好氧条件下pH的变化与氨氮去除率相关性关系研究

郭尚黎，田　曦，艾胜书，许开成，边德军

(1.长春工程学院水利与环境工程学院； 2.吉林省城市污水处理重点实验室，长春 130012)

0　引言

硝化反应进行得是否充分，直接影响氨氮的去除效率。而近年来的研究中，一般都是从优化或在线控制参数来实现全程硝化反硝化、短程硝化反硝化或同步硝化反硝化等的[12-14]。很少有学者根据pH的变化值来推测硝化反应的情况。本文正是针对进出水pH的差值来推测硝化反应的情况，从而预测氨氮的去除效率。

pH值不仅直接影响着硝化反应的进行，而且影响活性污泥中微生物的种类、数量及其生命活动、代谢方式和代谢产物的类别、表面特性，还与活性污泥的沉降特性和沉降过程密切相关。由于在本试验中反应器内长期处于酸性状态，因此，本文同时研究在反应器内长期呈酸性的情况下对污水的处理效果。

1　试验材料与方法

1.1　试验装置

试验装置如图1所示：反应器与沉淀池均为内径15 cm，高100 cm的有机玻璃柱，总有效容积16 L；反应器壁上垂直设置一排间距为20 cm的取样口，用以取样、排水和排泥，反应器底部设置曝气砂头供氧，并以转子流量计调节进气量；顶部设置混匀搅拌器搅拌。进水、出水及污泥回流均由控制蠕动泵实现，底部进水，顶部出水。反应器温度控制在(20±2)℃，采用连续流方式运行。维持MLSS=3 000 mg/L左右，保持反应器DO在2 mg/L左右，HRT=8 h，SRT=20 d，污泥回流比100%，回流污泥流量31.25 mL/min。

图1　试验装置

1.2　试验水质及污泥的接种

原水采用人工配置模拟城市污水，以淀粉和乙酸钠为碳源，投加NH4Cl和KH2PO4作为氮源、磷源，同时加入牛肉膏、蛋白胨，再加入NaOH和NaHCO3使pH值保持在7.4～8.4之间。配方见表1。试验所用接种污泥取自长春市某污水厂曝气池(见表2)。

表1　进水配方表　单位：mg/L

表2　进水水质　单位：mg/L

1.3　分析项目和方法

2　结果与讨论

2.1　好氧条件下进出水pH值与进出水的变化规律

图2显示了在好氧曝气，进水pH值在7.4～8.4的条件下，出水pH值的变化曲线。可以看出出水pH值平均在5.5左右，反应器内呈酸性。这是因为在好氧曝气条件下的硝化反应过程中，释放出H+离子，致使混合液中H+离子质量浓度增高，从而使pH值下降。参与硝化反应的氨氧化菌(AOB)和亚硝酸氧化菌(NOB)对pH值的变化十分敏感，两者最佳的生长环境在pH为7.2～8.2之间，因此，酸性条件下使AOB和NOB的活性降低，无法使硝化反应继续进行。与此同时，由于是在好氧曝气的条件下，理论上并不产生厌氧区，因此基本没有反硝化的产生，也使得碱度无法恢复。需要特殊说明的是，在第36天的数据中，进水pH值为7.5，出水pH值为7.4，pH变化值过小，应该是由于当天的曝气量下降，使溶解氧降低到了1 mg/L左右，使硝化反应无法正常进行。

图2　进出水pH值的变化规律

2.2　进出水pH值的变化与氨氮去除率的相关关系

图3　进出水值的变化规律

图去除率与pH的线性关系

2.3　反应器内长期呈酸性的情况下对污水处理效果的影响

由于本试验采用连续流的方式运行，使得反应器内长期呈酸性。由图5可见，在反应器内长期呈酸性的情况下，对有机物的去除几乎没有影响，可以看出进水COD在450～500 mg/L范围内时，出水COD质量浓度基本上小于40 mg/L，去除率在87%～95%之间。

而反应器内长期呈酸性，对TN的去除影响较大。由图6可见，进水TN质量浓度在60～70 mg/L的范围时，出水TN在40～60 mg/L，去除率仅在2%～30%之间，平均去除率为15%左右。分析其原因，主要有两个方面：一方面是酸性条件下影响了硝化菌的繁殖与生长，造成硝化反应无法正常进行，这与图3中氨氮的去除率相对应；另一方面，因为在好氧曝气条件下，理论上没有厌氧区的形成，这样基本就不会有反硝化反应的发生，也使得TN去除效率不高。

图5　进出水COD的变化规律

图6　进出水TN的变化规律

3　结语

2)进出水pH差值与氨氮的去除率有一定的线性关系，差值越大，去除率越高，说明硝化反应进行得越充分。利用Origin软件进行线性拟合，可求得线性回归方程：y=8.737 7x+25.637 23，R2=0.908 91(R为相关系数)。因此，可以通过进出水pH的差值来初步判断氨氮的去除效率。

3)在反应器内部长期呈酸性的情况下，对有机物的去除几乎没有影响，去除率在87%～95%之间。而对TN的影响较大，去除率仅在2%～30%之间。

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