SMSBR處理焦化廢水中的短程硝化反硝化

時間：2007-05-22 來源： 作者：

    短程硝化—反硝化(Shortcut nitrification and denitrification)是指將硝化控制在形成亞硝酸鹽階段，然后進行亞硝酸鹽的反硝化。該脫氮工藝可節省供氧量約25%；可節省反硝化所需碳源的40%，在C/N值一定的情況下可提高TN的去除率；可減少50%的污泥生成量，也減少了投堿量；縮短了反應時間，相應地減少了反應器容積。
　　短程硝化的標志是獲得穩定高效的HNO2的積累，即亞硝酸化率(NO₂-N/NOX-N)＞50%。荷蘭Delft技術大學開發的SHARON工藝，利用在較高溫度(30～35 ℃)下硝酸鹽細菌的生長速率明顯低于亞硝酸鹽細菌的特點，在完全混合反應器中通過控制溫度和停留時間，將硝化菌從反應器中洗脫，使反應器中亞硝化細菌占絕對優勢，從而使氨氧化控制在亞硝酸鹽階段^［1］。
　　目前膜生物反應器(MBR)脫氮工藝形式多是建立在傳統硝化—反硝化機理之上的兩級或單級脫氮工藝，短程硝化反硝化現象在MBR工藝中體現得較少，Wouter Ghyoot^［2］和W.J.Ng^［3］在各自的MBR研究中都發現有一定程度的NO₂-N積累(出水NO₂-N/NOX-N＞50%)的現象，并對此進行了解釋，但不夠理想。筆者在采用SMSBR處理焦化廢水的研究中獲得了高效穩定的短程硝化作用^［4］，現對其作用過程及形成原因作一探討。

1　試驗內容和方法

　　試驗裝置和試驗設計詳見參考文獻^［4］，試驗過程中硝化效果受溫度的影響很大，如表1所示。

　　由表1可見，硝化效果只在試驗運行之初和溫度再次回升后的兩個階段不受溫度變化的影響。試驗發現，這兩個階段的硝化過程截然不同。

2　運行初期NH3-N的轉化

　　圖1為運行初期進、出水NH3-N濃度的變化。圖2為溫度變化對出水NO₃-N和NO₂-N的影響。

　　由圖1可見，在9月27日—10月17日的前20 d里，硝化過程未受溫度的影響，其去除效果僅與投加的堿量有關(圖中出水NH₃-N高于進水NH₃-N的點是由于堿度過高抑制了硝化，而進水中含有機氮所致)。若投加的堿量合適，則出水NH3-N濃度＜1 mg/L(平均為0.26 mg/L)。此后，硝化過程受到溫度突降的沖擊，最先作出反應的是硝酸鹽細菌(如圖2所示)。因為在溫度突降的最初幾天里，NH₃-N的去除效果仍很好，但NO₂-N開始嚴重積累，NO₃-N濃度有所下降；隨后溫度回升，NH₃-N去除效果又變好(平均出水濃度為0.15 mg/L)，相應出水的NO₂-N濃度降至很低，而NO₃-N濃度回升至最大；10月30日后溫度進一步下降，硝酸鹽細菌很快受到抑制，因而出水NO3-N濃度急劇下降，而亞硝酸鹽細菌相對抗沖擊，使出水NO₂-N又開始積累；隨著溫度不斷下降，亞硝酸鹽細菌也受到抑制，NH₃-N的轉化也很差，直至最終停止�？傊�，試驗運行初期氨氮的轉化過程及其受溫度影響的規律完全符合傳統意義上的硝化過程。

3　穩定運行后的短程硝化

　　與運行初期不同的是，在經過600 d泥齡的長期運行，當硝化再次啟動后，作為硝化過程的第一步，即NH₃-N向NO₂-N的轉化進行得非常徹底，而NO₂-N向NO₃-N的轉化則受到嚴重抑制，使好氧段NO₂-N大量積累而NO₃-N濃度很低(＜10 mg/L)。硝化重新啟動之后的進、出水NH3-N濃度的變化見參考文獻［4］，并知硝化反應極易受到系統溫度、堿度、溶解氧濃度和進水COD沖擊負荷的影響，但在保證這些條件之后，系統具有極高的NH₃-N轉化率。圖3為好氧反應過程中NO2-N濃度的變化，圖4為試驗期間好氧段出水NO₂-N和NO₃-N濃度的變化。

　　圖3中NO₂-N濃度開始下降是由于缺氧滯后所致。圖4表明，當硝化再次啟動后，好氧段出水NO₃-N濃度都較低(除5 d異常外)，一般NO₃-N濃度＜10 mg/L(平均為6.83 mg/L)，而NO₂-N濃度則遠遠高于NO₃-N濃度，并隨NH₃-N轉化的效果好壞而波動。
　　以上現象表明，在一定運行條件下、SMSBR工藝經過長期運行表現出短程硝化的特點。由于短程硝化的標志是穩定且較高的HNO₂的積累，即亞硝化率較高，NO₂-N/(NO₂-N+NO₃-N)＞50%。根據參考文獻［4］的報道，在本工藝的運行工況下除5d異常外，亞硝化率都維持很高的值，平均為91.6%(若包括異常的5 d則為91.1%)。

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