連續流部分亞硝化的穩定研究進展

摘 要：部分亞硝化一般用于厭氧氨氧化的前置工藝中，為后者提供所需的進水基質。目前大部分亞硝化研究集中于SBR反應器中，考慮到在實際污水處理中，處理量較大，氨氮濃度較低，因此如何通過連續流方式穩定維持亞硝態氮十分有必要。文章從DO、HCO3-、ORP等角度對部分亞硝化的研究進展進行了綜述。

關鍵詞：部分亞硝化；連續流；穩定積累

氮素污染所致的水體富營養化問題已十分嚴重，是環境問題中的重點研究對象[1]。但是傳統脫氮工藝仍存在占地面積大、抗沖擊能力較弱等缺陷，新型生物脫氮工藝逐漸受到研究人員的重視。厭氧氨氧化技術是目前已知的最經濟的生物脫氮途徑，其原理是在厭氧條件下利用厭氧氨氧化菌將廢水中氨氮和亞硝態氮同時轉化為氮氣。但是AnAOB（厭氧氨氧化菌）對環境條件的要求較為苛刻，而且進水的NH4+-N與NO2--N含量的摩爾比也需控制在1：1-1：1.32之間。但是在自然條件下，氮元素一般不會以NO2--N的形式存在。因此如何穩定的通過亞硝化將NH4+-N部分轉化為NO2--N成為了研究熱點。國內外學者從DO（溶解氧）、FA（游離氨）、HRT（水力停留時間）、溫度等方面研究了各個條件參數的改變對部分亞硝化穩定性和特征的影響。但是，鑒于大部分亞硝化的研究都是在SBR（序批式活性污泥反應器）中完成[1，2]，如果在處理大流量城市污水時，這種間歇流式的反應器不僅會增加時控裝置的成本，還會使得處理量難以滿足需求，因此，需要對連續流反應器中部分亞硝化的控制進行研究。

1 連續流反應器亞硝化的啟動及穩定運行

1.1 DO與FA的控制

吳迪[3]等采用CSTR（連續攪拌反應器系統反應器），在常溫

22.9℃的條件下，DO控制在0.2mg/L以下，以低濃度氨氮啟動反應器。通過將氨氮濃度提高、采用SBR方式運行等措施，氨氮開始出現明顯積累。之后，將反應器調整為連續流運行，并將氨氮濃度調低，仍然獲得了穩定的亞硝態氮積累率，達到90%以上，最終通過HRT的調整將約一半的氨氮轉化為了亞硝態氮。可以看出，在連續流系統中，僅僅依靠DO的控制較難抑制NOB（亞硝酸鹽氧化菌）的活性，FA的則被視為亞硝化啟動的重要因素。易鵬[4]等采用推流式好氧反應器和二沉池，以低氨氮濃度，采用連續運行，反應器各隔室中好氧/缺氧的內循環運行模式不僅提高了氨氧化的速率，與僅通過減小曝氣量的運行方式相比，將更好地抑制NOB活性，因為后一種方式會使得NOB逐漸適應環境。

1.2 HCO3-投加量的影響

HCO3-，張肖靜等[5]研究表明通過限制HCO3-的投加量能夠控制部分亞硝化的程度，但是對于HCO3-在亞硝化過程中主要是作為亞硝化菌群的碳源作用還是主要作為系統pH的調控作用卻并沒有深入研究。李祥等[6]研究了HCO3-對部分亞硝化效能的影響，結果表明當利用少量強酸強堿將系統pH控制在8左右時，空氣中的CO2就能滿足亞硝化菌的碳源需求，說明HCO3-在反應中的主要作用是調整系統的pH。

1.3 其他監測指標

由于亞硝化反應過程中，DO的控制很關鍵，往往需要和pH等指標聯合表征穩定亞硝化過程的“拐點”（污水深度處理中），在實際應用中較難控制，雖然也有學者通過在線監測儀來進行調控，但是由于亞硝化反應的滯后性，和裝置的高成本，這種方法不太利于工程應用。李祥等[8]研究了主要通過控制ORP（氧化還原電位）實現連續流反應器中部分亞硝化的可行性。結果表明，實驗中ORP的波幅變化主要有系統中的DO引起，在連續流部分亞硝化反應器中，將 ORP值控制在120-150mV之間時，隨著進水氨氮濃度由300mg/L 提高813mg/L，反應器出水亞硝氮與氨氮濃度比值基本穩定在1.1左右，最終亞硝氮轉化率達到1.82kgN/（m3·d）。

1.4 聯合控制

張昭等[9]在常溫限氧的條件下，以A/O除磷工藝的出水為進水，采用退流式反應器與豎流式二沉池相結合的裝置進行部分亞硝化的啟動中試研究。先采用SBR的運行方式，通過高低濃度氨氮的交替運行，在24個周期后成功啟動了部分亞硝化。高FA（11.36mg/L）、FNA（0.033mg/L）及低DO（<0.8mg/L）的聯合抑制是實現NOB的淘汰、SBR短程硝化啟動的關鍵。馬富國等[10]采用懸浮填料生物膜工藝在連續流條件下對部分亞硝化進行調控，通過對ALR（進水氨氮負荷）、HRT、堿度等多個因素的調整能夠較好的維持部分亞硝化的性能。將穩定運行的部分亞硝化裝置與厭氧氨氧化串聯，最終的TN（總氮）去除率可以達到83%左右。

2 結束語

從國內外的研究現狀來看，對于部分亞硝化的研究已經逐漸從間歇性的SBR集中到了連續流裝置中來。由于連續流裝置類型的差異，DO、HRT、進水氨氮等參數的控制沒有固定的參考值，對于亞硝化最佳積累率“拐點”的尋找需要通過系統中pH、DO和ORP等指標的聯合表征來確定，在實際應用中限制較多對操作人員的要求也較高。因此，未來的研究熱點將在于如何根據水質條件選擇合適的反應器類型，低基質條件下NOB的淘洗去除，以及亞硝化顆粒污泥的快速形成方面。連續流條件下部分亞硝化的穩定運行，將是實現ANAMMOX工藝工程化應用的重要突破點，具有很高的現實意義。

參考文獻

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[2]王淑瑩，曾薇，董文藝，等.SBR法短程硝化及過程控制研究[J].中國給水排水，2002，18（10）：1-5.

[3]吳迪，李冬，仲航，等.常溫CSTR半亞硝化啟動與穩定運行試驗研究[J].中國給水排水，2013，29（15）：5-9.

[4]易鵬，張樹軍，孟春霖，等.城市污水連續流半亞硝化實現維持機理與工藝創新研究[J].環境科學學報，2010，30（8）：1608-1614.

[5]張肖靜，李冬，周利軍，等.堿度對常低溫處理生活污水亞硝化的影響[J].哈爾濱工業大學學報，2013，45（4）：38-43.

[6]李祥，王悅，黃勇，等.HCO3-在部分亞硝化中功能及對亞硝化效能影響[J].中國環境科學，2015（3）：757-763.

[7]高大文，彭永臻，鄭慶柱.SBR工藝中短程硝化反硝化的過程控制[J].中國給水排水，2002，18（11）：13-18.

[8]李祥，陳宗 ，黃勇，等.控制ORP實現連續流反應器部分亞硝化穩定運行[J].中國環境科學，2014（12）：3086-3092.

[9]張昭，李冬，曾輝平，等.常溫下部分亞硝化的啟動中試研究[J].中國給水排水，2012，28（17）：21-25.

[10]馬富國.部分亞硝化-厭氧氨氧化耦合工藝處理污泥脫水液的研究[D].北京工業大學，2009.

作者簡介：向韜（1990-），男，苗族，重慶市人，研究生在讀，沈陽建筑大學，從事水污染控制研究。