进水有机负荷和曝气速率对强化脱氮的影响

潘 敏,黄晓鸣

(厦门理工学院环境科学与工程学院，福建 厦门 361024)



进水有机负荷和曝气速率对强化脱氮的影响

潘 敏,黄晓鸣

(厦门理工学院环境科学与工程学院，福建 厦门 361024)

以模拟含氮废水为处理对象，利用间歇曝气序批式生物反应器比较进水有机负荷和曝气速率对短程硝化反硝化强化脱氮的影响.实验结果发现，进水有机负荷由0.35g/(L·d)增加到1.00g/(L·d)时，在同一个曝气速率0.6L/min条件下，CODCr的去除率由97.67%减小到95.80%，TN的去除率由92.07%减少到85.64%；短程硝化反硝化效率η从38.96%升高到84.59%.在3个阶段中，CODCr的去除率均随着曝气速率的增加而增加；总氮TN的去除率变化与曝气速率的增加没有明显的关系；η随着曝气速率的增加而减少.η值越高，而TN的去除率越低.

曝气；脱氮；进水有机负荷；曝气速率；短程硝化反硝化效率

研究表明，生物脱氮过程可以不经过硝酸态氮[1]，而以亚硝酸态氮为中间产物被反硝化还原成氮气，这种技术即是短程硝化技术[1-2].短程硝化技术的优点是：由于亚硝化菌的世代周期比硝化菌短，可以缩短反应周期和水力停留时间并节省30%～40%的反应器容积[3-5].近年来，关于短程硝化技术的研究大都集中在“短程同步硝化反硝化”“厌氧氨氧化”[6-9].与其相比，短程硝化反硝化(partialnitrificationanddenitrification,PND)有许多优点，例如由于好氧和厌氧周期分步交替作用，PND可以减少系统的好氧曝气时间，从而抑制硝化菌的生长，并节约了由好氧过程曝气所产生的能源消耗；另外PND存在厌氧反应阶段，可以提高厌氧反硝化菌的代谢效率和活性，并可有效抑制污泥膨胀等问题的出现[6,10-12].为了保持稳定的短程硝化，必须抑制硝化菌的生长活性或代谢活性.温度、pH值、溶解氧和污泥龄等因素都是抑制硝化菌活性和影响短程硝化效率的关键[13]，但是有效操控这些参数的相互作用，既增加了污水脱氮系统的操作难度，也成为了短程硝化实现的制约因素.根据研究发现，快速交替的间歇式曝气策略可以实现短程分步硝化[14-15].在此基础上，根据序批式生物反应器(sequencingbatchreactor，SBR)曝气易操控，处理效率高的特点，间歇曝气SBR的研究正逐渐得到重视[16-17].目前对间歇曝气SBR强化脱氮的研究多集中在运行参数对短程硝化的影响，但间歇曝气SBR工艺运行参数影响短程硝化反硝化效率的报道极少.

本研究以模拟含氮废水为处理对象，利用间歇曝气SBR比较进水负荷和曝气速率对短程硝化反硝化效率的影响，对短程硝化反硝化效率进行量化计算，为间歇曝气SBR实现PND的机理研究提供理论基础.

1 材料与方法

1.1 实验装置

试验中采用3个完全相同的圆柱体作为间歇曝气序批式生物反应器.两个反应器内径为19cm，外径为20cm，高度为40.8cm，底部厚度0.6cm，有效容积为10L.试验采用两个蠕动泵(分别带3个泵头)分别用于3个反应器的进水和出水.小型的鼓风机接砂头进行曝气，停止曝气后采用搅拌器进行搅拌.曝气/不曝气的时间控制由时间控制器实现.试验时间结构图见图1和实验装置运行图见图2.

运行分3个阶段，3个阶段的运行周期都是8h，第Ⅰ阶段运行时间为62d，第Ⅱ阶段运行时间为63d，第Ⅲ阶段，运行时间为60d，间歇曝气SBR运行条件如表1所示.

表1 间歇曝气SBR的运行条件

1.2 实验用水

1.3 分析方法

pH值和DO含量测定采用便携式pH计和溶解氧检测仪测定.

2 结果与分析

2.1 曝气速率对强化脱氮的影响

表2 3个运行阶段出水水质

运行阶段曝气速率/L·min-1CODCr浓度/mg·L-1去除率/%TN浓度/mg·L-1去除率/%Ⅰ0.230.24±0.8696.986.37±0.2993.230.428.76±0.8597.124.96±0.0894.730.623.28±1.0097.677.47±0.1592.07Ⅱ0.436.05±0.9796.4011.28±0.2688.020.629.84±0.6397.018.31±0.2291.170.827.47±0.5097.259.44±0.1689.97Ⅲ0.641.98±0.4695.8013.53±0.1785.640.838.25±0.6896.1711.64±0.1587.641.036.17±1.08—12.53±0.8686.60

2.2 进水负荷对强化脱氮的影响

从表2得到，进水负荷由0.35g/(L·d)增加到0.68g/(L·d)时，在同一个曝气速率 0.4L/min条件下，CODCr和TN的去除率均是减小；η从63.31%升高到81.28%.同样，进水负荷由0.35g/(L·d)增加到1.00g/(L·d)时，在同一个曝气速率0.6L/min条件下，CODCr和TN的去除率均减小，η从38.96%升高到84.59%.进水负荷由0.68g/(L·d)增加到1.00g/(L·d)时，在同一个曝气速率0.8L/min条件下，CODCr和TN的去除率均减小，从34.86%升高到73.69%.

3 结论

CODCr的去除率随着曝气速率的增加而增加；TN的去除率变化与曝气速率的增加没有明显的关系.η值随着曝气速率的增加而减少.η值越高，TN的去除率越低.在同一个曝气速率条件下，进水负荷的增加会导致CODCr和TN的去除率减少、η值升高.

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(责任编辑 宋 静)

Effect of Influent Organic Loading Rates andAeration Rates on Enhanced Nitrogen Removal

PAN Min, HUANG Xiaoming

(SchoolofEnvironmentalScience&Technology,XiamenUniversityofTechnology,Xiamen361024,China)

Inthisstudy,theeffectsofinfluentorganicloadingrates(OLRs)andaerationratesonpartialnitrificationanddenitrification(PND)inIASBRwereinvestigated.ExperimentalresultsshowedthatwhentheOLRswereincreasedfrom0.35g/(L·d)to1.00g/(L·d),attheaerationrateof0.6L/mincondition,theCODCrremovalratesweredecreasedfrom97.67%to95.80%,andtheTNremovalrateswerereducedfrom92.07%to85.64%;partialnitrificationanddenitrificationratesηwereincreasedfrom38.96%to84.59%.Inthethreestages，theCODCrremovalrateswereincreasedwiththeincreaseoftheaerationrates,theTNremovalrateschangeshadnoapparentrelationshipwiththeaerationrates；however,ηdecreasedwiththeincreaseoftheaerationrate.ηValuewashigher，leadingtotheTNremovalratelower.

intermittentaeration;denitrification;influentorganicloadingrate;aerationrate；partialnitrificationanddenitrificationefficiency

2016-07-30 [修回时间]2016-09-26

福建省自然科学基金计划项目(2016J05140)；教育部留学回国人员科研启动基金(教外司留[2015]311号)；厦门理工学院对外科技合作交流专项(E201401200)；厦门理工学院高层次人才项目(YKJ14037R)

潘敏(1982-)，女，讲师，博士，研究方向为废水生物处理技术.E-mail：panmin@xmut.edu.cn

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1673-4432(2016)05-0102-07