝(xiao)化反(fan)硝(xiao)化，這對(dui)生(sheng)活(huo)污水的處理具有重要(yao)意義。
③硝化(hua)菌屬對外(wai)界環(huan)境(jing)很(hen)敏(min)感，即使FA很(hen)低(0.06mg/L)也會產生抑制作用，但(dan)FA濃度不會單獨成為影響亞硝酸鹽(yan)
積累的(de)主(zhu)要(yao)因素。
④反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)是否(fou)徹底將影響硝(xiao)(xiao)化(hua)類型(xing)。反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)不完全時(shi)硝(xiao)(xiao)化(hua)類型(xing)向(xiang)全程硝(xiao)(xiao)化(hua)轉化(hua)，一旦反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)比較(jiao)徹底則可以在短
時間內恢復(fu)短程硝化(hua)反硝化(hua)。
⑤因硝化反應存(cun)在(zai)滯后現象(xiang)，故控制(zhi)較(jiao)短的HRT有助于NO2--N的積(ji)累。同時，延時曝氣可以(yi)減少NO2--N的積(ji)累。
⑥反應器內的泥齡(ling)≥35d時硝(xiao)化菌(jun)和亞(ya)硝(xiao)化菌(jun)長期共存。發(fa)生(sheng)短程硝(xiao)化反硝(xiao)化主要因為硝(xiao)化菌(jun)的活性(xing)受到抑制而不(bu)
是數量少。
參考文獻：
［1］Balmelle B,Nguyen M,Capdeville B,et al.Study of factors controlling nitrite build-up in
biological processes for water nitrification［J］.Wat Sci Tech，1992，26(5-6)：1017-1025.
［2］Hellinga C,Schellen A A J C,Mulder JW,et al.The SHARON process:an innovative method for
nitrogen removal from ammonium-rich waste water［J］.Water Sci Tech，1998,37(9):135-142.
［3］Villaverde S,Garcia P A,Fdz-Polanco F.Influence of pH over nitrifying biofilm activity in
sumerged biofilers［J］.Wat Res，1997,31:1180-1186.
［4］Cecen F，Gonenc I E.Nitrogen removal characteristics of nitrification and denit rification
filters［J］.Wat Sci Tech，1994,29(10-11)：409-416.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
