|
② 短程脱氮
反应器运行初期未受温度影响时，进水氨氮基本转化为NO3-N而无NO2-N的积累。经过冬季运行后硝化作用完全受到抑制，次年5月温度回升至23℃后硝化作用迅速启动，出水氨氮在5d内降至1mg/L以下，其主要转化产物为NO2-N，而NO3-N的浓度一直保持在较低水平(大部分时间在10mg/L以下)。各个时期硝化效果的比较见表1。
表1 硝化效果的对比
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项 目 |
运行初期 |
硝化恢复后 |
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2000年5月15日—2000年8月1日 |
2000年8月2日—2000年9月23日 |
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氨氮 |
进水 |
247.2 |
96.2(151) |
68.0(100) |
121.8(175.0) |
121.4*(164.6) |
|
出水 |
＜1 |
＜1 |
＜1 |
11.3 |
＜1 |
|
出水NO2-N |
1.9 |
100.3 |
86.4 |
59.6 |
14.1* |
|
出水NO3-N |
198.6 |
8.5 |
3.6 |
6.8 |
4.6* |
| 注：①括号内为凯氏氮； ②“*”表示在反硝化阶段投加碳源，进水量由11 L减为8 L。 |
氨氮→NO2-→N2的反应过程通常称为短程脱氮，它避免了硝化时NO2-被转化为NO3-，反硝化时又被还原为NO2-的无效循环，理论上可以节省40%的碳源和25%的供气量［2］，而且根据W.Bae等的研究也表明由NO2-进行的反硝化速率是由NO3-开始的反硝化的4.3倍，硝化停留在NO2-N阶段有利于反硝化的进行。
但是，过长的泥龄也会影响亚硝酸盐细菌的活性，导致对氨氮的去除效果变差，影响系统整体的脱氮效果，这说明硝酸盐细菌的活性已经受到了影响。是否可以通过控制排泥量使代谢产物的积累浓度保持在仅影响硝酸盐细菌的范围内，使反应停留在NO2-N阶段而又不影响氨氮的转化率则有待进一步研究。
2.3 影响硝化效果的因素
① 冲击负荷
由图2、3可知，当进水氨氮浓度突然升高时，系统对氨氮的去除效果明显下降，污泥负荷甚至出现负值(这是因为异养菌受冲击负荷影响比硝化菌小，进水中的有机氮继续被异养菌转化为氨氮，从而使出水氨氮高于进水)，需要经过一段时间(5d以上)才能恢复。
系统耐冲击负荷的能力较差与泥龄过长有关。膜生物反应器内微生物多数呈分散生长，比传统活性污泥法中污泥絮体内集中生长的微生物抗冲击负荷的能力要差。
② pH值
系统对氨氮的处理效果与出水pH值密切相关。进水氨氮为122mg/L左右时出水氨氮浓度与pH值的关系见图4。
当pH＞8.1时出水氨氮才能降至10mg/L左右。同时发现进水氨氮浓度越大，在保证处理效果的前提下出水pH值会越高(见表2)。试验中还发现，pH值对硝化的影响是暂时的。
表2 进、出水氨氮和出水pH值
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进水氨氮(mg/L) |
65.2 |
72.8 |
91.3 |
117.3 |
121.8 |
|
出水氨氮(mg/L) |
0.7 |
0.23 |
0.8 |
12 |
11.3 |
|
出水pH值 |
6.62 |
7.77 |
7.54 |
8.12 |
8.15 |
③ 温度
运行初期水温＞20℃时基本保持了良好的硝化效果。由于硝酸盐细菌对温度变化比亚硝酸盐细菌敏感，温度小幅降低将首先影响硝酸盐细菌，使NO2-N积累，但氨氮去除率未受大的影响；当温度持续降低时(低于20℃)亚硝酸盐细菌也受到影响，氨氮的去除率也逐渐减小直至硝化作用完全停止。当温度回升至23℃时硝化作用开始恢复，并且出水氨氮迅速降至1mg/L以下，NO2-N持续积累。
④ DO
试验中保持DO＞3mg/L，满足通常的硝化反应DO＞2mg/L的要求[1]。6月23日由于曝气设备故障而又未及时发现致使系统DO＜1mg/L，出水硝化效果明显变差，氨氮去除率从99%降至32%。到6月27日修复曝气设备后由于硝化作用增强而加碱量不足，使出水pH值偏低，导致出水水质仍不能很快恢复，直到8月2日才恢复到98%的氨氮去除率。
⑤ 微生物活性
由表1可以看出，系统运行初期进水氨氮为240mg/L左右，在未受到冲击负荷、温度和pH值的影响时氨氮去除率＞99%，硝化效果良好；运行300d(2000年7月)以后，当系统进水氨氮为120mg/L时出水氨氮为10mg/L左右，而且出水中多为NO2-N。这是因为运行初期微生物活性较高，随着运行时间的增加和污泥浓度的升高，死亡后的细胞残留物和微生物代谢产物在反应器内的浓度逐渐积累升高，而这些物质大部分为高分子物质，在反应器内积累到一定程度就会对硝化产生抑制。由于硝酸盐细菌对环境比亚硝酸盐细菌敏感，因而硝酸盐细菌的活性几乎完全被抑制，出水中NO3-N含量很低，从氨氮的去除情况来看，亚硝酸盐细菌也受到了影响。
3 结论
① 通过膜将硝化菌截留于系统内有利于提高硝化效果，在不受系统代谢产物的影响和适宜的条件下，去除氨氮的容积负荷最高可达0.19kg/(m3·d)，而出水氨氮＜1mg/L，氨氮去除率为99.9%。
② 系统硝化效果受温度、pH值、DO2的影响。温度小幅降低首先影响硝酸盐细菌，使NO2-N积累，但氨氮去除率未受大的影响；当温度持续降低时(低于20℃)氨氮的去除受到影响；pH值对系统的影响是暂时的，最适pH值与进水氨氮浓度有关且随进水氨氮浓度提高而增大。
③ 泥龄对系统硝化效果的影响很大。泥龄长会引起NO2-N的积累而有利于短程脱氮的进行且可以提高系统的脱氮效率，但过长的泥龄也会影响硝酸盐细菌的活性，进而影响系统的硝化效果。能否通过控制泥龄使NO2-积累又不影响氨氮的转化还有待进一步研究。
参考文献：
［1］郑兴灿，李亚新.污水除磷脱氮技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998.
［2］王建龙.生物脱氮新工艺及其技术原理［J］.中国给水排水，2000，16(2)：25-28.
作者简介：耿琰(1977- )，女，河南洛阳人，同济大学硕士研究生，主要研究方向为水污染控制。
电 话：(021)65982684-2688 上一页 [1] [2] |
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