耦合氨氧化反应的脱氮性能的研究

谢东

摘 要：耦合厌氧氨氧化的短程硝化与反硝化的协同作用，可达到高效脱氮的要求，是李村河污水厂的Bardenphon工艺的核心技术，出水水质稳定达一级A的地表Ⅳ类排放标准。文章研究耦合氨氧化反应的脱氮过程机理。

关键词：反硝化；短程硝化；厌氧氨氧化

中图分类号：X703 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）05-0191-02

Abstract： The synergistic effect of short-cut nitrification and denitrification coupled with anaerobic ammonia oxidation can meet the requirements of highly efficient denitrification， which is the core technology of Bardenphon process in Licunhe Sewage Treatment Plant. The quality of its effluent is stable， up to the surface Type IV emission standard from Grade A standard. In this paper， the mechanism of denitrification of coupled ammonia oxidation reaction is studied.

Keywords： denitrification； short-cut nitrification； anaerobic ammonia oxidation

厌氧氨氧化是指在厌氧或缺氧的条件下，厌氧氨氧化菌（AOB）以NO2-N为电子受体，氧化NH4-N为N2的过程，不需要消耗有机物、碳源，脱氮效果好，能耗低，厌氧氨氧化以CO2为碳源产生一定量的NO3-N，为反硝化提供电子受体，反硝化消耗有机物且产生CO2，为厌氧氨化菌解除有机物抑制，并提供无机碳源，通过对李村河污水厂三期调试2016.3-2016.9的试验数据分析，实时反应的当时的工艺运行状况，对有些现象进行小试进一步阐明机理，取三个区段：前置反硝化区、好氧区MBBR、后置反硝化区的沿程工况的化验数据分析，探讨厌氧氨氧化耦合的脱氮性能。

1 前置反硝化区运行工况

在三期调试进行阶段，系统接种二期成熟污泥，逐步提高污泥负荷，至60天，生物膜挂膜至褐色，镜检活性污泥絮体结构较为密实，菌胶团较大，呈团状或颗粒状，微生物种类较为丰富，可以发现许多原生动物和微型后生动物如钟虫、轮虫等。生物膜表面的微生物数量较多，微生物聚集较为密集，纤毛虫和轮虫数量众多，有少量丝状菌以及累枝虫，说明生物膜上的微生物具有很高的生物活性，测试TN等各指标的出水稳定。对出现的现象，进水进入前预缺氧和厌氧区，NO3-N沿程取样都很小，NH4-N和TN一直降低，作分析研究，数据单位：（mg/l）NH4-N：14.28→10.91→11.21→10.12→9.9；NO3-N：0.38→0.14→0.20→0.26→0.44，TN：18.2→13.2→14.5→12.7→11.5

反应过程看到NH4-N浓度下降很快，并未导致NO3-N和TN浓度的下降，说明氮元素在此过程以N2的形式脱离了系统，推测在硝化的同时，反硝化菌将硝化产生的NO2-N和NO3-N还原为N2，即实现了同步硝化和反硝化（SND），NO2-N和NO3-N得到去除的另一原因是在缺氧条件下，反硝化聚磷菌（DPAO），以NO2-N和NO3-N为电子受体氧化体内PHB，产生的能量以聚磷菌形式储在细胞内。

2 好氧区MBBR运行工况

进水在出前置反硝化区后，进入好氧MBBR区，在好氧段投加高效的悬浮填料，提高曝气系统充氧效率，容积负荷高，有效比表面积>800m2/m3。在前置反硝化的缺氧段去除了大部分的COD，较低的COD量进入好氧区，使得其中异养微生物的生长受到抑制，使得生物膜厚度得到有效控制，膜内的AOB和NOB能更好地获取水中的NH4-N和N2。

4.27日的三期生物池的活性污泥与填料硝化性比较小试。DO：7-8mg/l，MLSS：5922mg/l.反应时间4h，每隔30min取样一次.见表1，单位mg/l

工况（1）传统的活性污泥（CAS），工况（2）MBBR填料，反应过程中化学计量分析

工况（1）可知，NO3-N量的生成量与NH4-N的消耗量的比值为0.06（小于理论值0.11），说明反硝化与短程硝化/厌氧氨氧化在反应过程中是同时存在的，刘常敬等（1）以NH4-N的去除量、NO2-N的去除量、NO3-N的生成量之间的比例衡量厌氧氨氧化与反硝化的启动进程。即反硝化过程NO3-N→NO2-N→0.5 N2与短程硝化过程NH4-N→NO2-N/厌氧氨氧化过程NH4-N+1.32 NO2-N→0.26NO3-N+N2存在耦合关系。分析试验：工况（1）实际消耗NH4-N为196.57mg/l，理论上应生成21.62mg/lNO3-N，而实际生成12.38mg/l，即有9.2mg/l的NO3-N是通过反硝化过程去除的。工况（2）可知，实际参加反应的NH4-N是127.62mg/l，理论上生成14.02mg/l的NO3-N，而NO3-N生成量与NH4-N消耗量的比值为0.209，大于理论值，即要生成26.65mg/l NO3-N，要消耗的NH4-N量242.27mg/l，即有114.65mg/l的NH4-N总量富集在MBBR的各种菌种中，通过厌氧氨氧化去除的。分析MBBR由于氧擴散的限制，在污泥絮体及生物膜内产生DO梯度，污泥絮体及生物膜外表面DO高，表面为好氧区，在絮体及生物膜内部，由于氧化传递受阻及外部氧的大量消耗，产生缺氧区及厌氧区，系统中同时存在、缺氧及厌氧微环境，在MBBR上富集的硝化菌、反硝化菌、聚磷菌、反硝化聚磷菌等不同的微生物菌群存在。分析是CAS法其絮体体积大，造成传质阻力增加，而MBBR膜中主要是小颗粒污泥，传质阻力可忽略，且膜内厌氧颗粒对污泥的吸附和传递可持续更长时间。endprint

分析低温时， MBBR填料对活性污泥硝化功能影响。取生物池厌氧末端活性污泥和活性污泥40%填料，DO：3～4mg/L，水温为14℃，在好氧反应区内沿程取样，时间3h，间隔 20min取样。图1可知，在180min的反应时间内，40%填料组的氨氮硝化率（83.2%）明显高于活性污泥组（59.6%）。污泥组平均硝化率为5.7 gNH4+-N/（m3·h），40%填料组为8.0gNH4+-N/（m3·h）。

分析在常温时，MBBR填料对活性污泥硝化功能影响，取同样的试验条件，仅是温度控制在20℃

图2可知，40%填料组的氨氮硝化率（96.3%）、活性污泥（77.5%）。活性污泥平均硝化速率为8gNH4+-N/（m3·h）、40%填料为13gNH4+-N/（m3·h）。

对比常温与低温条件，MBBR填料组较传统活性污泥都具有更强的硝化能力，既使在低温时，MBBR填料组也有更强的硝化性能，这解决了污水厂冬季低温，活性污泥硝化能力不足的难题。分析在悬浮填料生物膜表面生长着一定数量的长泥龄硝化细菌，促进了生物处理系统的硝化主体由悬浮相到生物膜固定相的转变，由于生物膜的泥龄长，能够有效的富集长泥龄硝化菌，即使在低温时，填料生物膜的硝化功能不受影响。

3 后置反硝化区运行工况

污水在出好氧区后，大部分的氮源被去除，在进入反硝化区，NH4-N量不发生变化，但还有持续的NO3-N降低现象。对这个现象取沿程样分析。5.22日三期后缺氧段氨化模拟小试，取3L三期好氧末端活性污泥，连续搅拌，每隔30min取样。数据单位：（mg/l）NH4-N：0.27→0.30→0.44

→0.21→0.25→0.38； NO3-N：11.84→8.72→6.55→4.2→1.86→0.04。

分析后置反硝化发生了污泥水解，补充了内碳源，后置缺氧段发生了NH4-N的少量溶解，反硝化过程中，没消耗碳源，只消耗了前段的好氧区MBBR富集的AOB、NOB的内源呼吸。还有三期的提标升级，初沉污泥浓缩池作为内碳源开发利用的水解池，可实现初沉污泥碳源溶解态的转化 ，从而增加系统出水的SCOD的含量（2），做到先利用内碳源后加外碳源的目标。

4 结束语

厌氧氨氧耦合厌氧反硝化/短程硝化反应，分析研究后，都存在污泥活性生物脱氮的全过程，在前置反硝化区/好氧MBBR区/后置反硝化区中，由于厌氧氨氧化、硝化、反硝化的协同作用，提高了硝化反硝化的效率，为含氮有机物的去除提供了一种途径。

参考文献：

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