城市生活污水短程硝化的關鍵控制因素探討

周佳鵬

（大慶油田水務公司南區污水處理廠，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

城市生活污水一直是城市水資源處理保護的終點項目，現階段那我國主要使用生物硝化降解的方法完成城市污水除氮處理，處理中使用氨氧化細菌和亞硝酸鹽氧化細菌兩個菌種實現生物脫氮。但是在實際的應用過程中，由于城市生活污水處理規模大，實際處理工藝難以維持最佳處理溫度，同時氨氧細菌培養難度高培養周期長等因素，導致生活污水處理壓力較大。如何實現穩定短程的硝化反應，是環節城市污水處理壓力的重要工作。污水的硝化處理中存在多種影響因素，如pH、溫度、DO、FA、曝氣量、重金屬等等。其中pH和溫度對城市污水短程硝化處理影響最大[1]。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

試驗裝置選擇序批式活性污泥裝置，裝置結構如圖1所示。

序批式活性泥短程硝化反應器通體由不銹鋼材料制成，裝置總高120cm、直徑80cm，其中有效反應空間約為500L。單周期可以進行400L左右的污水處理量。罐體頂部安裝攪拌器設備，罐體底部安裝穿孔曝氣裝置，反應器外幣安裝有溫控電熱絲，可以根據反應需要進行溫度調控。反應器還安裝各類傳感和檢測設備，實現對溫度、液面、pH、MLSS等數據進行實時檢測[2]。

1.2 實驗用水水質

為了確保實驗的客觀性，進行多點城市污水取樣，并綜合分析其污水成分，最終確定模擬生活污水的配置方案。各成分含量如下：

NH3-N=25～30mg/L、COD=150～200mg/L、BOD5=110～145mg/L、pH=7.1～7.2、NO3-N=0.03～0.30mg/L。

1.3 分析項目及測量方法。

水樣分析項目的測定過程：NH3-N質量濃度的測量使用納氏試劑光度法進行測量。NO2-N的質量濃度測量使用乙二胺光度法進行測量；NO3-N質量濃度說那個麝香草酚光光度法進行測量；DO質量濃度采用多功能溶解氧在線測定儀進行測定；COD采用5B-3型COD快速測定儀測定儀進行測定。

2 試驗結果分析與討論

2.1 溫度對短程硝化啟動及反應穩定性的影響

前文中已經提到溫度對短程硝化反應效果和反應效率有直接的意向，本次實驗再次證明了溫度對硝化反應存在直接影響。在實驗環境下，溫度對硝化細菌的分裂反繁殖速度以及細菌在反應中參與的活躍度都存在直接影響。如圖2所示。

根據實驗中不同溫度下三氮的變化曲線圖可以得出結論，亞消化反應在25°時反應效率明顯提高，并在30°時達到峰值，可以初步認定短程硝化反應最佳溫度為25～30°。為了提高實驗結果的客觀性，進一步確定溫度對NO2-N生成率的影響。在反應器趨于穩定后，通過溫控設備調整反應器水溫，分別對AOB和NOB菌種活性進行觀察，根據曲線圖可以看出，當溫度超過25°時AOB、NOB菌種活性不斷增加，在超過30°時繼續增加水溫，AOB菌種活性持續增強值36°，NOB菌種在水溫超過30°后其活性受到了一定的抑制。

2.2 pH對短程硝化的啟動及穩定性影響

pH是生物脫氮反應中另一個重要的環境參數，pH值對硝化反應的影響主要體現在下述兩個方面。其一，AOB菌種與NOB菌種雖然在反應中作用接近，但兩個菌種對反應環境的pH值有著截然不同要求。根據實驗結果，AOB菌種在7.0～8.5的pH值的環境下最為活躍，NOB菌種在6.0～7.5的pH值環境下最為活躍，可以看出兩個菌種對反應環境pH值要求在7.0～7.5時存在重合；其二，污水中處于游離狀態的氨濃度與污水pH值有直接影響，二游離狀態的氨濃度對亞硝化細菌的活動性存在影響[3]。上述兩個原因決定pH值對硝化反應存在直接影響。實驗結果如圖3所示。

從圖3中可以看出，當反應pH值處于8.0、8.5時，短程硝化反應均穩定高效。NO2-N積累氯為90%左右，NH3-N去除率接近99%，效果十分理想。但伴隨實驗進程的不斷推進型，在維持pH為7.5的條件下穩定運行10天之后，反應器出水的NO3-N呈現逐漸上升趨勢，到第15天，系統出水NO2-N濃度降至10mg/L以下，NO3-N濃度則升高至9.5mg/L左右。說明在長期運行中，反應器中優勢菌種在反應中逐漸占據了主導地位，主體反應向完全硝化發展，短程硝化系統全面崩潰，可見7.5OPH環境下，不利于短程硝化亞硝酸亞的積累。

2.3 PH調節藥劑的選擇

在前文的實驗結果分析中可以確定，反應環境的PH值對城市污水短程硝化的穩定性有直接影響，因此在城市污水的短程硝化處理過程中，應使用對應的方法與添加劑對反應PH值進行人為的干預控制，從而實現更為理想的反應結果。實驗中對于PH值調節使用的調節劑進行了試驗。本次實驗一共選擇了三類藥劑進行對照實驗。其中NaHCO3為藥劑A、NaOH和NaN-CO3的混合制劑為藥劑B、NaOH為藥劑c。為了降低實驗中其他因素的對實驗結果的影響，PH值和溫度、曝氣量均設定為短程硝化反應的最佳區間，其中pH為8.0、溫度為30°、曝氣量為1.5L氣/L水。

根據實驗結果，藥劑的添加方式、種類及順序對系統運行有很大的影響。首先藥劑投放類型以及投放數量對pH值的變化趨勢有直接的影響，而PH值的變化趨勢會影響AOB菌種和NOB菌種的增值速率。因此藥劑的使用應根據實際的反應情況進行選擇和添加。