梁劉艷，汪萍
（北京桑德環保集團北京國中生物科技有限公司，北京 101102）

　　摘要：采用SBR工藝，對廢水脫氮中的好氧反硝化現象進行了研究。試驗工序為：缺氧攪拌3h、曝氣8h、缺氧攪拌1.5 h、沉淀 1h、排水。當進水ρ（NH₄+－N）為 107 mg/L，ρ（COD_cr）為 700 mg/L時，好氧段 NH₄⁺－N的去除率達到53.3％，TN的去除占整個周期TN去除的71.23％，表明好再反硝化現象對整個周期的脫氮起著主要的作用。
　　關鍵詞：廢水；脫氮；好氧反硝化
　　中圖分類號：X703l 　文獻標識碼：A 　文章編號：1009－2455（2004）02－0033—03

A Study of Aerobic Dentrification in Dentrihcation of Wastewater
LIANG Liu－yan，WANG Ping
（Beijing Cuo zhong Biological Science and Technology Co，Ltd，Beijing Sound Environmental Protection Group，Beijing
101102 China）

　　Abstract：SBR process was used in studying the phenomenon of aerobic denitrification during the　denlmfication of wastewater.The test procedure was：anoxic mixing for 3 h，aerating for 8 h，anoxic mixing for　l.5 h，settling for 1 h and draining.When the ρ（NH₄⁺-N）and ρ（COD_Cr）of the influent water were 107 mg/L and　700 mg/L respectively，the removal rate of NH₄⁺-N in the aerobic section reached 53.3％ and the TN removal in　the said section accounted for 71.23％ of that of the whole cycle，which indicated that the aerobic denitrification played the main role in the denitrification in the whole cycle.
　　Key Words：wastewater；denitrification；aerobic denitrification

　　傳統理論認為生物脫氮過程是由硝化和反硝化兩個步驟組成，硝化是將氨氮轉化成硝態氮，由自養型硝化菌在好氧條件下完成；反硝化是將硝態氮轉化成氮氣，由異養型反硝化菌在缺氧或厭氧狀態下完成。但近幾年國外一些研究人員發現了打破以上傳統理論的現象——好氧反硝化現象，又稱同時硝化反硝化現象。對此，本實驗跟蹤了生物脫氮的過程，并研究了這種現象。

l 實驗方法

l.l 脫氮細菌的培養
　　本實驗的接種污泥取自高碑店污水處理廠，先以糞便水進行活化，然后逐漸添加人工配制的氨氮廢水和少量的玉米面水，氨氮濃度由低逐漸升高，每天曝氣 20 h，并進行進水和排水，直至進水氨氮的質量濃度提升到 100 mg／L，去除率達到 97％時結束對硝化茵的馴化。在此基礎上在曝氣段前、后分別增加缺氧攪拌段，進行反硝化菌的馴化，反硝化菌的馴化為1周，總馴化時間歷時5個月左右。
1.2 工藝流程
　　實驗用SBR處理氨氮廢水，處理流程為：人工進水→缺氧攪拌（3h）→曝氣（8h）→缺氧攪拌（1.5h）→沉淀（l h）→排水。SBR反應器直徑 D＝120 mm，高 H＝450mm，總有效體積為 4 L，ρ（MLSS）＝3800 mg／L，COD_CrNH₄⁺－N的容積負荷分別為 035，0.053 kg／（m3·d），COD_Cr，NH₄⁺－N的污泥負荷分別為0.92，0.014kg／（kg［MLSS」·d）。
　　脫氮菌馴化結束后，實驗每周期進水2L，排水2 L，待整個系統穩定后，開始研究好氧反硝化現象，此現象的研究歷時2周，每次實驗數據是在一個運行周期中連續定時取樣進行檢測，本實驗所用的數據是3次實驗檢測數據的平均值。
1.3 實驗水質
　　實驗用水為人工模擬高NH₄⁺-N廢水和玉米水混合之后的水。人工模擬的高氨氮廢水的配制是在自來水中加入必要的化學試劑，然后根據所需的濃度稀釋而成。
　　測得模擬高氟氮廢水的上清液中ρ（COD_Cr）=33 608 mg／L，ρ（BOD₅）= 20 000 mg／L，m（BOD₅）／m（COD_Cr）=0.6。
　　實驗進水水質：ρ（NH₄⁺－N）=107 mg／L，ρ（COD_Cr）= 700 mg／L，m（BOD₅）／m（COD_Cr）= 0.6。，m（N）／m（P）=12。
2 實驗結果與討論
　　在第一缺氧攪拌段、曝氣段每 l h 取樣一次，排水時測一次。整個曝氣階段ρ（DO）=2～3 mg／L，pH＝8～9。下面是3次實驗整個周期中不同時間點測定的各項數據的平均值，如表1所示。

表1 不同時間的出水情況							mg·L-1
工序	取樣時間／h	ρ（NH4+－N）	ρ（NO2-－N）	ρ（NO3--N）	ρ（Nx-－N）	ρ（CODCr）	ρ（TN）
第一缺 氧段	0	58.80	0.19	8.15	8.34	358.34	67.14
	1	56.00	0.06	6.02	6.08	293.99	62.08
	2	57.30	0.02	4.67	4.69	260.61	61.99
	3	58.80	0.02	3.45	3.47	249.20	62.27
	4	42.00	0.25	7.92	8.17	105.66	50.17
	5	38.60	0.23	5.85	6.08	74.11	44.68
	6	30.22	0.29	4.40	4.69	51.31	34.91
	7	27.38	1.56	6.26	7.82	46.42	35.20
	8	27.00	2.07	5.58	7.65	48.86	34.65
曝氣段	9	24.64	2.18	9.64	11.82	42.35	36.46
	10	22.40	1.92	13.55	15.47	40.72	37.87
	11	19.60	1.84	13.80	15.64	65.15	34.24
沉淀出水	13.5	18.20	0.29	10.70	10.99	42.90	29.19

2.1 氨氮的變化
　　NH₄⁺－N在缺氧攪拌段基本沒有變化，說明硝化反應必須要有氧才能進行。在第4～11h的曝氣狀態下，NH₄⁺-N濃度是逐漸降低的，這說明發生了硝化反應，而且降低主要是發生在曝氣的前3 h內，3 h后濃度降低的比較平緩。總去除率為82.99％。
2.2 硝態氮的變化
　　NO₂-N和NO3-N都在缺氧攪拌的前3h中濃度有所下降，這是由于缺氧反硝化的結果。在第4～11 h的曝氣狀態下，NO2--N和 NO3-－N的質量濃度之和由最初的3.47 mg/L上升到15.64 mg/L，增加量為 12.17 mg/L。如果沒有好氧反硝化現象，則其增加量應等于NH₄⁺-N的降低量，為39.2 mg/L,說明有 27.03 mg／L的氮在好氧階段“消失”，證明確實發生了好氧反硝化，而且可算出其占TN去除率的 71.23％，可見脫氮主要是發生在好氧反硝化階水可以算出整個周期的TN去除率為72.72％。
2.4 COD_Cr的變化
　　COD_Cr在缺氧攪拌期間的3 h內下降比較多，這是因為硝酸鹽反硝化時需要消耗有機物。在好氧反應中，可以看出 COD_Cr的下降主要發生在前3 h，而由上述分析可知好氧反硝化也主要發生在此階段，說明好氧反硝化同樣需要有機物，好氧反硝化菌是一種異養型好氧菌，曝氣3 h后，由于COD_Cr已經降到 51 mg／L，所以好氧反硝化現象也逐漸消失。此外，由于硝酸鹽的反硝化，COD_Cr在最后的2.5 h也有所下降。從出水看，COD_Cr的去除率為93.78％。
2.5 關于好氧反硝化的分析
　　對于好氧反硝化現象，文獻上已有報道。目前是從三個角度來分析的：①生物學角度：20世紀80年代研究人員發現了好氧反硝化菌，這些菌同時又是異養硝化菌，能夠直接把氮轉化成最終氣態產物，所以稱為好氧反硝化和異養硝化菌。與缺氧反硝化細菌相比，它的反硝化速率慢一些，但能較好適應缺氧好氧周期的變化^[2-3]。②生物化學角度：好氧反硝化的最大特征是好氧階段TN的損失，一方面可以由存在好氧反硝化菌來解釋，另一方面也可從生物化學的途徑來解釋。認為當外界環境呈酸性時，NH3 在硝化中會有少量中間產物N2，N₂0和NO放出，從而導致一部分TN損失，實際上不是反硝化脫氮，但人們往往卻將其歸于反硝化作用^[4-5]。③物理學角度：該理論是從宏觀環境影響微觀環境來解釋的，認為當DO濃度低、攪拌強度小、曝氣不均勻，往往會使污泥絮體內部呈缺氧或厭氧狀態，導致曝氣階段出現好氧反硝化現象。這種解釋使好氧反硝化現象用傳統的反硝化理論來解釋也可以理解了^[5-6]。此外，對于異養硝化菌生長快、產量高、所需DO低、能忍受更酸環境的這些特性，文獻中也有所報道6]。因此可以認為，異養硝化菌的發現在某種程度上正好解決了傳統硝化菌困擾生物脫氮研究的缺點。
　　上面對于好氧反硝化的第二種解釋，由于本實驗中pH值一直維持在8－9之間，所以此種解釋基本是可以排除的。對于第三種解釋，由于本實驗中DO也一直控制在2－3 mg／L之間，曝氣也比較均勻，所以即使污泥內部發生缺氧反硝化，它對于 TN 的去除貢獻也不會太大。因此可以確定反應器中存在部分好氧反硝化菌。

3 結論

　　通過跟蹤實驗，可得出以下結論：
　　①實驗發現了好氧反硝化現象，且此現象主要發生在曝氣期間的前3h中，需要消耗 COD_Cr,故分析認為好氧反硝化菌同時又是異養硝化菌。
　　②好氧反硝化的存在，使曝氣過程中TN的損失占整個過程中TN損失的71.23％，因此好氧反硝化對整個脫氮起著極其重要的作用。
　　③好氧反硝化的發現可使處理周期縮短、處理空間縮小、處理能耗降低，對于本實驗，由于排出水的NO_x^--N很低，所以可適當地將第一段的缺氧攪拌時間縮短；由于好氧反硝化主要發生在好氧段的前3h，所以也可以根據處理要求將曝氣段的時間適當縮短；此外，由于曝氣后剩余的NO_x^--N很低，也可將第二段缺氧攪拌時間縮短。
　　④由于在好氧段，TN去除率占整個過程總脫氮的71.23％，因此認為僅從物理學角度來解釋是不夠的，究竟在堿性條件下會不會發生生物化學現象，這尚需進一步研究確定。

參考文獻：
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