味精生產(chǎn)廢水主要指味精生產(chǎn)中發(fā)酵、提取、精制過程中產(chǎn)生的廢水，具有COD高、氨氮高、懸浮固體高與鹽分高的特點，是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的難處理廢水。近年來，越來越多的味精生產(chǎn)企業(yè)致力于廢水處理達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—2002）中一級A的直排標(biāo)準(zhǔn)，其中TN排放限值為15mg/L，這遠(yuǎn)高于《味精行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB19431—2004）中對TN排放的的要求（小于50mg/L），使得廢水中TN達標(biāo)成為新的研究難點。
A/O法是一種簡單、經(jīng)濟、高效的生物脫氮技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于高氨氮廢水處理領(lǐng)域。筆者以某味精精制廢水處理項目為研究對象，該工程采用A/O工藝，調(diào)試成功至今，系統(tǒng)保持穩(wěn)定運行，出水主要污染物均達到直排標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，筆者分別對A池與O池內(nèi)的有機物與氮元素的降解進行了計算與分析，進一步闡明生化系統(tǒng)中的脫氮途徑，以期明確A/O工藝高效脫氮的機理。
1、材料和方法
1.1 味精精制生產(chǎn)廢水生物處理工程
筆者研究工程為山東濟寧某味精生產(chǎn)企業(yè)的污水處理工程，廢水主要來源于谷氨酸到味精的中和、脫色、濃縮和結(jié)晶等精制過程。該污水站設(shè)計流量為1500m3/d，設(shè)計進水水質(zhì)COD為1500mg/L，總凱氏氮（TKN）為130mg/L；硝化液回流比為4.0，污泥回流比為1.0；設(shè)計出水水質(zhì)達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—2002）排放標(biāo)準(zhǔn)。該工程采用A/O工藝，處理流程見圖1。
其中進水區(qū)有效容積為150m3，實現(xiàn)了進水與回流硝化液、回流二沉池污泥的充分混合；A池有效容積310m3，水流下進上出，有效保持了較高污泥濃度；O池有效容積3200m3；二沉池表面負(fù)荷為0.80m3/（m2•h），池型為輻流式，沉淀效果好，有效保障了生化系統(tǒng)的高污泥濃度。
1.2 A池污泥反硝化速率測定試驗
采用批次試驗對系統(tǒng)中的污泥進行反硝化速率測定。具體方法：在3000mL燒杯中加入1000mL系統(tǒng)進水與1000mL硝化回流液（O池末端混合液）；缺氧狀態(tài)下攪拌，每隔10min取樣適量混合液樣品，加硫酸酸化至pH小于2，高速離心，測定上清液中COD、NO2--N、NO3--N、TKN的濃度。由于系統(tǒng)進水與硝化回流液混合后溶液所含NO3--N濃度較低，故在此基礎(chǔ)上額外補充了10mg/LNO3--N以提高反硝化速率測定的準(zhǔn)確性。
1.3 O池中污染物降解試驗
為了考察污染物在O池中的降解過程，在O池中沿水流方向每隔10m設(shè)置1個取樣點，分別標(biāo)注0#、1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#取樣點；并在二沉池出水處取樣（9#取樣點）。測定各取樣點上清液中COD、NO2--N、NO3--N、TKN的濃度，分析其降解過程。
1.4 分析測定方法
廢水水質(zhì)的COD、NO2--N、NO3--N、TKN和pH以及表征污泥性質(zhì)的混合液懸浮固體濃度（MLSS）均參照《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）》測定；污泥含氮量參照《城市污水處理廠污泥檢驗方法》（CJ/T211—2005）測定。
需要指出的是，由于味精精制生產(chǎn)廢水中的氮主要源自含氮有機物所以實驗均用TKN進行研究。
2、結(jié)果與討論
2.1 味精精制生產(chǎn)廢水生物處理裝置運行效果
該工程自2013年5月投入運行以來，運行穩(wěn)定，考察生產(chǎn)過程中100d運行的監(jiān)測數(shù)據(jù)。監(jiān)測結(jié)果表明：廢水流量為（1270±335）m3/d，原水COD為（1724±897）mg/L，TKN為（93.5±41.5）mg/L，pH為8.5±2.4，處理系統(tǒng)活性污泥的混合液懸浮固體質(zhì)量濃度（MLSS）為（5.3±0.2）g/L。
進水水量水質(zhì)波動很大，水量平均波動26.3%、平均COD波動52.0%、日COD負(fù)荷平均波動92%，但出水COD為（10.4±5.1）mg/L，平均COD去除率為99.4%，處理效果好而且穩(wěn)定；出水TKN為（0.6±0.4）mg/L，平均TKN去除率為99.4%；出水TN為（7.2±1.5）mg/L，TN平均去除率為91.7%，說明系統(tǒng)不僅對氨氮、有機氮有極高的去除（硝化）作用，而且有很高的反硝化能力。
2.2 脫氮途徑分析
對系統(tǒng)進行了30d的現(xiàn)場測定，包括進水流量、進出水水質(zhì)、污泥濃度、污泥VSS/SS值、污泥含氮量、計算氮的去除總量、剩余污泥排放中氮的去除量。實驗期間，為確�，F(xiàn)場測定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將進水總污染負(fù)荷保持在一個較為穩(wěn)定的狀態(tài)。
統(tǒng)計30d的系統(tǒng)進出水?dāng)?shù)據(jù)可知，系統(tǒng)進水流量為（1400±45）m3/d，COD為（1256±64）mg/L，TKN為（84.7±6.0）mg/L，NO2--N、NO3--N未檢出，故進水TN可用TKN代替；出水COD為（14±3）mg/L，TN為（7.4±1.9）mg/L。通過計算可得，系統(tǒng)平均COD、TN去除量分別為1739、108.2kg/d。
統(tǒng)計生化系統(tǒng)排泥數(shù)據(jù)得到：30d總計外運脫水污泥約9.6t，污泥含水率為84.5%±1.5%，VSS/SS為0.77±0.02，污泥含氮量為（54.6±1.1）mgN/gVSS。測定期間系統(tǒng)污泥濃度變化不大，在表觀污泥產(chǎn)率系數(shù)計算中基本可以忽略；系統(tǒng)出水SS小于5mg/L，也忽略其對污泥濃度的影響。經(jīng)統(tǒng)計計算可得，平均剩余污泥產(chǎn)量為208.7kgVSS/d，表觀污泥產(chǎn)率系數(shù)為0.12kgVSS/kgCOD，泥齡約100d。
筆者研究中，認(rèn)為該生化系統(tǒng)的脫氮總量M按發(fā)生的位置可以分為3個部分：（1）A池中的脫氮總量記為M1；（2）O池中的脫氮總量記為M2；（3）經(jīng)剩余污泥排放的脫氮總量M3。其中系統(tǒng)M=M1+M2，M3是被包含在M1與M2中的，因缺氧狀態(tài)與好氧狀態(tài)污泥產(chǎn)率的差異導(dǎo)致無法區(qū)分。根據(jù)日均剩余污泥產(chǎn)量與污泥含氮量計算可得，通過剩余污泥排放的脫氮總量M3為11.4kg/d，約占TN去除總量的11%。
2.3 A池COD與氮降解分析
系統(tǒng)進水、硝化回流液和污泥回流液在A池前進水區(qū)混合均勻，此階段A池進水流量為（8400±270）m3/d，混合后A池進水COD、TKN、NO3--N分別為（222±13）、（14.6±1.2）、（6.7±0.2）mg/L，A池出水COD、TKN、NO3--N分別為（125±11）、（13.9±1.2）、（0.2±0.1）mg/L，進出水均未檢出NO2--N，COD、TN平均去除量分別為806.4、60.9kg/d。由此可知A池中M1為60.9kg/d，約占系統(tǒng)TN去除總量的56%。
A池出水NO3--N為（0.2±0.1）mg/L，NO2--N未檢出，說明NO3--N在A池中幾乎實現(xiàn)了完全反硝化。A池有效容積310m3，MLSS為5.3g/L，可計算出污泥反硝化速率為1.86mgN/（gSS•h）。
為了進一步了解污泥反硝化活性，采用1.2所述的方法對A池污泥最大反硝化速率進行了測定�；旌弦撼跏�COD、NO3--N、TKN分別為638、14.1（含補充的10mg/LNO3--N）、43.3mg/L，MLSS為2.53g/L，VSS/SS為0.78，測定結(jié)果見圖2。
由圖2可知，COD在0~40min由638mg/L降至505mg/L，平均降解速率為78.7mgCOD/（gSS•h），之后濃度變化不大，出水COD為502mg/L。NO3--N在0~30min由14.1mg/L呈線性下降至1.6mg/L，平均降解速率為12.7mgN/（gVSS•h），之后緩慢降至0.2mg/L并保持穩(wěn)定，出水NO3--N為0.2mg/L。在NO3--N下降的同時，NO2--N不斷積累，30min時濃度上升至1.3mg/L，之后濃度迅速下降，出水NO2--N為0.03mg/L。TN在0~40min由57.4mg/L降至42.8mg/L。這說明，測試中，系統(tǒng)活性污泥最大反硝化速率（即0~30min階段對應(yīng)的為NO3--N快速下降階段，此時反硝化不受碳源、NO3--N濃度限制，故又可稱之為“反硝化活性”）為12.7mgN/（gVSS•h），而A池污泥實際的平均反硝化速率為1.86mgN/（gVSS•h），是其活性的1/7。這是因為A池反硝化效率的發(fā)揮總是會受NO3--N或反硝化所需碳源的限制。
2.4 O池COD與氮的降解分析
前面的研究發(fā)現(xiàn)，還有相當(dāng)大的部分TN去除是在O池內(nèi)發(fā)生的。為此，對O池進出水COD、TN進行測定與計算。
期間，進入O池流量為（8400±270）m3/d，進入O池COD、TKN、NO3--N分別為（125±11）、（13.9±1.2）、（0.2±0.1）mg/L，二沉池出水COD、TKN和NO3--N分別為（14±3）、（0.4±0.2）、（8.1±0.2）mg/L，進出水均未檢出NO2--N，COD、TN去除總量平均分別為932.4、45.36kg/d。由此可知O池中脫氮總量M2為45.36kg/d，約占系統(tǒng)TN去除總量的44%。
O池出水TN下降了5.6mg/L，且系統(tǒng)中有44%的氮在O池中通過反硝化去除，這應(yīng)該是O池發(fā)生了顯著的同時硝化反硝化。
為了進一步研究O池中TN去除的具體過程，采用1.3所述的方法對O池中污染物的降解過程進行測定。測定當(dāng)日系統(tǒng)污泥濃度為5.3g/L，VSS/SS為0.78。測定結(jié)果見圖3。
由圖3可知，0#取樣點至1#取樣點，COD由128mg/L快速降解至66mg/L，平均降解速率為8.0mgCOD/（gVSS•h），1#取樣點至3#取樣點，COD由66mg/L緩慢降至20mg/L并基本保持穩(wěn)定，9#取樣點COD為15mg/L。0#取樣點至2#取樣點，TKN由14.1mg/L呈線性下降至1.6mg/L，平均降解速率為0.80mgN/（gVSS•h），之后緩慢降解至0.6mg/L并保持穩(wěn)定。0#取樣點至2#取樣點，NO3--N由0.2mg/L呈線性上升至7.5mg/L，之后小幅度上升并保持穩(wěn)定，出水NO3--N為8.0mg/L。NO2--N在O池中位于檢出限（0.02mg/L）以下。0#取樣點至3#取樣點，TN由14.3mg/L降至8.0mg/L，平均降解速率為0.24mgN/（gVSS•h），之后保持穩(wěn)定，出水TN為7.9mg/L，說明同時硝化反硝化主要發(fā)生在O池前端。這是因為反硝化進行所需的2個必要條件：NO3--N與碳源。事實上，由于A池反硝化效率極高，O池進水端幾乎沒有NO3--N；隨著O池內(nèi)硝化過程的發(fā)生，產(chǎn)生了NO3--N，同時具備充足的反硝化菌可利用的碳源，反硝化過程得以進行。而后NO3--N繼續(xù)上升后，TN保持穩(wěn)定，這是由于COD已基本降解結(jié)束，反硝化又受到有機碳源的限制。
O池內(nèi)發(fā)生顯著的同時硝化反硝化脫氮現(xiàn)象，在抗生素廢水處理工程實踐中有同樣的發(fā)現(xiàn)。另外，也有其他研究者作了相似的報道。
筆者所研究的系統(tǒng)TN去除率已高于90%，除了A池幾乎實現(xiàn)了完全反硝化外，O池同時硝化反硝化脫氮約占TN去除總量的44%，說明O池前端發(fā)生顯著的同時硝化反硝化能使A/O工藝打破硝化液回流比的限制、進一步提高TN去除率。
3、總結(jié)
系統(tǒng)高效脫氮是由于A池污泥濃度高、污泥反硝化活性高以及O池前端發(fā)生顯著的同時硝化反硝化所致。系統(tǒng)通過A池反硝化與O池同時硝化反硝化脫氮分別占TN去除總量的56%與44%。O池前端發(fā)生顯著的同時硝化反硝化能使A/O工藝滿足更高的脫氮要求。這個發(fā)現(xiàn)對于今后的理論研究及工程實施都具有意義。（來源：上海博華環(huán)境科技有限公司，華東理工大學(xué)環(huán)境工程研究所）
