活性污泥法中硝化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究

王學(xué)艷，謝永軍，邵玉玲

(1.齊齊哈爾水文局水環(huán)境分中心，黑龍江齊齊哈爾 161005;2.齊齊哈爾水文局瀏園站，黑龍江齊齊哈爾 161005)

1 研究意義及現(xiàn)狀

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)污水生物脫氮工程實(shí)踐中暴露出的問(wèn)題和現(xiàn)象進(jìn)行了大量理論和試驗(yàn)研究，并提出了一些新的觀點(diǎn)和方法。對(duì)于反硝化菌，無(wú)論是NO2－還是NO3－均可以作為最終受氫體，因而整個(gè)生物脫氮過(guò)程也可以經(jīng)NH+4→HNO2→N2這樣的途徑完成。早在1975年Voet就發(fā)現(xiàn)在硝化過(guò)程中HNO2積累的現(xiàn)象并首次提出了短程硝化—反硝化生物脫氮(Short cut nitrification－denitrification，也可稱為不完全或稱簡(jiǎn)捷硝化—反硝化生物脫氮)，隨后國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了試驗(yàn)研究。這種方法就是將硝化過(guò)程控制在HNO2階段而終止，隨后進(jìn)行反硝化。然而，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外有不少實(shí)驗(yàn)和報(bào)道都證明存在有同步硝化反硝化現(xiàn)象(Simultaneous Nitrification and Denitrification，簡(jiǎn)稱SND)，即硝化與反硝化反應(yīng)同時(shí)發(fā)生在反應(yīng)器的同一部位。尤其是有氧條件下的反硝化現(xiàn)象(Aerobic Denitrification)確實(shí)存在于各種不同的生物處理系統(tǒng)，如:生物轉(zhuǎn)盤(pán)，SBR、氧化溝等。

2 研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容

2.1 研究目標(biāo)

通過(guò)對(duì)污泥法中硝化反應(yīng)各方面的因素控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)硝化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的量化分析。

2.2 研究?jī)?nèi)容

氨基酸脫下的氨，在有氧的條件下，經(jīng)亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌的作用轉(zhuǎn)化為硝酸，這稱為硝化作用。由氨轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛岱?步進(jìn)行:

主要從以下方面研究污泥法中硝化反應(yīng)動(dòng)力學(xué):

1)pH 值，預(yù)計(jì)設(shè)置了3，5，7，9，11五個(gè)梯度進(jìn)行對(duì)照研究，找出硝化反應(yīng)的最適pH值;

2)基質(zhì)濃度，通過(guò)設(shè)定水力停留時(shí)間，24 h內(nèi)分別進(jìn)水4 L，8 L，12 L，16 L，20 L來(lái)調(diào)整基質(zhì)濃度，測(cè)定反應(yīng)速度，依據(jù)Monod方程，用Lineweaer－Burk圖解法，求出最大反應(yīng)速度及米氏常數(shù)，得到亞硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)的米氏方程。

3)溫度，選取10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃6組數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，得到硝化反應(yīng)的最合適溫度;

4)進(jìn)水濃度，分別設(shè)置了250 mg/l和500 mg/l兩種濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

最后，通過(guò)各種因素的綜合分析，對(duì)污泥法中硝化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)行量化分析，達(dá)到目的。

3 擬采取的技術(shù)路線、研究方案

3.1 技術(shù)路線

技術(shù)路線詳見(jiàn)圖1。

圖1 研究技術(shù)方案

3.2 研究方法及實(shí)驗(yàn)方案

3.2.1 分析項(xiàng)目和方法

4 結(jié)論

通過(guò)研究控制各種因素，實(shí)現(xiàn)硝化反應(yīng)的量化分析(但其中的一些因素不易控制，例如時(shí)間，pH等值的不精確，但是通過(guò)一些方法的實(shí)施，使其達(dá)到要求，例如使用加熱棒實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，配置緩沖液對(duì)pH值的控制，調(diào)整水力停留時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)基質(zhì)濃度的控制等)，揭示硝化反應(yīng)(包括氨氧化反應(yīng)和亞硝酸鹽氧化反應(yīng))的動(dòng)力學(xué)，以期為生物法脫氮的實(shí)際工程提供理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。分析方法及實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表1 分析方法及實(shí)驗(yàn)方案

3.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置詳見(jiàn)圖2。

圖2 試驗(yàn)裝置圖

［1］孟軍，宮正.炭管膜曝氣生物膜反應(yīng)器亞硝化的啟動(dòng)試驗(yàn)研究［D］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2008，28(1):87－91.

［2］王海燕，葛建團(tuán).亞硝化/電化學(xué)生物反硝化全自養(yǎng)脫氮工藝研究［D］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，27(3):375－385.

［3］魏琛，羅固源.FA和pH值對(duì)低C/N污水生物亞硝化的影響［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，29(3):124－127.

［4］魏琛，羅固源.DO對(duì)低C/N比污水生物亞硝化的影響分析［J］.重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(1):81－84.

［5］李宏，魏琛.高濃度含氮廢水亞硝化SBR工藝的動(dòng)力學(xué)模型［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，30(8):70－74.