活性污泥法中硝化反應動力學研究

王學艷，謝永軍，邵玉玲

(1.齊齊哈爾水文局水環境分中心，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 研究意義及現狀

近年來國內外學者對污水生物脫氮工程實踐中暴露出的問題和現象進行了大量理論和試驗研究，并提出了一些新的觀點和方法。對于反硝化菌，無論是NO2－還是NO3－均可以作為最終受氫體，因而整個生物脫氮過程也可以經NH+4→HNO2→N2這樣的途徑完成。早在1975年Voet就發現在硝化過程中HNO2積累的現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捷硝化—反硝化生物脫氮)，隨后國內外許多學者對此進行了試驗研究。這種方法就是將硝化過程控制在HNO2階段而終止，隨后進行反硝化。然而，近年來國內外有不少實驗和報道都證明存在有同步硝化反硝化現象(Simultaneous Nitrification and Denitrification，簡稱SND)，即硝化與反硝化反應同時發生在反應器的同一部位。尤其是有氧條件下的反硝化現象(Aerobic Denitrification)確實存在于各種不同的生物處理系統，如:生物轉盤，SBR、氧化溝等。

2 研究目標、研究內容

2.1 研究目標

通過對污泥法中硝化反應各方面的因素控制，實現對硝化反應動力學研究的量化分析。

2.2 研究內容

氨基酸脫下的氨，在有氧的條件下，經亞硝酸細菌和硝酸細菌的作用轉化為硝酸，這稱為硝化作用。由氨轉變為硝酸分2步進行:

主要從以下方面研究污泥法中硝化反應動力學:

1)pH 值，預計設置了3，5，7，9，11五個梯度進行對照研究，找出硝化反應的最適pH值;

2)基質濃度，通過設定水力停留時間，24 h內分別進水4 L，8 L，12 L，16 L，20 L來調整基質濃度，測定反應速度，依據Monod方程，用Lineweaer－Burk圖解法，求出最大反應速度及米氏常數，得到亞硝化反應和硝化反應的米氏方程。

3)溫度，選取10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃6組數據進行研究，得到硝化反應的最合適溫度;

4)進水濃度，分別設置了250 mg/l和500 mg/l兩種濃度進行實驗。

最后，通過各種因素的綜合分析，對污泥法中硝化反應動力學研究進行量化分析，達到目的。

3 擬采取的技術路線、研究方案

3.1 技術路線

技術路線詳見圖1。

圖1 研究技術方案

3.2 研究方法及實驗方案

3.2.1 分析項目和方法

4 結論

通過研究控制各種因素，實現硝化反應的量化分析(但其中的一些因素不易控制，例如時間，pH等值的不精確，但是通過一些方法的實施，使其達到要求，例如使用加熱棒實現對溫度的控制，配置緩沖液對pH值的控制，調整水力停留時間實現對基質濃度的控制等)，揭示硝化反應(包括氨氧化反應和亞硝酸鹽氧化反應)的動力學，以期為生物法脫氮的實際工程提供理論依據，實現國民經濟的可持續發展。分析方法及實驗方案見表1。

表1 分析方法及實驗方案

3.2.2 實驗裝置

實驗裝置詳見圖2。

圖2 試驗裝置圖

［1］孟軍，宮正.炭管膜曝氣生物膜反應器亞硝化的啟動試驗研究［D］.中國環境科學，2008，28(1):87－91.

［2］王海燕，葛建團.亞硝化/電化學生物反硝化全自養脫氮工藝研究［D］.環境科學學報，27(3):375－385.

［3］魏琛，羅固源.FA和pH值對低C/N污水生物亞硝化的影響［J］.重慶大學學報(自然科學版)，2006，29(3):124－127.

［4］魏琛，羅固源.DO對低C/N比污水生物亞硝化的影響分析［J］.重慶建筑大學學報，2007，29(1):81－84.

［5］李宏，魏琛.高濃度含氮廢水亞硝化SBR工藝的動力學模型［J］.重慶大學學報(自然科學版)，2007，30(8):70－74.