短程硝化过程动力学及有机物影响试验研究_吕永涛

短程硝化是指由自养型氨氧化菌将氨氮转化为亚硝态氮的生物过程，与全程硝化相比，短程硝化具有降低能耗、提高反应速率和降低剩余污泥产量等优点[1]。近年来，相继涌现了许多以短程硝化为基础的新型生物脱氮工艺，如短程硝化-反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化等[2-3]。在这些新型生物脱氮工艺中，短程硝化是整个工艺的限速步骤，成为研究热点。而有机物是实际废水中常见的电子供体，实际废水短程硝化处理过程中难免存在异养菌与氨氧化菌之间的DO竞争问题，可能降低短程硝化速率，从而影响整个系统的脱氮能力[4]。本文在SBR中短程硝化稳定运行的基础上，对自养环境下的短程硝化过程动力学进行了研究，并进一步研究了不同浓度有机物对短程硝化过程以及动力学参数的影响，旨在为短程硝化过程控制提供重要技术参数。1材料与方法1.1试验装置与材料试验采用SBR反应器，有效容积和沉淀区容积分别为4.6L和2.6L。1d4周期运行，进水、曝气搅拌、沉淀、出水和静置的时间分别为2.5、320、30、2.5、5min。试验用水人工配制，自养环境下主要成分有氯化铵和碳酸氢钠；有机环境下添加葡萄糖形成不同浓度的COD。控制DO质量浓度在1.0mg·L-1左右，温度通过恒温水浴控制在30～31℃，进水pH为7.5～8.0之间。污泥为实验室中自养环境下稳定运行的短程硝化活性污泥，污泥质量浓度（MLSS）约为2500mg·L-1，m(VSS)/m(S)=0.75，氨氮平均转化率和亚硝酸盐氮平均积累率分别为88%和87%。1.2试验方法自养条件下，维持进水氨氮质量浓度为150mg·L-1的条件下研究短程硝化过程动力学。之后添加不同浓度梯度的有机物（COD分别为50、100、200、400mg·L-1）研究其对短程硝化的影响，同时控制初始DO质量浓度维持在1.0mg·L-1左右，使短程硝化稳定运行，在每个阶段稳定运行9～10d后再向下一个浓度梯度进行。1.3分析项目及测定方法氨氮（NH4+-N）：纳氏试剂分光光度法；亚硝酸盐氮（NO2--N）：N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法；DO：9010便携式溶氧仪；MLSS、MLVSS：重量法；短程硝化过程动力学及有机物影响试验研究吕永涛1，王磊1，陈祯2，王旭东1，吴红亚3，王志盈1（1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安710055；2.江苏盛立环保工程有限公司，江苏南京210019；3.咸阳昱闻土木工程有限公司，陕西咸阳712000）摘要：在SBR中对自养环境下短程硝化过程动力学和维持初始DO质量浓度不变的条件下有机物对短程硝化的影响进行研究。结果表明，自养环境下，短程硝化过程动力学可以用Monod模型表示，NH4+-N对污泥的最大比氧化速率vmax为13.05mg·g-1·h-1，NH4+-N半饱和常数Ks为21.98mg·L-1。DO充足的条件下，低浓度有机物对短程硝化作用影响不大，系统中主要反应为短程硝化；高浓度有机环境下，氨氮降解速率略有下降，亚硝氮积累率降幅较大，TN有损失，系统中除了短程硝化外，还发生了同步硝化反硝化作用。动力学参数vmax随着有机物浓度的增加先变大后减小，在C/N体积比为0.6左右时，vmax达到最大值58.72mg·g-1·h-1。关键词：短程硝化；动力学模型；有机物；氨氧化菌中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)05-0033-004收稿日期：2010-07-05基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2009ZX07212-002）；西安市科技计划项目（CXY09025(4)）；陕西省教育厅专项基金资助项目（09JK543）作者简介：吕永涛（1980－），男，讲师，博士，研究方向为废水生物脱氮理论与技术；联系电话：15991657440；E-mail：hybos2000@126.com第37卷第5期2011年5月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.5May,201133DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.05.008pH：pHS-3C精密pH计；COD：重铬酸钾法[10]。2结果与讨论2.1自养环境下短程硝化过程动力学2.1.1动力学模型的建立在动力学模型建立前作如下假设：SBR内混合液处于完全混合状态；进水中可生化基质是可溶性的，不含微生物群体。在曝气反应阶段，池内进行好氧生化反应，基质的去除符合Monod关系[6-8]，即服从关系：v=vmaxρKS+ρ，基质去除率与基质浓度呈一级反应关系。由Monod动力学方程式的推论可得：-dsdt=vmaxX·ρKS+ρ（1）试验中测得的数据是氨氮质量浓度ρ与时间t的关系，采用积分一元回归图解法[9]。将式（1）积分并整理得：lnρ0ρt(