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常温下A/O工艺的短程硝化反硝化陈韬1，王淑莹2，彭永臻2，田文军3(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090；2.北京工业大学环境与能源工程学院，北京100022；3.中国市政工程华北设计研究院，天津300074)摘要：采用A/O工艺处理模拟生活污水，考察了pH值、游离氨(FA)、DO、HRT等因素的影响。试验结果表明，A/O工艺在常温(18～25℃)和pH＜7.5时可以发生比较稳定的短程硝化反硝化；即使FA浓度低达0.06mg/L也会对硝化菌属产生抑制作用，但FA浓度不会单独成为影响亚硝酸盐积累的主要因素；反硝化是否彻底将影响硝化类型，反硝化不完全时硝化类型向全程硝化反硝化转化，而一旦反硝化进行得比较彻底则可在短时间内恢复短程硝化反硝化；因硝化反应存在滞后现象，故控制较短的HRT有助于NO2--N的积累，而延时曝气则可以减少NO2--N的积累。 关键词：短程硝化反硝化；A/O工艺；FA；NO2--NShort-cutNitrificationandDenitrificationbyUsingA/OProcessatAmbientTemperatureCHENTao1,WANGShu-ying2，PENGYong-zhen2,TIANWen-jun3 (1.SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China;2.schoolofEnvironmentel&EnergyEngineering,BeijingPolytechnicUniversity,Beijing100022,China;3.NorthChinaMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Tianjin300074,China)Abstract：A/OprocesswasusedfortreatmentofthesimulateddomesticsewageinordertoinvestigatetheeffectofpH,freeammonia(FA),DO,andHRT,etc.Thetestresultshowedthattheshort-cutnitrificationanddenitrificationcanbesteadilyachievedatambienttemperature(18～25℃)andpH＜7.5byusingA/Oprocess;evenifFAisaslowas0.06mg/L,itwillalsoinhibitnitrobacter.However,FAitselfwillnotbecomethemainfactoraffectingtheaccumulationofnitrite.Whetherdenitrificationprocessproceedsthoroughlywillaffectthetypeofnitrification;incompletedenitrificationwillresultinthetransfertowhole-runnitrificationanddenitrification,andifdenitrificationproceedsthoroughly,short-cutnitrificationanddenitrificationwillrecoverinashortwhile.Thereislagginginnitrification,thereforeshortHRTwillcontributetotheaccumulationof NO2--N,andextendedaerationcanreducetheaccumulationofNO2--N.Keywords:short-cutnitrificationanddenitrification;A/Oprocess;FA;NO2--N1试验装置与设备1.1试验流程及设备A/O工艺模型主要由合建式缺氧—好氧反应器和竖流沉淀池组成，如图1所示。个廊道，总有效容积为85L；沿池长方向设置若干成对的竖向插槽，配以相应大小的插板，可以将整个反应器沿池长方向分成若干个小格，在每个插板上开一个25mm的圆孔，安放时使相邻圆孔上下交错以防止发生短流；在反应器顶部布置环状曝气干管，并设置若干个小阀门，由橡胶管连接烧结砂头作为微孔曝气器，气量由转子流量计测量；根据缺氧段所占比例，选择安放若干搅拌器用于保持泥水混合均匀；在距池底20cm的高度上设置若干取样口。进水、污泥回流和内循环流量分别用3台蠕动泵控制。沉淀池的沉淀区呈圆柱形，直径为30cm；污泥斗为截头倒锥体，倾角为60°；采用中心管进水、周边三角堰出水方式。 1.2原水采用由黄豆粉、葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4和NaHCO3与自来水配制的模拟生活污水。 1.3分析项目与方法COD：重铬酸钾法；MLSS：滤纸称重法；DO、温度：WTWDO测定仪及探头；pH值：WTWinolabpHlevel2和NTC30电极；NO2--N,：N-(1-萘基)-乙二胺光度法；NO3--N,：麝香草酚分光光度法；NH3-N：纳氏试剂分光光度法。2结果及分析2.1对NH3-N的去除率和NO2--N的积累率试验期间测得进水平均NH3-N浓度为40.21mg/L，对NH3-N的平均去除率为90.78%，出水中NO2--N,占TN的比例平均为75.29%。在前51天，出水中NO2--N,含量占TN的50%以上(平均为87.36%)，维持了稳定的NO2--N积累。第50～53天配制原水时以Na2CO3代替NaHCO3来提供碱度，使硝化类型发生显著变化，转化为全程硝化反硝化。从第54天开始配制原水时仍然以NaHCO3提供碱度，又出现了NO2--N,积累现象，但是在其后的试验中NO2--N,积累率不稳定。 2.2温度的影响试验启动后未进行温度控制，水温随室温的日变化为(±0.5)℃。在温度为18～25℃的变化区间内反应器NO2--N的积累比较稳定，说明A/O工艺可实现常温硝化反硝化。Balmelle等认为在10～20℃时硝化菌属很活跃，无论游离氨(FA)浓度多大，NO2--N的积累率都很低，此条件下温度对硝化菌活性的影响比FA对其抑制作用大。当温度为20～25℃时硝化反应速率降低而亚硝化反应速率增大。当温度＞25℃时FA对硝化菌的抑制作用大于温度的作用，可能因FA的抑制造成NO2--N的积累［1］。此外，由SHARON工艺机理可知，亚硝化菌在数量上可能形成优势的温度范围为30～36℃［2］，而笔者试验中在18～25℃实现了短程硝化反硝化并不符合上述文献中的观点。试验结果表明，即使温度＜25℃，FA、HRT、碱度类型以及反硝化是否中国城镇水网充分等因素也会对硝化菌活性产生影响。 2.3pH值和FA的影响在试验前期配制原水时没有补充碱度，原水pH值一般在7.1左右。第23～28天由于室温升高和原水在配水箱内的停留时间较长，水解酸化比较严重，pH值降到6.48。为了不影响硝化效率，同时更真实地模拟生活污水，配制原水时投加了NaHCO3，将pH值调至7.00～7.29。在第50～53天改投Na2CO3提供碱度。虽然pH值提高至7.62～8.44，但是NO2--N积累率锐减，硝化菌的活性迅速恢复、数量增加，造成了硝化类型的转变。第54天后重新投加NaHCO3提供碱度，在第55天NO2--N积累率上升，但是在其后的试验中NO2--N积累率不稳定，从而实现了向全程硝化类型的转变。试验结果表明，在较低的pH值下也可能发生短程硝化反硝化，而碱度类型对硝化类型也有影响。据文献介绍，FA是对NO2--N积累有重要影响的因素之一。一般认为硝化杆菌属比亚硝化单胞菌属更易受FA的抑制，而关于FA的抑制浓度的说法不尽相同，一种是FA对硝化菌的选择性抑制发生在0.1～10mg/L［3］。试验中短程硝化反硝化呈比较稳定时期的原水中FA为0.06～1.02mg/L，平均为0.25mg/L。在投加Na2CO3后原水中FA增至1.31～3.22mg/L，反而没能抑制硝化菌的活性。原水进入反应器后被内循环流量稀释，同时伴随着NH3-N的降解，反应器中的FA降低。试验结果表明，硝化菌属对外界环境很敏感，即使FA浓度很低(0.06mg/L)也会对其产生抑制作用，此外FA浓度不会单独成为NO2--N积累的主要影响因素。 2.4DO 的影响Celcen和Gonenc［4］认为在硝化反应阶段当(DO∶FA)＜5时会产生NO2--N的大量积累，因而抑制了NO2--N的生成，当(DO∶FA)＞5时则不会出现NO2--N。本试验为保证好氧段的泥水混合均匀而采用较大的曝气量，反应器内DO浓度较高(在好氧段始端DO＞1.5mg/L)，同时原水的平均FA为0.25mg/L，DO∶FA值较高，故可认为DO不是发生短程硝化的主要原因。2.5反硝化的程度在试验的第6、11、13、24、28天，在缺氧段末端检测到一定浓度的NO2--N，说明反硝化不彻底。同期监测发现原水在配水箱中停留时间过长，水解严重而造成COD下降，影响了反硝化效果，造成缺氧段末端和好氧段始端积累较多的NO2--N，抑制了亚硝化反应，并为硝化菌提供大量的底物。一般在其后第2天出水中NO2--N的积累率下降，说明这种响是滞后的，而且短期内可以恢复。此外，反硝化不彻底会造成出水中残余NO2--N浓度较高，这会影响后续消毒效果和消毒剂用量。因此，对于A/O工艺有必要监测原水的水质、水量变化以判断有机碳源是否充分，并及时调整内循环比来实现比较彻底的反硝化。 2.6HRT 的影响在试验的第23天和35天，出水中NO2--N含量仅占TN的40%左右，这是由于HRT增至12h造成的，说明NO2--N的积累与HRT相关。因硝化反应存在滞后现象，故控制较短的HRT有助于NO2--N的积累。同时，延时曝气可以减少NO2--N的积累。试验中A/O工艺的HRT为6～8h，这既可保证NH3-N的充分硝化，又能促进NO2--N的积累。 设计传统脱氮工艺时通常不考虑HRT对硝化类型的影响，认为亚硝化菌在常温下的数量和活性在硝化系统中都不占优势。如果仅控制HRT且使其值较小，则可能存在NO2--N的积累，但NO2--N的积累率很难达到50%以上。 2.7污泥浓度和泥龄的影响试验启动后测得初期反应器内MLSS约为1287mg/L(不排泥)，到第17天的MLSS达到2122mg/L，但随后由于蠕动泵故障又导致MLSS迅速下降到1014mg/L，之后仍然不排泥，到MLSS浓度达3412g/L时泥龄已达35d以上。由于长期不排泥，泥龄远远大于常温下亚硝化菌和硝化菌的世代时间，二者在反应器内都可能形成优势菌种。试验阶段曾出现过NO2--N积累率的波动，中国城镇水网也说明反应器内硝化菌和亚硝化菌长期共存，而发生短程硝化反硝化主要是因为硝化菌的活性受到抑制，使得硝化反应滞后于亚硝化反应的时间更长，同时控制HRT可使A/O工艺通过短程硝化反硝化途径实现脱氮。3结论①A/O工艺在常温(18～25℃)下可以发生比较稳定的短程硝化反硝化。②在pH＜7.5时也可能发生短程硝化反硝化，这对生活污水的处理具有重要意义。③硝化菌属对外界环境很敏感，即使FA很低(0.06mg/L)也会产生抑制作用，但FA浓度不会单独成为影响亚硝酸盐积累的主要因素。④反硝化是否彻底将影响硝化类型。反硝化不完全时硝化类型向全程硝化转化，一旦反硝化比较彻底则可以在短时间内恢复短程硝化反硝化。⑤因硝化反应存在滞后现象，故控制较短的HRT有助于NO2--N的积累。同时，延时曝气可以减少NO2--