摘 要：采用6 L的完全混合式反應(yīng)器(CSTR)進(jìn)行了高濃度氨氮廢水的短程硝化研究。在溫度為35℃、反應(yīng)器內(nèi)平均DO濃度為0.5～2.5mg/L、pH值為7～7.8的條件下連續(xù)運(yùn)行141d的試驗(yàn)結(jié)果表明：在第26天時(shí)實(shí)現(xiàn)了短程硝化，從第73天開(kāi)始出水中檢測(cè)不出NO3-；在增加了連續(xù)污泥回流的情況下，反應(yīng)器出水中也一直檢測(cè)不到NO3-；在進(jìn)水氨氮容積負(fù)荷達(dá)到1.2kgNH3-N/(m3•d)時(shí)，氨氮去除率仍保持在95%以上。掃描電鏡的觀察結(jié)果表明污泥中的細(xì)菌以短桿菌和球菌為主。

1、試驗(yàn)裝置、材料與方法

試驗(yàn)裝置及工藝流程如圖1所示。

廢水經(jīng)由進(jìn)水泵從水箱中提升進(jìn)入反應(yīng)器底部，經(jīng)反應(yīng)后從出水口進(jìn)到沉淀池中，沉淀后的上清液排走，污泥則經(jīng)污泥泵回流進(jìn)入反應(yīng)器底部�？諝馔ㄟ^(guò)氣泵，經(jīng)氣體流量計(jì)控制氣量后進(jìn)入反應(yīng)器。反應(yīng)器置于恒溫水浴[(35±1) ℃]中。試驗(yàn)中采用了pH在線控制，通過(guò)自動(dòng)投加Na2CO3溶液將pH值控制在7.0～7.8。

CSTR反應(yīng)器由有機(jī)玻璃加工而成，呈圓柱狀，高45cm，內(nèi)徑為14cm，有效容積為6L。進(jìn)水口位于反應(yīng)器底部，曝氣管從中部取樣口(距底部19cm)進(jìn)入反應(yīng)器，出水口距反應(yīng)器底部39cm。
　　
原水的配制：在自來(lái)水中加入一定量的氯化銨作為基質(zhì)，同時(shí)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(yīng)器中接種約2.5L污泥后的SS和VSS分別為6.3和4.7g/L。
　　
分析時(shí)，COD測(cè)定：COD速測(cè)儀；pH值：Ph計(jì)；SS和VSS：標(biāo)準(zhǔn)稱重法；氨氮：納氏試劑分光光度法；NO2--N和NO3--N：離子色譜法和N-(1-萘基)-乙二胺光度法；溶解氧：溶解氧儀。

2　試驗(yàn)結(jié)果

2.1　運(yùn)行結(jié)果
　　
根據(jù)反應(yīng)器的運(yùn)行情況，可將試驗(yàn)過(guò)程分為兩個(gè)階段：?jiǎn)?dòng)期(第1～23天)和提高負(fù)荷期(第24～141天)。在提高負(fù)荷期又可分為無(wú)回流階段(第24～40天)、間歇回流階段(第41～93天)和連續(xù)回流階段(第94～141天)。
　　
整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)、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可以看出，在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中多數(shù)情況下出水的氨氮濃度＜800mg/L，而在第125～139天時(shí)則基本保持在50mg/L以下。此外，出水NO2--N濃度在第84天以前一直保持上升趨勢(shì)，后期則由于受進(jìn)水氨氮濃度下降的影響，也相應(yīng)地有所下降，而出水中的NO3--N先是逐漸升高，然后再下降，到第26天時(shí)出水中的NO3--N濃度已經(jīng)低于NO2--N濃度，NO2--N濃度與NO2--N、NO3--N濃度之和的比值達(dá)到了0.57，說(shuō)明此時(shí)該反應(yīng)器已成功實(shí)現(xiàn)了短程硝化。此后，NO3--N濃度一直在持續(xù)下降，到第73天時(shí)已經(jīng)檢測(cè)不到NO3--N，在試驗(yàn)后期即使增加了污泥回流，出水中也沒(méi)有檢測(cè)到NO3--N，這表明反應(yīng)器中幾乎完全淘汰了硝化細(xì)菌。

氨氮去除率和容積負(fù)荷的變化如圖3所示。
　　
由圖3可以看出，隨著反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，容積負(fù)荷也逐漸提高，啟動(dòng)初期容積負(fù)荷僅為0.02kgNH3-N/(m3·d)，到啟動(dòng)期結(jié)束時(shí)(第23天)達(dá)到了0.1kgNH3-N/(m3·d)左右；在第72～123天基本保持在0.6～0.8kgNH3-N/(m3·d)；此后進(jìn)一步提升負(fù)荷，最高時(shí)達(dá)到了1.4kgNH3-N/(m3·d)。從圖3可以看出，氨氮去除率出現(xiàn)了4次較大的下降，分別出現(xiàn)在第37天、第68天、第86天以及第111～117天之間，其原因主要是反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度的降低導(dǎo)致了生物活性下降。

反應(yīng)器內(nèi)MLSS的變化如圖4所示。

從圖4可以看出，反應(yīng)器內(nèi)的MLSS波動(dòng)較大。在反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中污泥的增長(zhǎng)量始終跟不上污泥的流失量，所以在沒(méi)有污泥回流(第41天以前)的情況下，反應(yīng)器中污泥濃度呈下降趨勢(shì)，MLSS從接種時(shí)的6300mg/L一直降到了300mg/L。為保證反應(yīng)器內(nèi)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(yùn)行。反應(yīng)器外排的污泥都被收集起來(lái)并加以培養(yǎng)，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的MLSS＜1000mg/L時(shí)再把這些污泥補(bǔ)充到反應(yīng)器中以保證反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度。從第94天開(kāi)始增加了沉淀池和污泥回流系統(tǒng)(如圖1中虛線部分所示)，反應(yīng)器的運(yùn)行改為連續(xù)污泥回流，所以從第41～141天反應(yīng)器內(nèi)平均MLSS基本維持在2000mg/L。
　　
反應(yīng)器內(nèi)平均DO濃度變化見(jiàn)圖5。

從圖5可以看出，反應(yīng)器中DO濃度主要控制在兩個(gè)水平，即在第121天以前反應(yīng)器內(nèi)DO為1mg/L左右，從第122～141天則主要控制在2mg/L左右。進(jìn)、出水總氮的變化見(jiàn)圖6。

由圖6可以看出，在反應(yīng)器運(yùn)行的141d中進(jìn)、出水總氮濃度始終存在一定的差異，這說(shuō)明并非所有被氧化的氨氮都轉(zhuǎn)化成了NO2--N。其相差部分可能是被用于合成新的細(xì)胞物質(zhì)，但計(jì)算表明用于合成的氨氮非常少，仍有部分氨氮以其他方式消失了，由于反應(yīng)器內(nèi)DO濃度較低，消失的這部分氨氮有可能與其他氮素轉(zhuǎn)化途徑有關(guān)，比如好氧反硝化、由自養(yǎng)硝化細(xì)菌引起的反硝化或同時(shí)硝化反硝化(SND)等，這些仍有待進(jìn)一步證實(shí)。

2.2　污泥狀況
　　
反應(yīng)器運(yùn)行到第87天時(shí)從排泥中取樣進(jìn)行掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)泥中細(xì)菌數(shù)量較多(以短桿菌和球菌為主)，但其表面似乎包裹著一層粘性物質(zhì)。從細(xì)菌形態(tài)看，球菌可能是亞硝化球菌屬(Nitrosococcus)的細(xì)菌，而桿菌則可能是亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)的細(xì)菌。

3　討論
有、無(wú)污泥回流的運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果均表明，泥齡的長(zhǎng)短并不影響短程硝化的實(shí)現(xiàn)，即使在比1. 5d更長(zhǎng)的泥齡條件下硝化細(xì)菌仍逐漸被淘汰出反應(yīng)器，從而實(shí)現(xiàn)了NO2--N的穩(wěn)定積累。在連續(xù)進(jìn)行污泥回流的情況下仍能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)短程硝化，表明該工藝有望進(jìn)一步直接應(yīng)用于處理低濃度氨氮廢水中。

4　結(jié)論

①以自行配制的高氨氮廢水為進(jìn)水，以普通活性污泥為種泥，在溫度為35℃、CST R反應(yīng)器平均DO濃度為0.5～2.5mg/L、pH值為7～7.8的條件下連續(xù)運(yùn)行，在無(wú)污泥回流的狀況下從第26天開(kāi)始出水中的NO2--N濃度超過(guò)了NO3--N濃度，成功地實(shí)現(xiàn)了短程硝化；
　　
②反應(yīng)器在增加間歇污泥回流的條件下運(yùn)行，出水中NO3--N濃度仍一直呈下降趨勢(shì)，約30d后出水中檢測(cè)不出NO3--N；當(dāng)反應(yīng)器采用連續(xù)污泥回流的方式運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)器出水中也一直檢測(cè)不到NO3--N，表明在泥齡較長(zhǎng)的運(yùn)行條件下也能夠成功地實(shí)現(xiàn)短程硝化；
　　
③反應(yīng)器在進(jìn)水氨氮容積負(fù)荷達(dá)到1.2kg/(m3·d)時(shí)，氨氮去除率仍保持在95%以上；
　　
④掃描電鏡的觀察結(jié)果表明污泥中的細(xì)菌以短桿菌和球菌為主。

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