高氨氮废水稳定亚硝化技术研究

1、第卷 第期中国给水排水年 月高氨氮废水稳定亚硝化技术研究卢俊平， 杜兵， 张志， 刘寅， 孙艳玲， 司亚安（内蒙古农业大学 水利与土木建筑工程学院，内蒙古 呼和浩特；北京市环境保护科学研究院，北京）摘 要： 以人工配制的含氮废水为研究对象，通过控制反应器内废水的、碱度、氨氮容积负荷为（），在长污泥龄（）活性污泥亚硝化系统中成功实现了反应器出水 与 的浓度比例接近的稳定亚硝化积累结果，为早日能够运用亚硝化厌氧氨氧化生物脱氮工艺实现高效生物脱氮提供了科学依据。关键词： 高氨氮废水； 亚硝化； 污泥龄； 溶解氧中图分类号：文献标识码：文章编号：（）， ， ， ， ， （，；，）： ， （）， （），

2、： ； ； ； 实现高氨氮、低碳氮比废水的高效、低耗处理一亚硝化控制技术，但除了在工艺直是废水生物脱氮领域的难题。近年来，厌氧氨中利用高温条件淘汰了硝化菌从而成功实现了稳定氧化作为一项新型高效生物脱氮工艺，已成为当今亚硝化外，其他几种单独通过控制、游离氨、温度世界水污染控制领域的研究热点、等条件实现的亚硝化均相继宣告失败、。但是，由于，但厌氧氨氧化是一个以氨为电子供体、亚硝酸盐氮为工艺又具有对常温或低温大流量废水加电子受体的生物反应过程，该反应除氨外还需要亚温而能耗、费用较高的缺点。因此，如何有效控制亚硝酸盐氮为底物，故亚硝化技术已成为能否运用厌硝化过程对于实现亚硝化厌氧氨氧化短程生物脱氧氨氧

3、化工艺实现高效生物脱氮的关键。尽管目前氮具有重要意义和应用价值。基于此，笔者进行了基于硝化过程的各影响因素陆续提出了多种形式的高氨氮废水亚硝化技术的研究。基金项目：北京市自然科学基金资助项目（）； 北京市科委科技项目（）卢俊平，等：高氨氮废水稳定亚硝化技术研究第卷 第期 试验材料与方法 模拟废水及接种污泥在自来水中加入一定量的工业级 和少量 、及微量元素配制高氨氮模拟废水进行研究。取某污水处理厂的好氧硝化污泥和中水处理厂的好氧活性污泥，经过短暂的硝化培养后作为亚硝化反应的接种污泥，其，。 试验装置亚硝化反应装置（见图）用有机玻璃制成，共由部分组成：顶部为台柱体型三相分离器，主要起到泥水分离、防

4、止污泥随水流失的作用；中间部分为圆柱体，是主反应区（容积约为）；底部为圆锥体，起到支撑作用。反应器高为、直径为、总有效容积为 ，采用粘砂块微孔曝气头曝气，并由转子流量计控制曝气量。*#(!+)! $!#$ #%&() $!* %+,) &-./0)123 (4 )56 *789 !+8:;=图 亚硝化反应装置 分析方法：纳氏试剂分光光度法；（萘基）乙二胺光度法； ：紫外分光光度法；、碱度：电位滴定法；：电子仪器法；：灼烧减重法；：马福炉 灼烧减重法。 试验方法试验共进行了，经历了启动培养期（）、选择抑制期（）、亚硝化稳定期（）个阶段。 启动培养期容首先在进水为 、积负荷为 （）、曝气量为 的条

5、件下启动反应器。这期间亚硝化反应器对生成率分别为 、的去除率和 左右，而 生成率几乎为零。这主要是因为一部分 被活性污泥暂时吸附去除；另一部分 在微生物作用下发生转化的过程中，由于低浓度溶解氧对硝化菌活性的抑制作用，以及在对有限溶解氧的竞争上亚硝化菌的能力要强于硝化菌，导致亚硝化反应器内 转化不彻底，转化产物以 为主。这与王志盈等人的研究结果一致。为了增大反应器出水 浓度，尽量使亚硝化反应器出水和 的浓度比例接近，随后于第天，调节反应器的曝气量为，同时减小进水流量来降低反应器容积负荷。试验结果表明，反应器进水中的的去除率逐渐得到充分氧化，对 由左右上升为， 生成率也由增加到， 生成率仍低于，系

6、统初步实现了亚硝酸盐氮的积累。 选择抑制期为控制亚硝化效率，实现反应器出水 的稳定积累，相继于第天和第天将进水的 浓度由 先增加到后再增加到，同时增大进水中 和浓度，以提高反应器内游离氨浓度从而抑制硝化菌的活性。但是，在第天由于进水管堵塞，反应器在没有进水的工况下持续曝气，导致对 的去除率高达， 和 的生成率分别为、，大部分 转化为 。随即调整反应器曝气量为 ，反应器内浓度也由迅速降低到以下，对 的去除率由 降到， 生成率也由 降到。这主要是因为曝气量的变化导致反应器内浓度在不断的升高和降低，从而引起亚硝化菌的氧化活性随浓度的变化而增强和减弱，对 的去除率曲线出现了波峰和波谷的明显变化。控制反

7、应器曝气量为、，持续稳定运行，在长泥龄和有限溶解氧条件下，亚硝化菌增殖速率加快，而硝化菌的增殖速率并不会有明显提高生成率逐，在此过程中，渐升高，而 生成率则下降，最终 第卷 第期中国给水排水得到稳定积累。 亚硝化稳定期当反应器内硝化污泥经历了前期选择抑制后，浓度从第天开始，系统出水、分别能稳定在和左右，对的去除率及 生成率分别达到和生成率，对 的去除率与 的比例基本接近。由此可见，经过前期的连续运行，已经在反应器中将硝化菌抑制甚至淘汰，而保留下来的几乎全是亚硝化菌，在反应器内获得了高活性硝化污泥，成功实现了以亚硝化作用为主的厌氧氨氧化过程。 结果与分析 亚硝化性能稳定性分析在启动培养期末，亚硝

8、化反应器内的微生物就表现出较高的亚硝化活性，其出水、分别占的、，基本实现了亚硝化。随后在选择抑制期和亚硝化稳定期两个阶段，反应占 的比例基本保证器出水、在左右。在长达的试验过程中，出水的浓度接近 ，基本满足设与 计要求。 亚硝酸盐氮与硝酸盐氮的关系试验过程中，除反应器启动阶段和操作管理失误导致进水几乎全部转化为 外，其余阶段出水以 为主（见图）， （ ）平均值稳定在以上，出水 浓度较低。#$+)* !#$%)* !#$%-%&,(-./01)*!()-!#$%&(#$%)*2&%)+$(%),$%)&%&! ,$+! 3$&$ , $+ +, *!-4图 亚硝化反应器出水氮氧化物浓度 亚硝化反

9、应器内氮素守恒与转化在反应器运行初期，约有以上的总氮流失，显然用微生物增长同化吸收氨氮不足以解释这一现象。原因可能是在微生物培养初期，其内源代谢过程受外界条件影响而发生剧烈变化，有很多中间产物生成，而这些中间产物未被反映到 、 、 的检测中，从而导致上述“总氮流失”现象。在微生物适应外界条件后，内部生化反应趋于稳定，中间产物量减少，从而表现出在稳定运行阶段，进、出水总氮基本平衡的现象。当然分析误差也是数据波动的原因之一。亚硝化反应器对的去除率见图 。!#$&%)$*+,$,) *- ). /0 10 -+ .1 0$ 22$ 2)! 21)图 亚硝化反应器对总氮的去除率变化 微生物增殖和污泥龄

10、在反应器运行的初始阶段，在低溶解氧、高氨氮废水水质条件下污泥性状发生改变，颜色由黑色向黄色过渡，流失加剧，浓度逐渐下降。第天后，反应器内污泥浓度基本稳定（），在后期有轻微下降趋势。为了刺激微生物增殖，笔者于第天从反应器内排出少量污泥，反应器内的污泥浓度由第天时的迅速增加到第天时的。同时还发现，尽管污泥龄超长（），但是无机化现象并不明显。值一直稳定在左右。试验在正常运行期间不主动排泥，利用出水携带悬浮物，从而达到反应器内污泥量的自身平衡。在试验的稳定期，系统内平均污泥龄维持在（见表 ），系统能够实现稳定的 积累。表 亚硝化反应器内的污泥龄 运行时平均流量污泥浓度污泥出水污泥（间（量龄）卢俊平，等

11、：高氨氮废水稳定亚硝化技术研究第卷 第期 亚硝化反应器内微生物活性物都表现出较高的氨氧化活性和亚硝化活性，随运试验结果表明，在控制浓度一定的条件下，行时间的延长，微生物逐渐适应了高氨氮环境，其活在长污泥龄完全混合系统中，完全可实现高氨氮废性逐渐增强。其中，在稳定运行期，微生物的亚硝化水稳定亚硝化。虽然，游离氨会对微生物的活性有速率达到 （），远高出常规一定的抑制作用，但在反应器运行的各个阶段，微生硝化污泥的硝化能力，见表。表 亚硝化反应器各运行阶段的微生物活性平均流量污泥量氨氧化速率亚硝化速率运行时段（）（ ）（ ）（）（）启动培养期选择抑制期稳定运行期注： 为出水与进水的 浓度之差；为出水与

12、进水的 浓度之差。 结论术环境保护，（）：， 通过控制反应器的 、长污泥龄和低溶解 ，氧，在启动培养期、选择抑制期、亚硝化稳定期个， ，阶段均实现了稳定的 积累，出水氨氮、 占 的比例基本保证在 左右，出水（）：的 （ ）值稳定在 ，以上，即出水以 为主， 很少。，（）： 在亚硝化反应器进水 、氨氮容积负荷为 （）、碱度 的条 ，件下，在长污泥龄（）活性污泥亚硝化反应系统：中通过调节曝气量、控制浓度（）成功实现了高氨氮废水的稳定亚硝化，基本保证反应，（）：器出水中 和 的浓度比例接近 魏琛，罗固源游离氨对稳定生物亚硝化的影响分析，达到了设计要求。重庆环境科学，（）： 在整个亚硝化反应器运行期间

13、，尽管系统 王志盈，刘超翔，袁林江，等 低溶解氧下生物流化床污泥相中硝化菌处在受抑制状态及生长或活性上的内亚硝化过程的选择特性研究西安建筑科技大劣势，但是系统出水中始终有 存在，其活学学报， ，（）： 性始终并未完全丧失，硝化菌并不会被完全淘汰。 左剑恶，杨洋，蒙爱红高氨氮浓度下的亚硝化过程及 在反应器稳定运行阶段，微生物都表现出其影响因素研究环境污染与防治，（）：较高的氨氧化活性和亚硝化活性，亚硝化速率达到（）。电话：（） 参考文献： 张蔚萍，陈建中低碳高浓度含氮废水的生物脱氮技收稿日期：高氨氮废水稳定亚硝化技术研究作者：卢俊平， 杜兵， 张志， 刘寅， 孙艳， 司亚安， LU Jun-pi

14、ng， DU Bing， ZHANG Zhi， LIU Yin，SUN Yan-ling， SI Ya-an作者单位：卢俊平,张志,LU Jun-ping,ZHANG Zhi(内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,内蒙古,呼和浩特,010018)， 杜兵,刘寅,孙艳,司亚安,DU Bing,LIU Yin,SUN Yan-ling,SI Ya-an(北京市环境保护科学研究院,北京,100037)刊名：中国给水排水英文刊名：CHINA WATER & WASTEWATER年，卷(期)：2010,26(11)参考文献(7条)1.左剑恶;杨洋;蒙爱红 高氨氮浓度下的亚硝化过程及其影响因素研究期刊论文

15、-环境污染与防治 2003(06)2.王志盈;刘超翔;袁林江 低溶解氧下生物流化床内亚硝化过程的选择特性研究期刊论文-西安建筑科技大学学报 2000(01)3.魏琛;罗固源 游离氨对稳定生物亚硝化的影响分析期刊论文-重庆环境科学 2003(12)4.Hellinga C;Schellen A A J J;Mulder J W The SHARON process:An innovative method for nitrogen removal from ammonium-rich wastewater外文期刊 1998(09)5.vail de Graaf A A;Mulder A;de Bruijn P Anaerobic oxidation of ammonium is a biologically mediated process外文期刊1995(