SBR工藝中短程硝化反硝化的過程控制

SBR工藝中短程硝化反硝化的過程控制

摘要：實(shí)驗(yàn)室中通過DO、pH值、進(jìn)水CODcr/NH3-N（C/N）等參數(shù)的控制實(shí)現(xiàn)了SBR工藝中的短程硝化反硝化。在以人工玉米水為外加碳源、進(jìn)水氨氮濃度100mg/L、CODcr=800mg/L的條件下，保持pH8.0～8.2、DO0.5mg/L～1.0mg/L,通過對(duì)反應(yīng)周期10小時(shí)內(nèi)氨氮（NH3-N），亞硝基氮（NO2－-N），硝基氮（NO3－-N）的跟蹤以及對(duì)反應(yīng)周期內(nèi)每小時(shí)間隔們內(nèi)這些氮的不同形態(tài)的變化量的數(shù)據(jù)的分析，證實(shí)在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)短程硝化反硝化是占主導(dǎo)地位的脫氮途徑。

關(guān)鍵字：SBR短程硝化反硝化工藝參數(shù)ProcesscontrolofShortcutnitrification—denitrifictioninSBRprocessAbstrate:Shortcutnitrification—denitrifictionwasachievedinSBRthroughthecontrolof

technologies’operationparameterssuchasDO、pH、C/Nandsoon.TheexperimentresultshowthatWhenburthenofammonianitrogenis100mg/L,C/N=8,pH8.0～8.2、DO0.5mg/L～1.0mg/L,wecanconformthatShortcutnitrification—denitrifyctionis

dominatingapproachoftheremovalofammonianitrogenbytracingammonianitrogen，nitriteandnitrate.Keywords:SBR,Shortcutnitrification—denitrifyction,technologyparameters與傳統(tǒng)的生物脫氮相比，亞硝酸型生物脫氮具有節(jié)約能耗，減少外加碳源，提高反應(yīng)速率，節(jié)省基建投資，減少污泥量等特點(diǎn)[1]。硝化過程是由兩類自養(yǎng)型硝化細(xì)菌完成的，將NH3-N轉(zhuǎn)化為NO2－-N的一類菌被稱為Nitrosomonas，將NO2－-N轉(zhuǎn)化為NO3－-N的被稱為Nitrobacter[2]，實(shí)際上這兩類菌的微生物學(xué)特征存在一定的差距，這為SBR中通過過程控制實(shí)現(xiàn)淘汰硝化菌，將硝化控制在NO2－-N的階段提供了可能性。1.實(shí)驗(yàn)裝置與方法實(shí)驗(yàn)室有大、小兩套SBR裝置。小反應(yīng)器有效容積0.8L，用來對(duì)pH值、DO等控制參數(shù)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，摸索有利于實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化的條件。然后按照選出的最佳條件在有效容積12L的大反應(yīng)器中對(duì)一個(gè)周期內(nèi)的NH3-N、NO2－-N以及NO3－-N進(jìn)行以小時(shí)為單位的跟蹤，以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。首先在12L的大反應(yīng)器中對(duì)污泥進(jìn)行馴化，參照SHARON、ANAMMOX等一些工藝的運(yùn)行條件[3][4][5][6]，馴化期間進(jìn)水NH3-N100mg/L；COD400mg/L，pH始終維持在7.5～8.5，DO維持2mg/L左右；1個(gè)月后測(cè)定中間時(shí)刻5hr和出水水質(zhì)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)了運(yùn)行周期內(nèi)有明顯的NO2－-N積累，TN和COD去除率分別達(dá)到60%～70%和80%以上。以相近的污泥濃度（12L的大反應(yīng)器中污泥濃度3.2g/L～3.5g/L）取適量污泥在小反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。每個(gè)周期內(nèi)小反應(yīng)器排水0.4L進(jìn)水0.4L，大反應(yīng)器排水6L進(jìn)水6L，所有實(shí)驗(yàn)均在20～25℃內(nèi)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)室以有機(jī)氮水自配，[NH3-N]=11000mg/L，作為外加碳源的玉米水COD=26000mg/L，BOD/COD=0.6,各項(xiàng)水質(zhì)分析指標(biāo)均按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果2.1小反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)結(jié)果2.1.1DO的影響進(jìn)水NH3-N100mg/L；COD400mg/L;pH始終維持在7.5～8.5，出水?dāng)?shù)據(jù)見表1?？梢钥闯觯涸谳^低DO條件下，有利于NO2--N的積累，DO過高容易將NO2--N氧化成NO3--N；而且過高的DO將會(huì)加速有機(jī)碳源的氧化速率，使后半程的反硝化反應(yīng)得不到充足的碳源，阻礙反硝化反應(yīng)的進(jìn)行；但如果DO過低，硝化反應(yīng)不完全，1＃出水ηTN過低，僅為53.5%。綜合DO對(duì)ηTN和NO2--N的積累考慮，選定DO維持在0.5mg/L～1.0mg/L。表1

不同DO下出水水質(zhì)編號(hào)DO（mg/L）NH3-N(mg/L)NO2--N(mg/L)NO3--N(mg/L)ηTN(%)ηCOD(%)NO2--N/NO3--N1＃0.2左右37.416.60.553.561.533.22＃0.5～1.00.734.00.964.376.537.83＃1.0～2.0023.65.271.286.24.52.1.2pH的影響進(jìn)水條件依然保持NH3-N100mg/L；COD400mg/L；DO維持0.5～1.0mg/L；pH分別維持在7.5～7.8，7.8～8.0，8.0～8.2，8.2～8.5，出水?dāng)?shù)據(jù)見表2。實(shí)驗(yàn)過程中pH用固體Na2CO3和5%的硫酸調(diào)節(jié)。可以看出：pH維持在7.5～7.8時(shí)1＃出水ηTN過低，僅為45.6%，綜合pH對(duì)ηTN和NO2--N的積累考慮，選定pH維持在8.0～8.2。表2不同pH下出水水質(zhì)編號(hào)pHNH3-N(mg/L)NO2--N(mg/L)NO3--N(mg/L)ηTN(%)NO2--N/NO3--N1＃7.5～7.8024.030.445.60.82＃7.8～8.0021.95.172.74.33＃8.0～8.2022.63.673.26.34＃8.2～8.5018.215.766.11.22.1.3不同C/N的影響進(jìn)水條件依然保持NH3-N100mg/L，DO維持0.5～1.0mg/L,pH維持8.0～8.2，按進(jìn)水COD分別為200mg/L，400mg/L，800mg/L（C/N=2，4，8）運(yùn)行，出水?dāng)?shù)據(jù)見表3。1＃出水NO2--N的積累較2＃和3＃差，說明C/N小于4不利于NO2--N的積累；對(duì)比2＃和3＃出水，從NO2--N的積累以及ηTN來看兩者相差不大，3＃略好于2＃，因此仍選用最佳C/N=8。需要說明的是，如果工程實(shí)踐中如果廢水的C/N低于4，應(yīng)該向廢水補(bǔ)充碳源，但從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，不宜過多地補(bǔ)充碳源以追求達(dá)到C/N=8，到底選用多大的C/N還要綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等因素考慮。表3不同C/N下出水水質(zhì)編號(hào)C/NNH3-NNO2--NNO3--NηTNNO2--N/NO3--N1＃209.419.770.90.52＃4022.63.673.26.33＃8019.62.977.56.72.2運(yùn)行周期內(nèi)氮元素的跟蹤試驗(yàn)根據(jù)0.8L小反應(yīng)器確定的進(jìn)水NH3-N100mg/L，COD800mg/L，DO維持0.5～1.0mg/L，pH維持8.0～8.2運(yùn)行12L大反應(yīng)器，二周后出水水質(zhì)基本穩(wěn)定后對(duì)反應(yīng)周期內(nèi)對(duì)各種形態(tài)氮進(jìn)行跟蹤，結(jié)果見表4。根據(jù)表4作圖1，并計(jì)算出表5反應(yīng)周期的每1hr時(shí)間間隔內(nèi)各種形態(tài)氮的變化量。表4反應(yīng)器水質(zhì)跟蹤數(shù)據(jù)時(shí)間（hr）NO2--N（mg/L）NO3--N（mg/L）NH3-N（mg/L）TN（mg/L）ηNH3-N（%）ηCODcr（%）ηTN（%）00.26.35056.500019.63.038.851.461.286.248.6214.53.130.347.969.788.752.1319.53.617.640.782.488.859.3424.85.72.332.897.788.367.2522.99.4

032.310087.067.7618.812.7031.510088.768.5712.116.4028.510089.271.589.617.6027.210090.072.896.216.3022.510090.177.5104.415.9020.310090.679.7表5

反應(yīng)周期的每1hr時(shí)間間隔內(nèi)各種形態(tài)氮的變化量（mg/L）時(shí)間（hr）NO2--NNO3--NNH3-NTN0～19.4－3.3－11.2－5.11～24.90.1－8.5－3.52～35.00.5－12.7－7.23～45.32.0－15.3－8.04～5－5.95.8－2.3－2.45～6－18.112.00－6.16～7－0.71.000.37～81.5－1.80－0.38～9－1.4－0.60－3.59～101.2－3.10－3.53.結(jié)論（1）通過小反應(yīng)器對(duì)比實(shí)驗(yàn)，確定了SBR工藝實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化的優(yōu)化條件是pH8.0～8.2、DO0.5mg/L～1.0mg/L，C/N≥4。需要說明的是，與小反應(yīng)器采用曝氣頭與空壓機(jī)結(jié)合曝氣不同，大反應(yīng)器采用的是曝氣板與大反應(yīng)器結(jié)合曝氣，由于廢水壓頭有70cm水柱，曝氣量調(diào)節(jié)沒有小反應(yīng)器方便，以至在反應(yīng)進(jìn)行到5hr～6hr后雖然曝氣量沒有改變，但反應(yīng)器內(nèi)DO卻上升到2mg/L左右，因此由圖1可以看出，這一階段NO3--N的濃度有所上升，超過了NO2--N的水平，這也說明在整個(gè)運(yùn)行周期中DO對(duì)NO2--N的積累起到了很大的作用。（2）對(duì)表5進(jìn)行分析可以得到以下結(jié)論：①6hr～7hr,NO3--N的濃度達(dá)到了最大值，而6hr～8hr內(nèi)TN幾乎沒有變化。（第7hr的TN為24.5mg/L，而第6hr和第8hr的TN均為24.2mg/L；實(shí)際上在沒有外加N源的情況下，反應(yīng)器內(nèi)TN的水平只有可能保持不變或減少，所以基本可以認(rèn)為第7hr的TN測(cè)定值24.5mg/L屬于實(shí)驗(yàn)誤差）根據(jù)微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，隨著底物濃度C越大，反應(yīng)速度dC/dt也會(huì)增加，而在NO3--N的濃度達(dá)到最大之后的一段時(shí)間內(nèi)并TN沒有減少，可以判定整個(gè)反應(yīng)過程中不可能由NO3--N直接反硝化脫氮。也就是說NO3--N必須先轉(zhuǎn)化為NO2--N，再由后者實(shí)現(xiàn)脫氮。②在反應(yīng)的7hr～10hr，NO3--N的濃度相對(duì)較大，而這段時(shí)間內(nèi)NO3--N轉(zhuǎn)化為NO2--N的量?jī)H為24.4mg/L-18.9mg/L=4.5mg/L,說明說這一反應(yīng)的速度是很慢的；而0hr～7hr內(nèi)NO3--N的濃度相對(duì)較小的情況下轉(zhuǎn)化為NO2--N的量就更少了，由此可以推斷在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)以短程硝化反硝化作用為主。也就是說通過pH、DO、C/N等反應(yīng)條件的控制，在SBR中實(shí)現(xiàn)了短程硝化反硝化。參考文獻(xiàn)：1.張小玲，彭黨聰，王志盈.短程硝化－反硝化技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性分析.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2002，34（3）：239～2422.BruceE.Rittmann,PerryL.McCarty.環(huán)境生物技術(shù)：原理與應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，2002（5）：470～4963.李軍，楊秀山，彭永臻.微生物與水處理工程.化學(xué)工業(yè)出版社.2002（9）：370～4054.JettenMSM,StrousM.Theanaerobicoxidationofammonium[J].FEMSmicrobiologyreviews,1999,22(5):4