复合SBR系统中同步硝化反硝化现象及其脱氮效果

摘要：根据传统的脱氮 理论 ，不可能同时进行硝化反硝化。然而，最近几年国外有 文献 报道了同步硝化反硝化现象，尤其是有氧条件下的反硝化现象确实存在于各种不同的生物处理系统中，如生物转盘[1]，SBR[2]，氧化沟，CAST工艺等。本文针对SBR复合系统中的同步硝化反硝化现象及其脱氮效果进行了 研究 。

关键词：复合SBR SBR 硝化 反硝化 脱氮效果

Phenomena of Simultaneous Nitrification and Deitrification and Denitrification Effect
on a Combined Biofilm ＆ Sequencing Batch Reactor System

　　Abstract: An experiment was done to research the mechanism and effect of a combined biofilm ＆ sequencing batch reactor(SBR)system on the organic substance and nitrogen removal. The result shows that simultaneous nitrification and denitrification(SND) took place in an aeration state. Under the condition of dissolved oxygen value (DO)=3-5mg/L, the removal of total nitrogen reached 80% and that of COD_Cr reached 95% in the meantime.
　　Key words: wastewater treatment; nitrification; denitrification; nitrogen removal

引言

　　根据传统的脱氮理论，不可能同时进行硝化反硝化。然而，最近几年国外有文献报道了同步硝化反硝化现象，尤其是有氧条件下的反硝化现象确实存在于各种不同的生物处理系统中，如生物转盘^[1]，SBR^[2]，氧化沟，CAST工艺等。本文针对SBR复合系统中的同步硝化反硝化现象及其脱氮效果进行了研究。

1 试验材料与 方法

1.1 试验装置
　　试验所用反应器为20cm×30cm×40cm的有机玻璃槽，有效容积为18L。反应器内放置YDT弹性立体填料，上下固定，使生物膜附着于填料表面。
　　该复合系统兼有接触氧化和 SBR艺的特点。由时间程序控制器控制进水、厌氧、曝气、沉淀和排水全过程，并根据需要，选定各段的启动、关闭时间。混合液的SⅤ、SⅥ、MLSS和MLVSS等运行参数采取定期取样测定，保持 MLS在4－6mg／L，SV在20％左右，并根据参数 分析 判断反应器的运行状况，及时加以调整。DO和PH由在线测定仪测定。
1.2 试验用水
　　本试验采用模拟配水作为进水：COD_Cr400－500mg／L，NH₃－N25－35mg／L，TN在40mg／L左右。添加营养成分如下：葡萄糖169mg／L，蛋白胨169mg／L，氯化钠63mg／L，无水氯化钙23mg／L，磷酸二氢钾23mg/L，硫酸镁94mg/L，碳酸氢钠65mg／L，氯化铵75mg／L，微量元素（硫酸铁、硫酸锰、硫酸铜、氯化钻）0.2mg／L。采用模拟配水，水质稳定且易于控制，适合反应器工艺运行特性和污泥形态结构及微生物学特性等的研究。在试验运行过程中，可根据不同的试验要求，适时调整配水成分，改变部分进水组分的浓度和配比，但TN和NH3－N的含量保持基本不变。
1.3 污泥驯化、挂膜及运行参数
　　取琥珀山庄（市政污水）污水处理厂内氧化沟的回流污泥，沉降后弃去上清液，以沉降污泥作为菌种进行培养。期间所采取的运行方式为：进水0.5h，曝气6h，污泥沉降和排水1.5h。此阶段主要是为了培养活性污泥。大约两周后，填料上有稀薄的菌胶团和大量的游离细菌，但结合较为疏松，之后正常进水，并调整运行状态。在COD_Cr去除率达90％，NH3－N去除率达80％时驯化结束，投入正常运行。运行参数水力停留时间为8h，SV在20％左右，MLSS约为4900mg／L，污泥停留时间为15d，碳氮比为13.2。

2 试验结果与讨论

　　在正常运行条件下达稳态时，试验运行结果见表1。

2.1 溶解氧的 影响
　　溶解氧浓度是最重要的参数之一，它直接影响到系统的硝化反硝化程度。首先，溶解氧的浓度应满足合碳有机物的氧化以及硝化反应的需要；其次，溶解氧的浓度又不宜过高，以保证缺氧厌氧微环境的形成，同时使系统中有机物不致于过度消耗而影响反硝化碳源。将溶解氧控制在适当的范围内，使硝化速率和反硝化速率越接近，总氮去除效果越好。由于进水水质和活性污泥状况的不同，溶解氧的控制范围也有所不同。此外，对于不同的处理构筑物，其发生同步硝化反硝化的范围也有所不同，需要在实践中确定。在本试验中，由于生物膜的传质阻力较大，所以溶解氧控制在 3－5mg／L时，脱氮效果最佳，如图1所示，其同步硝化反硝化现象亦最明显，而当DO大于5mm／L或小于3mm／L时，脱氮效果及反硝化速率明显降低。

2.2 碱度的影响
　　按理论 计算 ，硝化反应时每氧化互g氨氮要消耗碱度7.14g（以CaCO₃计）。而反硝化反应时，还原1gNO₃^--N将回收3.57g碱度。同时发生硝化反硝化时，反硝化反应产生的碱度将随时部分补充硝化反应消耗的碱度。一般污水对硝化反应来说，碱度往往是不充足的，如不补充碱度，就会使pH急剧降低，影响氨氮的硝化程度。采用同步硝化反硝化脱氮是较为理想的选择。如图2所示，实测值与模拟碱度之间存在差值，说明了存在有同步硝化反硝化现象。

2.3 碳氮比的影响
　　污水的碳氮比可以影响系统的脱氮效果。本试验选用三种不同的碳氮比。分别为13.2，8.4，4.6，并考察了三种条件下COD_Cr，NH3－N，和TN的去除过程及脱氮效果。从曝气初始起计时，每隔1h取样一次。
　　COD_Cr的去除不受碳氮比的影响，如图3。由于生物膜有很强的生物吸附功能，所以反应初期能快速吸附大部分的有机物而转换成内碳源。

　　以碳氮比为13.2为例，（由于反应过程中测得的NO₂^--N浓度很低，故忽略不计。）由图4可以看出，在该工作周期中，硝化反应的进行使氨氮比较彻底地转化为硝酸盐氮，氨氮浓度逐渐降低，同时总氮浓度也逐渐降低。由此可见：该反应过程中既发生了硝化反应又发生了反硝化反应，即同步硝化反硝化。

　　由图5可知，进水碳氮比越高，出水总氮越低，其去除率相应也越高。因此同步硝化反硝化现象随进水碳氮比的提高而越加明显。