非单一因素控制条件下的短程硝化反硝化研究

摘要

本试验以实际生产废水为处理对象，采用SBR反应器深入地研究了非单一因素协同控制作用下的短程硝化反硝化影响因素和系统运行稳定性。分别研究了控制DO、pH、SRT、HRT以及非单一因素控制条件下亚硝酸盐积累情况，以及这些因素对短程硝化反硝化系统的影响；研究了非单一因素控制条件下短程硝化反硝化过程中有机物、氨氮去除情况，亚硝酸盐积累率，以及这些控制条件下实现的短程硝化反硝化系统稳定性，其研究结果对SBR短程生物脱氮工艺的工程应用和实时控制提供理论基础和技术依托。
　　 较低DO浓度下(0.7～1.0 mg/L)能够实现短程硝化反硝化，提高DO以后反应初期，亚硝化率很高，但是当硝酸菌恢复活性之后，亚硝化率迅速下降，此时即使降低DO浓度，亚硝化率也不高，表明硝酸菌已经适应环境并在系统中累积起来，短期内的低DO条件不能抑制硝酸菌的活性，随后系统一直维持较低DO水平，亚硝化率开始逐渐升高，说明亚硝酸盐的积累从破坏到恢复的过程是较长的。
　　 氨氮去除率在pH值为7.5时，氨氮去除率迅速上升至67.5％左右；pH值为8.0和8.5时，氨氮去除率缓慢上升至69.77和71.16，变化不大，而且最终pH值分别为6.9和7.1，基本差别也不大，说明pH值为8.0以上时，仅通过提高pH值，很难大幅度提高氨氮去除率。pH值为8.0的异氧菌活性最大，利于COD的去除，低于此值将降低其活性，高于此值其活性虽有增强但很不明显。pH对氨氮去除率的影响要比COD去除率影响大的多，过高或过低的pH值条件下COD去除率不高。
　　 随着污泥龄的增加，氨氮的去除率缓慢上升，当污泥龄大于20天时，氨氮的去除率逐渐降低，在泥龄15天时开始出现明显的亚硝态氮积累，当泥龄为19天时，亚硝态氮积累率达到最大值90％，实现了短程硝化反硝化，当SRT大于22天时，亚硝态氮浓度开始明显下降，硝态氮浓度降低较为缓慢，这说明亚硝酸菌对污泥龄的变化反应迅速，而硝酸菌对外界条件的变化有滞后性，适应能力强。
　　 单独HRT控制条件下应至少维持HRT在11h以上才能保证氨氮的去除，HRT为13h-15，亚硝态氮积累率达最高92％，氨氮去除率基本稳定在80％，实现了短程硝化反硝化；延长HRT至18h，亚硝态氮积累率迅速下降到75％左右，说明过长的HRT不利于维持较高的亚硝态氮积累，比较理想的HRT为13-15h，此时既能保证氨氮去除率，又能维持高亚硝态氮积累。
　　 对比实验通过运行2个不同条件SBR反应器(SBR1为单一因素控制，SBR2为非单一因素控制)进行对比研究短程硝化反硝化的实现、维持及其稳定性的影响。SBR1在低DO条件下(0.3-0.6mg.L-1)运行可以实现稳定的亚硝酸盐积累率，但是提高DO浓度至2.0 mg.L-1左右，亚硝酸氮积累率从89％降到不到25％，再次降低DO浓度至0.3-0.6mg.L-1，亚硝化率增幅很慢，长期变化不大，实验表明亚硝酸盐积累率从破坏到重现的恢复过程是较长的；SBR2在低DO(0.3-0.6mg.L-1)、高pH(8.7左右)、较长时间污泥龄条件下运行，亚硝态氮积累率高达93％，而且在提高DO浓度至2.0 mg.L-1左右时亚硝酸盐氮积累率变化很少；维持系统污泥龄足够长20天左右，在此污泥龄下，可以维持氨氮氧化菌和亚硝酸氮氧化菌在系统内的稳定生长。
　　 对SBR反应系统进行了耐氨氮冲击试验。试验结果发现：出水氨氮平均浓度由冲击前的10.8mg/L变为13.2mg/L，但平均去除率依然高达84.6％；平均亚硝酸盐浓度和亚硝化率分别由35.1mg/L和93.6％变为32.6mg/L和90.2％，虽然较试验前略有下降，但从整个运行过程来看依然保持了良好的稳定性。