1、介紹 

  生物硝化－反硝化在廢水氨氮去除中使用普遍的工藝，龍其城市污水。該工藝在高濃度氨氮工業(yè)廢水處理的運用已經(jīng)做了大量的研究。由于氨氧化需要大量氧氣，曝氣在該系統(tǒng)中是主要的成本。

  硝化反應(yīng)分兩步。步氨氮在氨氮氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽。第二步亞硝酸在氧化菌作用下轉(zhuǎn)化硝酸鹽（如圖1）。氧化1mol氨氮，氨氮氧化菌需要1.5mol的氧氣，亞硝酸鹽氧化菌需要0.5莫爾氧氣。完全硝化每mol氨氮中需要2莫爾的氧氣。這意味著短程硝化生成亞硝酸鹽氮，每mol氨氮僅需要1.5mol氧氣,暗示著短程硝化比完全硝化可以節(jié)約25％的氧氣。

  在反硝化過程中硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，然后轉(zhuǎn)化為N2O3、N2O，終生成氮氣。每一步都要消耗COD。如果考慮快速反硝化，短程硝化生成亞硝酸鹽等，縮短了硝化意味著反硝化需要總的COD量減少了，因為硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽不需要COD。

  由于上述原因短程硝化生成亞硝酸鹽有吸引力，因為它導(dǎo)致在硝化過程中需氧量減少，節(jié)約了曝氣量；后面反硝化減少了COD的需求。

  為了取得了短程硝化生成亞硝酸鹽已經(jīng)做了一些研究，但是那些成果適應(yīng)于低濃度氨氮廢水。目前還沒有研究高濃度氨氮，主要的問題是高濃度亞硝酸鹽濃度，它會抑制硝化菌。

  為了取得短程硝化有必要降低亞硝酸氧化菌的活性而不影響氨氮氧化菌的活性。必須采取一些措施確保氨氮氧化菌的培養(yǎng)有利條件。表1中動力學(xué)公式適合硝化菌，由于各個常數(shù)值不同，培養(yǎng)基濃度、溫度、PH值和DO在不同時期對它們的活性的影響不同。另外，pH值在每步影響培養(yǎng)基濃度，由于酸堿平衡的發(fā)生了變化。

  在那些變量中，基質(zhì)濃度不是一個運行參數(shù)，因為在廢水處理中它是一個客觀變量。溫度對兩種類型細菌的生長率的影響不同：在高溫時氨氮氧化菌比亞硝酸氧化菌有高的生長率。在SHARON工藝后這是真正思想。然而在大多數(shù)情況下溫度在整個反應(yīng)器中是一個不容易修改和控制的參數(shù)，主要是經(jīng)濟角度考慮。因此PH值和DO濃度是主要運行變量去控制系統(tǒng)。

  這篇論文的目的是研究PH值和DO濃度在硝化過程中對亞硝酸鹽積累的影響，這樣的話，可以減少大量的曝氣量。而且本工藝在反硝化過程中額外地節(jié)約COD量。

           NH4++3/2O2  → O2-+H2O+2H+     氨氮氧化菌

           N02-+1/2O2  →NO3-             亞硝酸氧化菌

  動力學(xué)系數(shù)隨著溫度變化，這種關(guān)系在這里沒有考慮。際生長率；μmax：大實際生長率；KSH:未電離基質(zhì)飽和系數(shù)；KIH：未電離基質(zhì)抑制系數(shù)；[O2]：溶解氧濃度；e(AE/T):：離解基質(zhì)平衡常數(shù)，AE是激活能量，T是溫度。

  2、材料和方法

  2.1 試驗搭建

  活性污泥單元由一個有效容積2.5L反應(yīng)器和外部沉淀器組成（圖2）。通過調(diào)整空氣流量來控制曝氣達到所需要得溶解氧濃度。通過加入濃度為80g/L的NaHCO3溶液自動控制PH值，NaHCO3溶液用作PH緩沖劑和硝化菌碳源。溫度保持在30℃，加入到反應(yīng)器的污泥來自于一個運行了一年多的硝化活性污泥反應(yīng)器。

  圖2：活性污泥單元實驗啟動示意圖：（1）進水池，（2）進水水泵，（3）重碳酸鹽容器，（4）重碳酸鹽水泵，（5）pH值控制器，（6）pH儀表，（7）氣流管，（8）反應(yīng)器，（9）反應(yīng)器進水口，（10）反應(yīng)器進水口，（11）反應(yīng)器出水口。

  啟動的反應(yīng)器到穩(wěn)定運行共運行了175天。水力停留時間為5.7小時，如果該系統(tǒng)維持兩天（4.2個水力停留周期），可以認(rèn)為取得了穩(wěn)定運行。人工廢水的氨氮濃度為610mgN-NH4+/L，氨負(fù)荷率(NLR)為3.3kg N-NH4+/m3.d。用自來水稀釋濃縮的人工廢水到所需要的濃度。濃縮氨氮廢水（10gN-NH4+/L）的成分如表2所示。在試驗開始時，pH和DO濃度分別保持在7.85和5.5mg/L。

  70天后穩(wěn)定運行取得，去除率沒有太大的變化。啟動后，pH值和DO濃度在逐步變化如表3所示。

  圖3硝化單元啟動

  步研究，在7.85－6.35范圍內(nèi)逐步改變pH值，在各個PH值條件下有足夠的時間取得穩(wěn)定運行。這個研究結(jié)束后，反應(yīng)器在pH值7.85下運行10天，為了恢復(fù)微生物的活性。后，pH值在7.85－9.05（基本范圍）內(nèi)逐步變化。

  PH的影響研究結(jié)束后，恢復(fù)反應(yīng)器微生物的活性。第二步研究，DO濃度在5.5－0.5mg/L內(nèi)逐步變化。在每一條件下取得穩(wěn)定運行。2

  2.2 分析方法

  氨氮分析使用離子選擇電子儀（檢測范圍95－12），硝酸鹽用220和275納米的紫外線吸收測定，亞硝酸鹽用硫磺酸反應(yīng)測定。DO濃度用氧電子儀（YSI-95,YSI公司），氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽每天測定，溶解氧每天測兩次和生物量（VSS）每三天測一次。

  3、結(jié)果與討論

  3.1 啟動

  如圖3所示，氮負(fù)荷率（NLR）從0.3kgN-NH4+/m3.d增加到3.3kgN-NH4+/m3.d，進水氨氮濃度從260 mgN-NH4+/L增加到610mgN-NH4+/L，進水量從3.8L/d增加到10.6L/d。pH自動控制在7.8至7.9之間。

在整個試驗中保持生物濃度6.3gVSS/L，連續(xù)混合液流入（每天開始50）。如圖3所示，70天的氨氮負(fù)荷率和氨氮濃度保持不變，可以認(rèn)為穩(wěn)定運行取得了。完全硝化取得了，即馴化階段結(jié)束