以ORP作为SBR反硝化过程亚硝态氮积累过程控制参数

第36卷第10期2010年10月北京工业大学学报JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol．36No．10Oct．2010以ORP作为SBR反硝化过程亚硝态氮积累过程控制参数孙洪伟1，魏东洋2，时晓宁1，杨庆1，张树军1，彭永臻1，王淑莹1(1.北京工业大学北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室，北京100124;2.环境保护部华南环境科学研究所，广州510655)摘要:为避免序批式活性污泥法(SBR)工艺生物脱氮反硝化过程毒性更大的亚硝态氮(NO－2-N)排入受纳水体，以缺氧/厌氧上流式厌氧污泥流化床(UASB)预处理的实际垃圾填埋场渗滤液为研究对象，考察了以氧化还原电位(ORP)作为SBR反硝化过程NO－2-N积累控制参数的可行性．结果表明:对于4种不同N初始的ρ(NO－3-N)，NO－2-N均实现明显积累，积累速率分别为0.117、0.136、0.235、0.068/d．反应过程中，ORP曲线先后出现NO－3-N和NO－2-N拐点，表明硝态氮和亚硝态氮还原反应结束．对于有明显亚硝态氮积累的反硝化过程，仅以NO－3-N作为反硝化速率(rDN)的单值函数是不准确的，应以总氧化态氮计，如以NO－3-N作为底物，将其定义为“名义”rDN．温度分别为14.2、13.9℃低温，5种不同n(C)/n(N)条件下，亚硝态氮均积累，亚硝态氮峰值点为速率平衡点．当n(C)/n(N)低于理论值时，相对NO－x-N→N2的全程反硝化碳源不充足，但相对于NO－3-N→NO－2-N的转化碳源充足．关键词:垃圾渗滤液;氧化还原电位(ORP);反硝化;亚硝态氮积累;序批式活性污泥法(SBR)中图分类号:X703文献标志码:A文章编号:0254－0037(2010)10－1396－06收稿日期:2008-12-23．基金项目:国家自然科学基金资助项目(50978003);北京市自然科学基金资助重点项目(8091001)．作者简介:孙洪伟(1976—)，男，黑龙江齐齐哈尔人，讲师;王淑莹(1953—)，女，黑龙江肇源人，教授，博士生导师．传统生物脱氮是指硝态氮在硝酸盐还原酶(NaR)、亚硝酸盐还原酶(NiR)、一氧化氮还原酶(NoR)和一氧化二氮还原酶(N2oR)的作用下，被逐步还原成N2的生化反应过程［1］．NO－2-N作为反应过程的中间产物，通常假定NO－2-N的还原速率(rred，NO－2-N)足够高，不低于NO－3-N还原速率(rred，NO－3－N)，反硝化过程不会出现NO－2-N积累，因此反硝化速率被看做硝态氮的单值函数［2］．然而，由于反硝化过程亚硝态氮的积累已被观察到，同时还认为亚硝态氮的还原速率低于硝态氮的还原速率是导致其积累的主要原因，并且具有不同硝态氮、亚硝态氮还原特性的微生物是导致亚硝态氮还原速率低于硝态氮还原速率的本质［2-4］．对于垃圾渗滤液反硝化过程亚硝态氮的积累以采用氧化还原电位(ORP)作为过程控制参数尚未见文献报道．采用序批式活性污泥法(SBR)处理经缺氧/厌氧上流式厌氧污泥流化床(UASB)预处理的实际垃圾填埋场渗滤液研究过程发现，在SBR反硝化过程中，观察到明显的NO－2-N积累，因此本研究目的包括3方面:1)考察15.5～13.5℃低温条件下，不同初始ρ(NO－3-N)对反硝化过程亚硝态氮积累的影响;2)分析基于ORP曲线的硝酸盐和亚硝酸盐拐点作为判断硝态氮、亚硝态氮还原终点的可行性;3)研究n(C)/n(N)对硝态氮还原速率(rred，NO－3-N)、亚硝态氮还原速率(rred，NO－2-N)和亚硝态氮积累速率(racc，NO－2-N)的影响．1试验材料与方法1.1试验水质特性本试验序批式反应器的进水采用经缺氧/厌氧UASB预处理的实际垃圾填埋场渗滤液，缺氧/厌氧第10期孙洪伟，等:以ORP作为SBR反硝化过程亚硝态氮积累过程控制参数UASB反应器通过缺氧/厌氧生化反应实现有机物的去除，而SBR通过硝化－反硝化作用扮演N去除的主要角色．SBR进水水质:ρ(NH+4-N)=111.5～250mg/L;ρCOD=517.2～934.2mg/L;ρTP=0.9～5.7mg/L;ρalkinity=5.0～8.5g/L;pH=8.15～8.63．1.2SBR试验装置及运行程序SBR反应器为圆锥形，用有机玻璃制成，内径为200mm，外径为210mm，高度500mm．总有效容积为9L．在器壁上设置4个取样口，间距均为100mm．采用鼓风曝气．SBR反应器运行模式为瞬时—一次性进水—曝气(去除有机物，硝化)—搅拌(投加碳源，反硝化)—静止沉淀—排水．试验方案:SBR首先通过硝化作用实现硝态氮的积累，硝化结束时进行反硝化过程的研究．需要指出:1)甲醇作为SBR反硝化碳源，为不使碳源投加量