处理高浓度氨氮废水硝化时亚硝酸盐积累的.

1、处理高浓度氨氮废水硝化时亚硝酸盐积累的摘要：本论文研究的目的是确定模拟高浓度工业废水短程硝化过程中亚硝酸盐 积累的最优条件，降低了硝化过程中氧的需求总量，这样可以大大地节约了曝 气量。选择适宜的溶解氧浓度DO和 PH 值研究亚硝酸盐积累而不影响总氨氮的 去除的可能性。硝化反应在一个 2.5L 活性污泥反应器中运行，添加人工废水模 拟高浓度氨氮工业废水。开始时 PH 为 7.85 和溶解氧浓度 5.5mg/L。反应器操 作直到稳定运行取得了进水氨氮浓度为 610mg N-NH4+/L 的氨氮负荷率（NLR 3.3kgN-NH4+/（m3.d）。关键词：硝化亚硝酸盐积累活性污泥溶解氧 PH1、介绍

2、生物硝化-反硝化在废水氨氮去除中使用最普遍的工艺，龙其城市污水。 该工艺在高浓度氨氮工业废水处理的运用已经做了大量的研究。由于氨氧化需 要大量氧气，曝气在该系统中是主要的成本。硝化反应分两步。第一步氨氮在氨氮氧化菌作用下转化为亚硝酸盐。第二 步亚硝酸在氧化菌作用下转化硝酸盐（如图1）。氧化 1mol 氨氮，氨氮氧化菌需要 1.5mol 的氧气，亚硝酸盐氧化菌需要 0.5 莫尔氧气。完全硝化每 mol 氨氮 中需要 2 莫尔的氧气。这意味着短程硝化生成亚硝酸盐氮，每mol 氨氮仅需要1.5mol 氧气，暗示着短程硝化比完全硝化可以节约 25%的氧气。在反硝化过程中硝酸盐转化为亚硝酸盐，然后转化为

3、N2O3 N2O 最终生成氮气。每一步都要消耗 COD 如果考虑快速反硝化，短程硝化生成亚硝酸盐 等，缩短了硝化意味着反硝化需要总的 CODt减少了，因为硝酸盐转化为亚硝 酸盐不需要COD由于上述原因短程硝化生成亚硝酸盐有吸引力，因为它导致在硝化过程中 需氧量减少，节约了曝气量；后面反硝化减少了 COD 勺需求。为了取得了短程硝化生成亚硝酸盐已经做了一些研究，但是那些成果适应 于低浓度氨氮废水。目前还没有研究高浓度氨氮，主要的问题是高浓度亚硝酸 盐浓度，它会抑制硝化菌。为了取得短程硝化有必要降低亚硝酸氧化菌的活性而不影响氨氮氧化菌的 活性。必须采取一些措施确保氨氮氧化菌的培养有利条件。表1 中

4、动力学公式适合硝化菌，由于各个常数值不同，培养基浓度、温度、PH 值和 DC 在不同时期对它们的活性的影响不同。另外，pH 值在每步影响培养基浓度，由于酸碱平 衡的发生了变化。在那些变量中，基质浓度不是一个运行参数，因为在废水处理中它是一个 客观变量。温度对两种类型细菌的生长率的影响不同：在高温时氨氮氧化菌比 亚硝酸氧化菌有更高的生长率。在 SHARO 工艺后这是真正思想。然而在大多数 情况下温度在整个反应器中是一个不容易修改和控制的参数，主要是经济角度 考虑。因此 PH 值和DO 浓度是主要运行变量去控制系统。这篇论文的目的是研究 PH 值和 DO 浓度在硝化过程中对亚硝酸盐积累的影 响，这

5、样的话，可以减少大量的曝气量。而且本工艺在反硝化过程中额外地节 约 CODtoNH4+3/2O2O2-+H2O+2 H 氨氮氧化菌NO2-+1/2O2NO3-亚硝酸氧化菌Fig.1.硝化中氨氮的转换动力学系数随着温度变化，这种关系在这里没有考虑。际生长率；卩 max最大实际生长率；KSH 未电离基质饱和系数；KIH:未电离基质抑制系数； O2:溶解氧浓度；e（AE/T）:离解基质平衡常数，AE 是激活能量，T 是绝对 温度。2、材料和方法2.1 试验搭建活性污泥单元由一个有效容积 2.5L 反应器和外部沉淀器组成（图 2）o通 过调整空气流量来控制曝气达到所需要得溶解氧浓度。通过加入浓度为80

6、g/L的 NaHCO 溶液自动控制 PH 值，NaHCO 溶液用作 PH 缓冲剂和硝化菌碳源。温 度保持在 30E，加入到反应器的污泥于一个运行了一年多的硝化活性污泥反应器。图 2:活性污泥单元实验启动示意图：（1）进水池，（2）进水水泵，（3）重碳酸盐容器，（4）重碳酸盐水泵，（5） pH 值控制器，（6） pH 仪表，（7）气流管，（8）反应器，（9）反应器进水口，（ 10）反应器进水口，（11）反应器出水口。启动的反应器到稳定运行共运行了 175 天。水力停留时间为 5.7 小时，如 果该系统维持两天（4.2 个水力停留周期），可以认为取得了稳定运行。人工 废水的氨氮浓度为 610mgN

7、-NH4+/L 氨负荷率（NLR）为 3.3kg N-NH4+/m3.d。用 自来水稀释浓缩的人工废水到所需要的浓度。浓缩氨氮废水（10gN-NH4+/L）的成分如表 2 所示。在试验开始时，pH 和 DO 浓度分别保持在 7.85 和 5.5mg/L。70 天后稳定运行取得，去除率没有太大的变化。启动后，pH 值和 DO 浓度在逐步变化如表 3 所示。图 3 硝化单元启动第一步研究，在 7.85 6.35 范围内逐步改变 pH 值，在各个 PH 值条件下有 足够的时间取得稳定运行。这个研究结束后，反应器在pH 值 7.85 下运行 10天，为了恢复微生物的活性。最后，pH 值在 7.85 9

8、.05 （基本范围）内逐步变 化。PH 的影响研究结束后，恢复反应器微生物的活性。第二步研究，DO 浓度在5.5 0.5mg/L 内逐步变化。在每一条件下取得稳定运行。22.2 分析方法氨氮分析使用离子选择电子仪（检测范围 9512），硝酸盐用 220 和 275 纳米的紫外线吸收测定，亚硝酸盐用硫磺酸反应测定。DO 浓度用氧电子仪（YSI-95,YSI 公司），氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐每天测定，溶解氧每天测两次 和生物量（VSS 每三天测一次。处理高浓度氨氮废水硝化时亚硝酸盐积累的研究3、结果与讨论3.1 启动如图 3 所示， 氮负荷率 （NLR 从 0.3kgN-NH4+/m3.d 增加到

9、3.3kgN- NH4+/m3.c，进水氨氮浓度从 260 mgN-NH4+/L 增加到 610mgN-NH4+/L 进水量 从 3.8L/d 增加到10.6L/d。pH 自动控制在 7.8 至 7.9 之间。在整个试验中保持生物浓度 6.3gVSS/L，连续混合液流入（每天开始50）。如图 3 所示，70 天的氨氮负荷率和氨氮浓度保持不变，可以认为稳定运 行取得了。完全硝化取得了，即驯化阶段结束（图 .4 ）图 4 氨氮浓度变化3.2pH 影响如图 5 所示 pH 值影响试验的结果。在酸性范围 pH 值 7.85-6.45 内（低于 7.85）对硝化没有影响，但低于 6.35 硝化完全抑制。

10、酸性范围研究结束后，反 应器在 pH值 7.85 运行，为了恢复微生物的活性。恢复活性阶段结束后，在正 常 pH 值范围里研究 pH 值对亚硝酸盐积累影响， 可以观察到在 pH 值 7.85-8.95 内 pH 值没有影响 （见图 5），尽管在 pH 值在 8.65 和 8.95 发生了亚硝酸盐短 暂积累。在 pH 值 9.05，完全抑制硝化反应的发生，没有亚硝酸盐积累。图 5 pH 值对亚硝酸盐积累的影响的示意图那些结果显示在大的 pH 值范围（pH6.45-8.95 ）内研究完全硝化会发生 在pH 低于 6.45 和高于 8.95 时，完全抑制硝化反应，没有亚硝酸盐的积累。图 6 总结了研

11、究 pH 对亚硝酸盐积累的结果。图 6 pH 值对氨氮氧化百分率和亚硝酸盐积累的影响。（X）氨氮消耗百分率，（）亚硝酸盐积累百分率。在正常 PH 值内 PH 值的影响被预料到了，由于自由氨氮对氨氮和亚硝化氧 化菌的抑制，正如以前报道。同行工作者解释说在酸性PH 值仅有亚硝酸盐氧化菌被自由氮酸抑制。但是在本研究中两菌种均受到抑制。这意味着自由氮酸能 产生抑制氨氮氧化菌的物质，但是以前还没报道。Suthersan 和 Ganczarcczyk 发现在高的 pH 值亚硝酸盐积累可以取得，建 议通过控制 pH 可以引起亚硝酸盐积累。在我们的研究中，短程亚硝酸盐积累发 生，龙其改变了 pH 设定值后，但

12、是由于微生物的适应，在几天后完全硝化发生 了（如图 5）。连续培养和足够的时间适应可以解释在每个pH 值试验结束时不能取得亚硝酸盐积累的原因。这意味着长期用pH 值作为一个关键的参数不可能取得亚硝酸盐的积累。3.3 DO 影响如图 7 所示本系统在 DO 值连续变化中系统的特征，可以发现 DO 浓度在 5.7 2.7mg/L 对亚硝酸盐积累没有影响。在 DO 值为 1.7mg/L 亚硝酸盐短暂积 累发生了。在 DO 值为 1.4mg/L 和 0.7mg/L 时，氨氮消耗相同，亚硝酸盐积累增 加。在 DO 值为0.5mg/L 时，亚硝酸盐积累和氨氮消耗量都减少了。图 7 DO 浓度对亚硝酸盐积累

13、影响的示意图图 8 概要了那些结果。每一点在各个条件下稳定运行取得的值。可以知道 亚硝酸盐在 DO 值为 1.7mg/L 时亚硝酸盐积累开始，在 DO 值为 0.7mg/L 时最 大，氨氮完全消耗了。图 8 DO 浓度对氨氮氧化和亚硝酸盐积累百分数的影响（口）氨氮消耗百分比，（）亚硝酸盐积累百分比，每个值在各个条件 下稳定运行取得的。那些结果显示在本研究条件下，长期运行系统12 天（超过 50 个水力停留时间周期）在 DO 值为 0.7mg/L,至少 65%的 NLR 以亚硝酸盐形成积累和 98%的 氨氮消耗。根据化学计量法这个积累意味着着在硝化阶段氧需求量减少17 %（对照完全硝化需要 2 莫尔每莫尔氨氮消耗 1.67 莫尔氧），它将减少曝气量。正如前面所述，亚硝酸盐积累意味着反硝化进一步节约了COD*。4 结论在 pH 值大范围（在 pH 6.45 和 8.95 之间）内，完全硝化有可能发生。在 pH 值低于 6.45 和高于 8.95 硝化突然下降，氨氮氧化和亚硝酸氧化菌完全受到 抑制。DOfi在 5.71.7mg/L 硝化不受影响，但 DC 为 1.4mg/L 亚硝酸盐积累发 生，并且随 DO 浓度减少逐渐增加，但不会影响全部