活性污泥法中硝化反应动力学研究

王学艳，谢永军，邵玉玲

(1.齐齐哈尔水文局水环境分中心，黑龙江齐齐哈尔 161005;2.齐齐哈尔水文局浏园站，黑龙江齐齐哈尔 161005)

1 研究意义及现状

近年来国内外学者对污水生物脱氮工程实践中暴露出的问题和现象进行了大量理论和试验研究，并提出了一些新的观点和方法。对于反硝化菌，无论是NO2－还是NO3－均可以作为最终受氢体，因而整个生物脱氮过程也可以经NH+4→HNO2→N2这样的途径完成。早在1975年Voet就发现在硝化过程中HNO2积累的现象并首次提出了短程硝化—反硝化生物脱氮(Short cut nitrification－denitrification，也可称为不完全或称简捷硝化—反硝化生物脱氮)，随后国内外许多学者对此进行了试验研究。这种方法就是将硝化过程控制在HNO2阶段而终止，随后进行反硝化。然而，近年来国内外有不少实验和报道都证明存在有同步硝化反硝化现象(Simultaneous Nitrification and Denitrification，简称SND)，即硝化与反硝化反应同时发生在反应器的同一部位。尤其是有氧条件下的反硝化现象(Aerobic Denitrification)确实存在于各种不同的生物处理系统，如:生物转盘，SBR、氧化沟等。

2 研究目标、研究内容

2.1 研究目标

通过对污泥法中硝化反应各方面的因素控制，实现对硝化反应动力学研究的量化分析。

2.2 研究内容

氨基酸脱下的氨，在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸，这称为硝化作用。由氨转变为硝酸分2步进行:

主要从以下方面研究污泥法中硝化反应动力学:

1)pH 值，预计设置了3，5，7，9，11五个梯度进行对照研究，找出硝化反应的最适pH值;

2)基质浓度，通过设定水力停留时间，24 h内分别进水4 L，8 L，12 L，16 L，20 L来调整基质浓度，测定反应速度，依据Monod方程，用Lineweaer－Burk图解法，求出最大反应速度及米氏常数，得到亚硝化反应和硝化反应的米氏方程。

3)温度，选取10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃6组数据进行研究，得到硝化反应的最合适温度;

4)进水浓度，分别设置了250 mg/l和500 mg/l两种浓度进行实验。

最后，通过各种因素的综合分析，对污泥法中硝化反应动力学研究进行量化分析，达到目的。

3 拟采取的技术路线、研究方案

3.1 技术路线

技术路线详见图1。

图1 研究技术方案

3.2 研究方法及实验方案

3.2.1 分析项目和方法

4 结论

通过研究控制各种因素，实现硝化反应的量化分析(但其中的一些因素不易控制，例如时间，pH等值的不精确，但是通过一些方法的实施，使其达到要求，例如使用加热棒实现对温度的控制，配置缓冲液对pH值的控制，调整水力停留时间实现对基质浓度的控制等)，揭示硝化反应(包括氨氧化反应和亚硝酸盐氧化反应)的动力学，以期为生物法脱氮的实际工程提供理论依据，实现国民经济的可持续发展。分析方法及实验方案见表1。

表1 分析方法及实验方案

3.2.2 实验装置

实验装置详见图2。

图2 试验装置图

［1］孟军，宫正.炭管膜曝气生物膜反应器亚硝化的启动试验研究［D］.中国环境科学，2008，28(1):87－91.

［2］王海燕，葛建团.亚硝化/电化学生物反硝化全自养脱氮工艺研究［D］.环境科学学报，27(3):375－385.

［3］魏琛，罗固源.FA和pH值对低C/N污水生物亚硝化的影响［J］.重庆大学学报(自然科学版)，2006，29(3):124－127.

［4］魏琛，罗固源.DO对低C/N比污水生物亚硝化的影响分析［J］.重庆建筑大学学报，2007，29(1):81－84.

［5］李宏，魏琛.高浓度含氮废水亚硝化SBR工艺的动力学模型［J］.重庆大学学报(自然科学版)，2007，30(8):70－74.