氨氮的去除是通過(guò)硝化和反硝化兩個(gè)相互獨(dú)立的過(guò)程實(shí)現(xiàn)的，由于對(duì)環(huán)境條件的要求不同，這兩個(gè)過(guò)程不能同時(shí)發(fā)生，而只能序列式進(jìn)行，即硝化反應(yīng)發(fā)生在好氧條件下，反硝化反應(yīng)則發(fā)生在嚴(yán)格的缺氧或厭氧條件下。在這種理論指導(dǎo)下，傳統(tǒng)的生物脫氮工藝都是將缺氧區(qū)(或厭氧區(qū)) 與好氧區(qū)分隔開(kāi)，如A/O系統(tǒng)[1]，在好氧區(qū)供氧充足，氨氮被硝化菌群氧化成硝酸鹽氮，然后混合液一般被回流至前置式缺氧段; 在缺氧條件下，反硝化菌利用硝酸鹽氮和原污水中的有機(jī)物完成反硝化過(guò)程，達(dá)到脫氮的目的。而在后置式反硝化場(chǎng)合，因?yàn)榛旌弦褐杏袡C(jī)物的缺乏，一般還需要人工投加碳源，但脫氮效果可高于前置式，理論上可達(dá)到近于百分之百的脫氮[2]。

在SBR 法處理生產(chǎn)生活污水的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)碳源不足，使得在反消化過(guò)程中有機(jī)物不足，這就需要補(bǔ)充碳源，控制影響工藝有效運(yùn)行、相互制約的各種因素，而其中最主要的是碳氮磷的比值。如果在SBR 處理工藝中控制好比值，同時(shí)控制好其他環(huán)境因素，使各制約因素得到統(tǒng)一，則脫氮就會(huì)取得較好的效果。

1 工藝流程和裝置介紹

1．1 裝置介紹

SBR 反應(yīng)器總?cè)莘e為2 × 1440 m3 ，采用碟式射流曝氣器、鼓風(fēng)機(jī)曝氣。

1．2 工藝流程介紹(圖1)

氣化廢水由廠區(qū)管道直接泵入廢水調(diào)節(jié)池，其他廠區(qū)收集的生產(chǎn)廢水以及生活污水由污水管路經(jīng)過(guò)一道人工格柵，去除污水中較大的顆粒物和漂浮物質(zhì)，自流入污水處理站的生活污水格柵井，直接由泵泵入后續(xù)均衡池。氣化廢水在調(diào)節(jié)池中實(shí)現(xiàn)水質(zhì)水量的均化。同時(shí)在廢水調(diào)節(jié)池中設(shè)置穿孔管路進(jìn)行曝氣攪拌，防止懸浮固體和顆粒在池底沉積。然后廢水由兩臺(tái)提升泵提升至一級(jí)攪拌反應(yīng)槽內(nèi)，并向其中投加磷酸和氫氧化鈉，充分?jǐn)嚢杌旌戏磻?yīng)后流入二級(jí)攪拌反應(yīng)槽，同時(shí)投加混凝劑和絮凝劑繼續(xù)混合反應(yīng)。出水流入濃密池中實(shí)現(xiàn)固液沉淀分離，濃密池中安裝有專利型高效濃密機(jī)，以獲得較高的沉淀效果。

預(yù)處理系統(tǒng)濃密池出水自流入均衡池，污水在均衡池中一方面實(shí)現(xiàn)水質(zhì)均化，另一方面根據(jù)運(yùn)行情況投加甲醇和氫氧化鈉，以補(bǔ)充后續(xù)生化需要的碳源和堿度，提高SBR 工藝對(duì)NH3-N的去除效率。均衡池設(shè)置空氣攪拌對(duì)污水和投加的藥劑進(jìn)行均勻混合，同時(shí)安裝兩臺(tái)二級(jí)提升泵提升污水至SBR 反應(yīng)器。污水在SBR 反應(yīng)器中發(fā)生生化反應(yīng)，COD、氨氮等在微生物的作用下得到充分的降解，在一定的時(shí)序內(nèi)由安裝于反應(yīng)池末端的潷水器將上層的清水排出。兩組SBR 反應(yīng)器交替工作，按周期運(yùn)行。一個(gè)工作周期為8 個(gè)小時(shí)。進(jìn)水階段同時(shí)進(jìn)行曝氣。每組池內(nèi)設(shè)置碟式射流曝氣機(jī)以及剩余污泥泵等。出水由潷水器排入排水監(jiān)測(cè)池，最終排出處理站界外。如果排水監(jiān)測(cè)指標(biāo)不合格，可以將其回流至預(yù)處理段重復(fù)處理。

圖1 工藝流程框

Fig．1 process flowsheet

生產(chǎn)污水水質(zhì)見(jiàn)表1，運(yùn)行方式及參數(shù)分別見(jiàn)表2、表3。

表1 德士古氣化水質(zhì)

Tab．1 Texaco gasification waste water

表2 運(yùn)行方式

Tab．2 Operation mode

表3 運(yùn)行參數(shù)

Tab．3 Operation parameters

以上數(shù)據(jù)為最佳工況、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的參數(shù)。水質(zhì)分析方法均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法。

2 結(jié)果與討論

2．1 SBR 工藝的處理效果

SBR 工藝的處理效果見(jiàn)表4，其出水的COD、BOD5、NH3-N濃度都達(dá)到了國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(COD = 150 g /L、BOD5 =30 mg /L、NH3-N = 25 mg /L) [3]。SBR 工藝德士古氣化污水的處理效果很好，特別是氮的處理效果更為突出。進(jìn)水氨氮濃度為208 mg /L 時(shí)，出水氨氮濃度在2．83～9．23 mg /L 之間，去除率為95%～97%，此系最佳工況運(yùn)行期間的進(jìn)、出水水質(zhì)。

表4 SBR 工藝的處理效果

Tab．4 Treatment efficiency

2．2 氮的去除及轉(zhuǎn)化

圖2 是一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)氮的轉(zhuǎn)化情況。

圖2 一個(gè)周期氨氮的變化

Fig．2 transformation of ammonia nitrogen within a cycle

2．2．1 硝化

進(jìn)水NH3-N 在經(jīng)過(guò)硝化反應(yīng)后變成了硝態(tài)氮，氨氮轉(zhuǎn)化的第一個(gè)過(guò)程就是硝化。硝化菌把氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽的過(guò)程稱為硝化。硝化是一個(gè)兩步的過(guò)程，分別利用了兩類微生物，亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌。這些細(xì)菌所利用的碳源是CO2 －3 、HCO －3和CO2等無(wú)機(jī)碳，不是有機(jī)碳。第一步首先由亞硝酸鹽菌將氨氮轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽。把亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽是由硝酸菌完成的。亞硝酸鹽菌和硝酸菌稱為硝化菌。硝化菌是專性的自養(yǎng)革蘭陰性好氧菌。它們利用氨氮轉(zhuǎn)化過(guò)程中釋放的能量作為自身新陳代謝的能源，硝化菌對(duì)環(huán)境非常敏感，其產(chǎn)率與去除BOD 的異養(yǎng)菌相比要低[4]。

2．2．2 TN(總氮) 的去除

在厭氧階段總氮濃度的降低主要是混合稀釋作用和硝態(tài)氮的去除造成的。在進(jìn)行的好氧曝氣段，總氮也得到了一定的去除，主要是其中一部分被同化。

2．2．3 反硝化

污水進(jìn)入反應(yīng)裝置后，將原有的硝酸鹽濃度稀釋，同時(shí)借助水中的碳源，使剩余混合液中的硝酸鹽發(fā)生反硝化反應(yīng)。在厭氧段的前10 min，反硝化反應(yīng)迅速，該階段利用厭氧發(fā)酵產(chǎn)物作為碳源，其反硝化速率是第二階段(10～30 min) 反硝化速率的3倍左右[5]。硝酸鹽在經(jīng)過(guò)約50 min 的厭氧反硝化后，其濃度＜ 0．007 mg /L 水中原有的硝酸鹽在缺氧的情況下，則被還原成氣態(tài)N2后從水中逸出，從而達(dá)到國(guó)家二類排放標(biāo)準(zhǔn)。若在最佳工況運(yùn)行則出水氨氮可以未檢出。

2．3 影響硝化效果的因素

2．3．1 沖擊負(fù)荷

運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度突然升高時(shí)，系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果明顯下降，污泥負(fù)荷甚至出現(xiàn)負(fù)值(這是因?yàn)楫愷B(yǎng)菌受沖擊負(fù)荷影響比硝化菌小，進(jìn)水中的有機(jī)氮繼續(xù)被異養(yǎng)菌轉(zhuǎn)化為氨氮，從而使出水氨氮高于好氧攪拌完氨氮) [6]，需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能恢復(fù)。

2．3．2 pH 值

系統(tǒng)對(duì)氨氮的處理效果與出水pH 值密切相關(guān)。進(jìn)水氨氮為122 mg /L 左右時(shí)出水氨氮濃度與pH 值的關(guān)系見(jiàn)圖。

圖3 出水氨氮濃度與pH 的關(guān)系

Fig 3 the relationship of effluent ammonia concentration with pH

當(dāng)pH ＞ 8．1 時(shí)出水氨氮才能降至10 mg /L 左右。同時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)水氨氮濃度越大，在保證處理效果的前提下出水pH 值會(huì)越高(見(jiàn)表5) 。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，pH 值對(duì)硝化的影響是暫時(shí)的。

表5 進(jìn)、出水氨氮和出水pH 值

Tab．5 the ammonia nitrogen concentration of water inlet、outlet and the pH of water outlet

2．3．3 溫度

運(yùn)行初期水溫＞20 ℃時(shí)基本保持了良好的硝化效果，當(dāng)溫度低于15 ℃時(shí)，硝化菌生長(zhǎng)速率降低[7]。由于硝酸鹽細(xì)菌對(duì)溫度變化比亞硝酸鹽細(xì)菌敏感，溫度小幅降低將首先影響硝酸鹽細(xì)菌，使NO2 －N積累，但氨氮去除率未受大的影響; 當(dāng)溫度持續(xù)降低時(shí)(低于20 ℃) 亞硝酸鹽細(xì)菌也受到影響，氨氮的去除率也逐漸減小直至硝化作用完全停止。當(dāng)溫度回升至23 ℃時(shí)硝化作用開(kāi)始恢復(fù)，并且出水氨氮迅速降至1 mg/L 以下，NO2 －N 持續(xù)積累。根據(jù)幾年地運(yùn)行發(fā)現(xiàn)當(dāng)水溫控制在10 ～35 ℃之間處理效果相對(duì)穩(wěn)定。

2．3．4 DO(溶解氧)

在好氧保持DO 2～4 mg /L，滿足通常的硝化反應(yīng)DO ＞2 mg /L 的要求。當(dāng)系統(tǒng)DO ＜ 1 mg /L，出水硝化效果明顯變差，氨氮去除率從99%降至32%。在厭氧減短DO ＜ 0．5 mg /L 反硝化過(guò)程要在缺氧狀態(tài)下進(jìn)行，溶解氧不能超過(guò)0．5 mg /L，否則反硝化過(guò)程就得停止。反硝化過(guò)程分為兩步進(jìn)行[8]，第一步由硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，第二步由亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為一氧化氮、二氧化氮和氮?dú)狻?/P>

2．3．5 微生物活性

運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行初期進(jìn)水氨氮為200 mg /L 左右，在未受到?jīng)_擊負(fù)荷、溫度和pH 值的影響時(shí)氨氮去除率＞ 99%，硝化效果良好; 運(yùn)行300 d 以后，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水氨氮為120 mg /L時(shí)出水氨氮為10 mg /L 左右，而且出水中多為NO2-N。這是因?yàn)檫\(yùn)行初期微生物活性較高，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加和污泥濃度的升高，死亡后的細(xì)胞殘留物和微生物代謝產(chǎn)物在反應(yīng)器內(nèi)的濃度逐漸積累升高，而這些物質(zhì)大部分為高分子物質(zhì)，在反應(yīng)器內(nèi)積累到一定程度就會(huì)對(duì)硝化產(chǎn)生抑制。由于硝酸鹽細(xì)菌對(duì)環(huán)境比亞硝酸鹽細(xì)菌敏感，因而硝酸鹽細(xì)菌的活性幾乎完全被抑制，出水中NO3-N 含量很低，從氨氮的去除情況來(lái)看，亞硝酸鹽細(xì)菌也受到了影響。因此我們要根據(jù)處理效果，污泥顏色．污泥濃度等及時(shí)排泥防止污泥老化。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論

(1) SBR 工藝在去除有機(jī)物的同時(shí)可以完成脫氮。試驗(yàn)結(jié)果表明，出水COD 濃度為10．7 ～32．2 mg/L，去除率可達(dá)89% ～87%; 出水BOD5濃度為5．2～13．62 mg/L，去除率可達(dá)88%～89%; 出水NH3 －N 濃度為2．83 ～9．23 mg/L，去除率可達(dá)95% ～97%。

(2) 在SBR 工藝處理生產(chǎn)污水過(guò)程中，SBR 水處理抗沖擊性差，要對(duì)污水進(jìn)行進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)控和提高操作工的經(jīng)驗(yàn)根據(jù)水質(zhì)的情況進(jìn)行更改負(fù)荷大小。

(3) 調(diào)整好水中的碳氮磷，厭氧消化池中，細(xì)菌生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)由污泥提供。合成細(xì)胞所需的碳源擔(dān)負(fù)著雙重任務(wù)，其一是作為反應(yīng)過(guò)程的能源，其二是合成新細(xì)胞。我們要通過(guò)對(duì)進(jìn)水COD 的分析及時(shí)投加營(yíng)養(yǎng)液(硝酸銨、尿素、磷酸鈉、磷酸一氫鈉) [9]或者甲醇給反消化提供充足的碳源。

(4) 溫度在污水處理中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，要對(duì)溫度控制在10～35 ℃，溫度低于此范圍影響微生物的生長(zhǎng)速度。

(5) DO 濃度也是污水處理中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在好氧間段控制在2～4 mg /L[10]如果低使氨氮不能夠氧化成硝酸根和亞硝酸根。厭氧間段控制在0．5 以下，為反消化創(chuàng)造有利地條件。