苏州某污水处理厂硝化和反硝化速率特征

徐 超，管祥雄，刘洪波

(1.苏州工业园区清源华衍水务有限公司，江苏苏州 215021；2.上海理工大学环境与建筑学院，上海 200093)

(1)

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反硝化速率[11]的测定对于城市污水处理厂生化反应池缺氧区及缺氧选择池的设计具有十分重要的意义。利用测定的反硝化速率，可更加合理地确定生物反应池的水力停留时间，使其既能满足反硝化反应的充分进行，又不至于停留时间过长。因此，如果能够通过试验分析不同水质条件下硝化、反硝化反应速率，将硝化、反硝化速率测定与生产相结合，实现污水生化系统水质预警监测，以此增加生化处理系统稳定性和抗冲击能力，提高污水厂生产精确控制能力。

1 试验材料和方法

1.1 试验设计和数据获取

选取苏州工业园区第二污水处理厂中好氧池和缺氧池为研究对象，通过测定不同生物反应池池组的硝酸盐浓度、氨氮浓度，计算硝化、反硝化速率，研究在不同水温、进水浓度、水力负荷下的硝化、反硝化速率变化规律，积累试验数据，指导生产实践。试验采用多参数自动在线监测仪，缺氧池监测点分布在5个区域，分别是缺氧段前段(初始浓度)、缺氧段前中段(厌氧第一阶段a)、缺氧段中段(厌氧第二阶段b)、缺氧段后中段(厌氧第三阶段c)、缺氧段末端(厌氧第四阶段d)；好氧池监测点也分布在5个区域，分别是好氧段前段(厌氧第一阶段a)、好氧段前中段(好氧第二阶段b)、好氧段中段(好氧第三阶段c)、好氧段后中段(好氧第四阶段d)、好氧段末端(好氧第五阶段e)。监测时间为2016年6月～10月，选取6月、8月、10月月底的连续5 d共3组(每组的温度差异在±1 ℃)，共计3组15 d的数据进行分析，数据为3个平行样的平均值。

1.2 硝化速率与反硝化速率计算方法

污水反硝化速率计算如式(3)。

De=(ΔC×Q) /(Vi×MS)

(3)

Q—进水流量，m3/h；

Vi—对应的缺氧段池容积，m3；

MS—挥发性污泥浓度MLVSS，g/L。

2 结果和讨论

2.1 缺氧段沿程

2.1.1 硝酸盐含量变化

图1 实际生产过程中不同时间缺氧段沿程硝酸盐含量Fig.1 Nitrate Concentration along Anoxic Section at Different Times in Actual Production Process

2.1.2 反硝化速率变化

图2 实际生产过程中不同时间缺氧段沿程反硝化速率Fig.2 Denitrification Rate along Anoxic Section at Different Times in Actual Production Process

2.1.3 温度的影响

本次试验时间为6月、8月、10月，水温在24～30 ℃。由图3可知，8月的水温最高，反硝化速率相对较低，与理论不符，但也恰恰说明了实际生产过程中由于反硝化速度较快，化验水样数据相对偏小，说明温度对反硝化速率有一定的影响[15]。

图3 实际生产过程中不同时间缺氧段沿程反硝化速率与温度的关系Fig.3 Relationship between Denitrification Rate and Temperature along Anoxic Section at Different Times in Actual Production Process

2.2 好氧段沿程

2.2.1 硝酸盐含量变化

图4 实际生产过程不同时间好氧段沿程硝酸盐含量Fig.4 Nitrate Concentration along Aerobic Section at Different Times in Actual Production Process

由图5可知，氨氮进入好氧池后，由于硝化作用的开始，氨氮从5 mg/L逐渐减小，到好氧段中段又逐渐放缓，这与硝酸盐的变化相反，这也反映了实际生产过程中含氮物质的转换过程。

图5 实际生产过程中好氧段沿程硝酸盐和氨氮含量变化Fig.5 Variation of Nitrate and Ammonia Nitrogen Concentration along Aerobic Section in Actual Production Process

2.2.2 硝化速率变化

图6 实际生产过程中不同时间好氧段沿程硝化速率Fig.6 Nitrification Rate along Aerobic Section at Different Times in Actual Production Process

2.2.3 温度的影响

图7 实际生产过程中不同时间好氧段沿程硝化速率与温度的关系Fig.7 Relationship between Nitrification Rate and Temperature along Anoxic Section at Different Times in Actual Production Process

3 结论

(1)反硝化过程中存在3个速率明显不同的反硝化阶段，且随着反应时间的延长，反硝化速率逐渐降低。第一阶段反硝化速率最大、最快，其他阶段依次次之。结合好氧段前段硝酸盐的继续衰减，可能是反硝化的时间不够，想要反硝化彻底，特别是在温度较低的情况下，活性污泥处理效果较差，需延长缺氧段的时间，以便彻底地进行反硝化，避免硝酸盐在活性污泥系统中累积。

(2)由硝化速率曲线图可知，该厂的好氧段硝化作用充分，说明好氧区停留时间长，结合反硝化速率可能存在的时间不足，可以在好氧段前段设置切换区，在硝化不足时，进行切换，延长反硝化停留时间，确保充分反硝化。

(3)在硝化阶段，溶解氧作为电子受体，其溶度高低直接影响污水中含氮化合物的处理效果，一般将硝化反应的DO控制在2.0～3.0 mg/L，大部分硝化菌在活性污泥絮体的内部，溶解氧浓度的增加将提高溶解氧对生物絮体的穿透力，因此可提高硝化反应速率。另外，曝气池中溶解氧过低，易发生污泥缺氧，甚至厌氧，导致污泥膨胀，甚至整个系统处理效果下降；曝气池溶解氧也不宜过高，过大的曝气量会导致活性污泥变得松散，菌胶团的表面会附着细小气泡使污泥上浮到液面，严重的则会导致液面产生大量浮渣。