化學(xué)抑制劑對(duì)短程硝化工藝影響研究

摘要： 為了探究不同的抑制劑對(duì)短程硝化的體系影響，本實(shí)驗(yàn)選擇添加聯(lián)氨（N2H4）、甲酸等兩種抑制劑，采用接種好氧污泥啟動(dòng)運(yùn)行并馴化，投加抑制劑，通過分析添加抑制劑后的氨氧化率和亞硝酸鹽積累率來判斷不同的抑制劑對(duì)短程硝化體系的影響。結(jié)果表明，添加5 mg·L-1的聯(lián)氨（N2H4）作為亞硝酸鹽氧化菌抑制劑，系統(tǒng)最終的氨氧化率和亞硝酸鹽積累率分別達(dá)到79.24%和78.31%，對(duì)比空白組的81.44%與60.79%氨氧化率下降，亞硝酸鹽積累率上升。添加甲酸時(shí)（添加量為3 0 mmol·L-1），系統(tǒng)的氨氧化率和亞硝酸鹽積累率分別達(dá)到80.14%和79.19%。

關(guān)鍵詞：短程硝化；聯(lián)氨；甲酸；抑制劑

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1004-0935（2025）02-0277-04

短程硝化作為一種新型的廢水脫氮技術(shù)[1]，其最主要的原理是生物脫氮的硝化反應(yīng)只進(jìn)行到亞硝化過程，將傳統(tǒng)硝化反硝化脫氮停留在第一階段，即僅在AOB存在下使氨氮氧化成亞硝態(tài)氮而另NOB不再起作用。相比于傳統(tǒng)的廢水脫氮技術(shù)短程硝化具有曝氣量少，減少添加碳源節(jié)省能源的優(yōu)點(diǎn)。影響短程硝化的因素有物理因素如溫度[2]，溶解氧濃度[3]，PH[4]，等，化學(xué)因素如FA[5]（游離氨）和FNA（游離亞硝酸），氯酸鹽[6]，聯(lián)氨[7]等，這些影響因素的根本是篩選出AOB（氨氧化菌）為優(yōu)勢(shì)菌群，淘洗NOB（亞硝酸鹽氧化菌）。同時(shí)也因?yàn)锳OB和NOB的適宜環(huán)境有著非常細(xì)微的差別[8-9]，所以難以準(zhǔn)確控制溫度PH等物理因素的方法完全篩選出AOB同時(shí)抑制NOB活性。因此，本實(shí)驗(yàn)采取低氧啟動(dòng)短程硝化，同時(shí)添加聯(lián)氨、甲酸[10-11]等抑制劑的方法來富集AOB，去除NOB。

1實(shí)驗(yàn)部分

短程硝化的啟動(dòng)和操作采用序批式反應(yīng)器（圖1），SBR反應(yīng)器是瞬時(shí)進(jìn)水、排水方式作業(yè)，反應(yīng)周期時(shí)長(zhǎng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，周期間是閑置期。一個(gè)周期進(jìn)水，攪拌，曝氣、靜置，排水共5個(gè)環(huán)節(jié)。

實(shí)驗(yàn)用水包含：進(jìn)水氨氮按需要添加，以及必需微量元素。

2結(jié)果與討論

為了確保氨氧化細(xì)菌具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，本研究采用控制低溶解氧作為調(diào)控策略，將溶解氧濃度保持在（1±0.2）mg·L-1，設(shè)定溫度為（30±1）℃，pH值為（7.5±0.2）。實(shí)驗(yàn)可分為以下階段：首先通過全程硝化恢復(fù)污泥的氨氧化活性，使用低氨氮濃度廢水作為介質(zhì)，在無抑制劑的情況下以氨氧化率為主要指標(biāo)，逐漸增加進(jìn)水的氨氮濃度，提高系統(tǒng)的氮容積負(fù)荷，提升氨轉(zhuǎn)化能力，增加氨氧化菌數(shù)量，富集氨氧化細(xì)菌；在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的氨氧化率后，降低系統(tǒng)的溶解氧濃度，對(duì)亞硝酸鹽氧化菌產(chǎn)生抑制作用和淘洗作用，使氨氧化菌成為優(yōu)勢(shì)菌種；根據(jù)實(shí)際反應(yīng)情況調(diào)節(jié)反應(yīng)周期，避免由于曝氣時(shí)間過長(zhǎng)而造成的亞硝酸鹽氧化。

為防止亞硝酸鹽氧化菌活性的恢復(fù)或繼續(xù)增殖，從而確保系統(tǒng)獲得穩(wěn)定的氨氮氧化率和亞硝酸鹽積累率。第1階段的實(shí)驗(yàn)中，采用了全程硝化模式，曝氣時(shí)長(zhǎng)設(shè)為6 h，以確保微生物有足夠的代謝時(shí)間來恢復(fù)污泥的硝化活性。每天運(yùn)行3個(gè)周期，并檢測(cè)一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)進(jìn)水和出水的水質(zhì)。為了保證微生物有足夠的溶解氧供應(yīng)，通過調(diào)節(jié)曝氣速率，控制反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度保持在3～4 mg·L-1的范圍內(nèi)。進(jìn)水采用自來水調(diào)配，沒有加入有機(jī)碳源。在第2階段（第14～25天），繼續(xù)提高進(jìn)水氨氮濃度，從62.84 mg·L-1逐步增加到101.53 mg·L-1。同時(shí)，將反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧濃度控制在（1±0.2） mg·L-1的范圍內(nèi)，以抑制亞硝酸鹽氧化菌的活性，并富集氨氧化細(xì)菌，以實(shí)現(xiàn)短程硝化。在第3階段（第26～50天），進(jìn)一步提高了進(jìn)水氨氮濃度，并將曝氣時(shí)長(zhǎng)由6 h縮短至4.5 h。同時(shí)，調(diào)整為每日運(yùn)行4個(gè)周期，在第4階段（第51～67天），反應(yīng)器的運(yùn)行周期調(diào)整為每日運(yùn)行6個(gè)周期，曝氣時(shí)長(zhǎng)為2.5 h。進(jìn)一步提高了進(jìn)水氨氮濃度至270 mg·L-1，而氨氮轉(zhuǎn)化率仍維持在90%左右。由此得到穩(wěn)定的氨氮轉(zhuǎn)化率。

在保持低溶解氧穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，調(diào)整運(yùn)行策略共設(shè)3組實(shí)驗(yàn)，空白對(duì)照組A0，即不添加任何抑制劑，僅低溶解氧來控制短程硝化，添加聯(lián)氨組A1、添加甲酸組A2。

2.1聯(lián)氨對(duì)于短程硝化的影響

在第68天的時(shí)候改變反應(yīng)策略，保持與之前相同的進(jìn)水條件，pH控制在7.5±0.2，溶解氧控制在（1±0.2） mg·L-1。在進(jìn)水中添加聯(lián)氨，采取加2 d停1 d的方式，N2H4投加濃度為5 mg·L-1。進(jìn)水后反應(yīng)器內(nèi)平均氨氮濃度為270 mg·L-1。

根據(jù)圖2可知，在添加聯(lián)氨后，A1反應(yīng)器內(nèi)的出水亞硝氮濃度升高，在第70天時(shí)出水亞硝氮濃度達(dá)到最高為193 mg·L-1，出水硝氮濃度降低最低達(dá)到47 mg·L-1，隨后出水硝氮維持在60 mg·L-1，待反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間后至第88天時(shí)，出水的氨氮開始出現(xiàn)上升現(xiàn)象。

根據(jù)圖3可知，投加聯(lián)氨后短程硝化體系的平均氨氧化率保持為87.21%。反應(yīng)器內(nèi)的亞硝酸鹽積累率快速提高，最高在第79天的時(shí)候，亞硝酸鹽積累率達(dá)到了82.25%，并在之后亞硝酸鹽積累率穩(wěn)定在79%。反應(yīng)從第68天一直到第89天，一直保持著較高亞硝酸鹽積累率。添加聯(lián)氨組的氨氧化率相較于A0對(duì)照組出現(xiàn)了下降。分析這種現(xiàn)象的原因可能為長(zhǎng)時(shí)間的低氧條件和聯(lián)氨的共同抑制使得AOB活性降低，導(dǎo)致出水氨氮濃度上升，氨氮轉(zhuǎn)化率下降。

2.2甲酸對(duì)于短程硝化的影響

在第68天的時(shí)候改變反應(yīng)策略，保持與之前相同的進(jìn)水條件，pH控制在7.5±0.2，溶解氧控制在（1±0.2） mg·L-1，在進(jìn)水中添加甲酸，采取加2 d停1 d間歇投加抑制劑的方式，甲酸投加濃度為30 mmoL·L-1。進(jìn)水后反應(yīng)器內(nèi)平均氨氮濃度為270 mg·L-1。

根據(jù)圖4在添加甲酸后，出水亞硝氮濃度提升較快，在第76天時(shí)出水亞硝氮濃度達(dá)到最高為198 mg·L-1，且出水硝氮濃度呈下降趨勢(shì)。出水氨氮濃度在第90天，略有上升。

通過對(duì)比分析圖5和圖6，在投加甲酸后短程硝化體系的平均氨氧化率保持為90.37%。反應(yīng)器內(nèi)的亞硝酸鹽積累率快速提高，最高在第76天的時(shí)候，亞硝酸鹽積累率達(dá)到了85%，并在之后亞硝酸鹽積累率穩(wěn)定在82%。反應(yīng)從第68天一直到第89天，相較于A0組，一直保持著較高的亞硝酸鹽積累率。甲酸組的氨氮轉(zhuǎn)化率與對(duì)照組氨氮轉(zhuǎn)化率十分相近。甲酸對(duì)NOB具有抑制作用，甲酸特異性抑制了亞硝酸鹽氧化還原酶編碼基因nxrB的轉(zhuǎn)錄進(jìn)而降低了NOB基質(zhì)氧化活性。

3結(jié) 論

1）在短程硝化工藝中添加聯(lián)氨后，氨氧化率為79.24%相較于對(duì)照組的81.44%出現(xiàn)下降趨勢(shì)，且屬于略微下降，亞硝酸鹽積累率為78.31%相較于對(duì)照組60.79%呈上升趨勢(shì)。

2）在短程硝化工藝中添加甲酸后，氨氧化率為80.14%相較于對(duì)照組的81.44%出現(xiàn)下降趨勢(shì)，且屬于略微下降，亞硝酸鹽積累率為79.19%相較于對(duì)照組60.79%呈上升趨勢(shì)。

3）根據(jù)A0組實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅控制低溶解氧無法獲得穩(wěn)定的氨氮轉(zhuǎn)化率和亞硝酸鹽積累率，所以可以采用低氧與抑制劑相結(jié)合的方式獲得較為穩(wěn)定的短程硝化工藝。相較而言，甲酸對(duì)亞硝酸鹽積累率的促進(jìn)作用比聯(lián)氨好，對(duì)氨氧化率的抑制作用比聯(lián)氨弱。

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1217.

Study on the Efficacy of Chemical Inhibitors in Short-range

Nitrification Process

GAN Donglin， WANG Yujia

（Shenyang Jianzhu University， Shenyang Liaoning 110168， China）

Abstract： To investigate the effects of different inhibitors on short-term nitrification systems， this experiment selected two inhibitors， hydroxylamine （N2H4） and formic acid. The system was initiated by inoculating aerobic sludge and acclimated， followed by the addition of inhibitors. The impact of the inhibitors on the short-term nitrification system was assessed by adding analyzing the subsequent of ammonia oxidation and nitrite accumulation. The results showed that the addition of 5 mg?L-1 of hydroxylamine （N2H4） as a nitrite-oxidizing bacteria inhibitor resulted in an ammonia oxidation rate and nitrite accumulation rate of 79.24% and 78.31%， respectively， compared to 81.44% and 60.79% in the blank group， showing a decrease in ammonia oxidation rate and an increase in nitrite accumulation rate. In the case of formic acid （at a concentration of 5 mg?L-1）， the system demonstrated an ammonia oxidation rate and nitrite accumulation rate of 80.14% and 79.19%.

Key words： Short-term nitrification; Hydroxylamine; Formic acid; Inhibitors