陳韜¹，王淑瑩²，彭永臻²，田文軍³
( 1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱　150090；2.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100022；3.中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究院，天津300074)

　　摘　要：采用A/O工藝處理模擬生活污水，考察了pH值、游離氨(FA)、DO、HRT等因素的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，A/O工藝在常溫(18～25℃)和pH＜7.5時(shí)可以發(fā)生比較穩(wěn)定的短程硝化反硝化；即使FA濃度低達(dá)0.06mg/L也會(huì)對(duì)硝化菌屬產(chǎn)生抑制作用，但FA濃度不會(huì)單獨(dú)成為影響亞硝酸鹽積累的主要因素；反硝化是否徹底將影響硝化類型，反硝化不完全時(shí)硝化類型向全程硝化反硝化轉(zhuǎn)化，而一旦反硝化進(jìn)行得比較徹底則可在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)短程硝化反硝化；因硝化反應(yīng)存在滯后現(xiàn)象，故控制較短的HRT有助于NO₂^--N的積累，而延時(shí)曝氣則可以減少NO₂^--N的積累。?
　　關(guān)鍵詞：短程硝化反硝化；A/O工藝；FA；NO₂^--N
　　中圖分類號(hào)：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)12-0005-04

Short-cut Nitrification and Denitrification by Using A/O Process at Ambient Temperature
CHEN Tao¹,WANG Shu-ying²，PENG Yong-zhen²,TIAN Wen-jun³?

( 1.School of Municipal and Environmental Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,China;2.school of Environmentel & Energy Engineering,Beijing Polytechnic University,Beijing 100022,China;3.North China Municipal Engineering Design and Research Ins titute,Tianjin 300074,China)

　　Abstract：A/O process was used for treatment of the simulated domestic sewage in order to investigate the effect of pH,free ammonia (FA),DO,and HRT,etc.The test result showed that the short-cut nitrification and denitrification can be steadily achieved at ambient temperature (18～25℃) and pH＜7.5 by using A/O process;even if FA is as low as 0.06 mg/L,it will also inhibit nitrobacter.However,FA itself will not become the main factor affecting the accumulation of nitrite.Whether denitri fication process proceeds thoroughly will affect the type of nitrification;incom plete denitrification will result in the transfer to whole-run nitrification and denitrification,and if denitrification proceeds thoroughly,short-cut nitrificat ion and denitrification will recover in a short while.There is lagging in nitrification,therefore short ?HRT will contribute to the accumulation of NO₂^--N,and extended aeration can reduce the accumulation of NO₂^--N.
　　Keywords: short-cut nitrification and denitrification;A/O process;FA;NO₂^--N

1　試驗(yàn)裝置與設(shè)備

1.1　試驗(yàn)流程及設(shè)備
　　 A/O工藝模型主要由合建式缺氧—好氧反應(yīng)器和豎流沉淀池組成，如圖1所示。

　　合建式反應(yīng)器分為3個(gè)廊道，總有效容積為85L；沿池長(zhǎng)方向設(shè)置若干成對(duì)的豎向插槽，配以相應(yīng)大小的插板，可以將整個(gè)反應(yīng)器沿池長(zhǎng)方向分成若干個(gè)小格，在每個(gè)插板上開(kāi)一個(gè)25mm的圓孔，安放時(shí)使相鄰圓孔上下交錯(cuò)以防止發(fā)生短流；在反應(yīng)器頂部布置環(huán)狀曝氣干管，并設(shè)置若干個(gè)小閥門，由橡膠管連接燒結(jié)砂頭作為微孔曝氣器，氣量由轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量；根據(jù)缺氧段所占比例，選擇安放若干攪拌器用于保持泥水混合均勻；在距池底20cm的高度上設(shè)置若干取樣口。進(jìn)水、污泥回流和內(nèi)循環(huán)流量分別用3臺(tái)蠕動(dòng)泵控制。沉淀池的沉淀區(qū)呈圓柱形，直徑為30cm；污泥斗為截頭倒錐體，傾角為60°；采用中心管進(jìn)水、周邊三角堰出水方式。?
1.2　原水
　　采用由黃豆粉、葡萄糖、NH4Cl、KH₂PO₄和NaHCO₃與自來(lái)水配制的模擬生活污水。 ?
1.3　分析項(xiàng)目與方法
　　COD：重鉻酸鉀法；MLSS：濾紙稱重法；DO、溫度：WTWDO測(cè)定儀及探頭；pH值：WTWi nolab pH level₂和NTC₃0電極；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：納氏試劑分光光度法。

2　結(jié)果及分析

2.1　對(duì)NH₃-N的去除率和NO₂^--N的積累率
　　試驗(yàn)期間測(cè)得進(jìn)水平均NH₃-N濃度為40.21mg/L，對(duì)NH₃-N的平均去除率為90.78%，出水中NO₂^--N,占TN的比例平均為75.29%。
　　在前51天，出水中NO₂^--N,含量占TN的50%以上(平均為87.36%)，維持了穩(wěn)定的NO₂^--N積累。第50～53天配制原水時(shí)以Na₂CO₃代替NaHCO₃來(lái)提供堿度，使硝化類型發(fā)生顯著變化，轉(zhuǎn)化為全程硝化反硝化。從第54天開(kāi)始配制原水時(shí)仍然以NaHCO₃提供堿度，又出現(xiàn)了NO₂^--N,積累現(xiàn)象，但是在其后的試驗(yàn)中NO₂^--N,積累率不穩(wěn)定。?
2.2　溫度的影響
　　試驗(yàn)啟動(dòng)后未進(jìn)行溫度控制，水溫隨室溫的日變化為(±0.5)℃。在溫度為18～25℃的變化區(qū)間內(nèi)反應(yīng)器NO₂^--N的積累比較穩(wěn)定，說(shuō)明A/O工藝可實(shí)現(xiàn)常溫硝化反硝化。
　　Balmelle等認(rèn)為在10～20℃時(shí)硝化菌屬很活躍，無(wú)論游離氨(FA)濃度多大，NO₂^--N的積累率都很低，此條件下溫度對(duì)硝化菌活性的影響比FA對(duì)其抑制作用大。當(dāng)溫度為20～25℃時(shí)硝化反應(yīng)速率降低而亞硝化反應(yīng)速率增大。當(dāng)溫度＞25℃時(shí)FA對(duì)硝化菌的 抑制作用大于溫度的作用，可能因FA的抑制造成NO₂^--N的積累^［1］。此外，由SHARON工藝機(jī)理可知，亞硝化菌在數(shù)量上可能形成優(yōu)勢(shì)的溫度范圍為30～36℃^［2］，而筆者試驗(yàn)中在18～25℃實(shí)現(xiàn)了短程硝化反硝化并不符合上述文獻(xiàn)中的觀點(diǎn)。試驗(yàn) 結(jié)果表明，即使溫度＜25℃，F(xiàn)A、HRT、堿度類型以及反硝化是否充分等因素也會(huì)對(duì)硝化菌活性產(chǎn)生影響。?
2.3　pH值和FA的影響
　　在試驗(yàn)前期配制原水時(shí)沒(méi)有補(bǔ)充堿度，原水pH值一般在7.1左右。第23～28天由于室溫升高和原水在配水箱內(nèi)的停留時(shí)間較長(zhǎng)，水解酸化比較嚴(yán)重，pH值降到6.48。為了不影響硝化效率，同時(shí)更真實(shí)地模擬生活污水，配制原水時(shí)投加了NaHCO₃，將pH值調(diào)至7.00～7.29。在第50～53天改投Na₂CO₃提供堿度。雖然pH值提高至7.62～8.44，但是NO₂^--N積累率銳減，硝化菌的活性迅速恢復(fù)、數(shù)量增加，造成了硝化類型的轉(zhuǎn)變。第54天后重新投加NaHCO₃提供堿度，在第55天NO₂^--N積累率上升，但是在其后的試驗(yàn)中NO₂^--N積累率不穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)了向全程硝化類型的轉(zhuǎn)變。試驗(yàn)結(jié)果表明，在較低的pH值下也可能發(fā)生短程硝化反硝化，而堿度類型對(duì)硝化類型也有影響。
　　據(jù)文獻(xiàn)介紹，F(xiàn)A是對(duì)NO₂^--N積累有重要影響的因素之一。一般認(rèn)為硝化桿菌屬比亞硝化單胞菌 屬更易受FA的抑制，而關(guān)于FA的抑制濃度的說(shuō)法不盡相同，一種是FA對(duì)硝化菌 的選 擇性抑制發(fā)生在0.1～10mg/L^［3］。試驗(yàn)中短程硝化反硝化呈比較穩(wěn)定時(shí)期的原水中FA為0.06～1.02mg/L，平均為0.25mg/L。在投加Na₂CO₃后原水中FA增至1.31～3.22mg/L，反而沒(méi)能抑制硝化菌的活性。原水進(jìn)入反應(yīng)器后被內(nèi)循環(huán)流量稀釋，同時(shí)伴隨著NH₃-N的降解，反應(yīng)器中的FA降低。試驗(yàn)結(jié)果表明，硝化菌屬對(duì)外界環(huán)境很敏感，即使FA濃度很低(0.06mg/L)也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生抑制作用，此外FA濃度不會(huì)單獨(dú)成為NO₂^--N積累的主要影響因素。?
2.4?DO的影響
　　Celcen和Gonenc^［4］認(rèn)為在硝化反應(yīng)階段當(dāng)(DO∶FA)＜5時(shí)會(huì)產(chǎn)生NO₂^--N的大量積累，因而抑制了NO₂^--N的生成，當(dāng)(DO∶FA)＞5時(shí)則不會(huì)出現(xiàn)NO₂^--N。本試驗(yàn)為保證好氧段的泥水混合均勻而采用較大的曝氣量，反應(yīng)器內(nèi)DO濃度較高(在好氧段始端DO＞1.5 mg/L)，同時(shí)原水的平均FA為0.25mg/L，DO∶FA值較高，故可認(rèn)為DO不是發(fā)生短程硝化的主要原因。
2.5　反硝化的程度
　　在試驗(yàn)的第6、11、13、24、28天，在缺氧段末端檢測(cè)到一定濃度的NO₂^--N，說(shuō)明反硝化不徹底。同期監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)原水在配水箱中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，水解嚴(yán)重而造成COD下降，影響了反硝化效果，造成缺氧段末端和好氧段始端積累較多的NO₂^--N，抑制了亞硝化反應(yīng)，并為硝化菌提供大量的底物。一般在其后第2天出水中NO₂^--N的積累率下降，說(shuō)明這種響是滯后的，而且短期內(nèi)可以恢復(fù)。
　　此外，反硝化不徹底會(huì)造成出水中殘余NO₂^--N濃度較高，這會(huì)影響后續(xù)消毒效果和消毒劑用量。因此，對(duì)于A/O工藝有必要監(jiān)測(cè)原水的水質(zhì)、水量變化以判斷有機(jī)碳源是否充分，并及時(shí)調(diào)整內(nèi)循環(huán)比來(lái)實(shí)現(xiàn)比較徹底的反硝化。?
2.6?HRT的影響
　　在試驗(yàn)的第23天和35天，出水中NO₂^--N含量?jī)H占TN的40%左右，這是由于HRT增至12h造成的，說(shuō)明NO₂^--N的積累與HRT相關(guān)。因硝化反應(yīng)存在滯后現(xiàn)象，故控制較短的HRT有助于NO₂^--N的積累。同時(shí)，延時(shí)曝氣可以減少NO₂^--N的積累。試驗(yàn)中A/O工藝的HRT為6～8h，這既可保證NH₃-N的充分硝化，又能促進(jìn)NO₂^--N的積累。?
　　設(shè)計(jì)傳統(tǒng)脫氮工藝時(shí)通常不考慮HRT對(duì)硝化類型的影響，認(rèn)為亞硝化菌在常溫下的數(shù)量和活性在硝化系統(tǒng)中都不占優(yōu)勢(shì)。如果僅控制HRT且使其值較小，則可能存在NO₂^--N的積累，但NO₂^--N的積累率很難達(dá)到50%以上。?
2.7　污泥濃度和泥齡的影響
　　試驗(yàn)啟動(dòng)后測(cè)得初期反應(yīng)器內(nèi)MLSS約為1287mg/L(不排泥)，到第17天的MLSS達(dá)到2122mg/L，但隨后由于蠕動(dòng)泵故障又導(dǎo)致MLSS迅速下降到1014mg/L，之后仍然不排泥，到MLSS濃度達(dá)3412g/L時(shí)泥齡已達(dá)35d以上。由于長(zhǎng)期不排泥，泥齡遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常溫下亞硝化菌和硝化菌的世代時(shí)間，二者在反應(yīng)器內(nèi)都可能形成優(yōu)勢(shì)菌種。試驗(yàn)階 段曾出現(xiàn)過(guò)NO₂^--N積累率的波動(dòng)，也說(shuō)明反應(yīng)器內(nèi)硝化菌和亞硝化菌長(zhǎng)期共存，而發(fā)生短程硝化反硝化主要是因?yàn)橄趸幕钚允艿揭种?，使得硝化反?yīng)滯后于亞硝化反應(yīng)的時(shí)間更長(zhǎng)，同時(shí)控制HRT可使A/O工藝通過(guò)短程硝化反硝化途徑實(shí)現(xiàn)脫氮。

3　結(jié)論

　?、貯/O工藝在常溫(18～25℃)下可以發(fā)生比較穩(wěn)定的短程硝化反硝化。
　?、谠趐H＜7.5時(shí)也可能發(fā)生短程硝化反硝化，這對(duì)生活污水的處理具有重要意義。
　?、巯趸鷮賹?duì)外界環(huán)境很敏感，即使FA很低(0.06mg/L)也會(huì)產(chǎn)生抑制作用，但FA濃度不會(huì)單獨(dú)成為影響亞硝酸鹽積累的主要因素。
　　④反硝化是否徹底將影響硝化類型。反硝化不完全時(shí)硝化類型向全程硝化轉(zhuǎn)化，一旦反硝化比較徹底則可以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)短程硝化反硝化。
　?、菀蛳趸磻?yīng)存在滯后現(xiàn)象，故控制較短的HRT有助于NO₂^--N的積累。同時(shí)，延時(shí)曝氣可以減少NO₂^--N的積累。
　　⑥反應(yīng)器內(nèi)的泥齡≥35d時(shí)硝化菌和亞硝化菌長(zhǎng)期共存。發(fā)生短程硝化反硝化主要因?yàn)橄趸幕钚允艿揭种贫皇菙?shù)量少。

參考文獻(xiàn)：

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　　作者簡(jiǎn)介：陳韜(1977-)，女，黑龍江大慶人，哈爾濱工業(yè)大學(xué)在讀博士生，主要研究方向?yàn)槲鬯锾幚怼?br> 　　電　　話：(010)67392627 67394370
　　收稿日期：2002-07-02