20世紀90年代，荷蘭研究者發(fā)現了一種全新的氮素轉化方式，即厭氧氨氧化，在厭氧氨氧化工藝中，短程硝化是至關(guān)重要的環(huán)節，因此如何實(shí)現短程硝化的快速啟動(dòng)和穩定運行已成為污水脫氮的研究熱點(diǎn)。目前，通過(guò)控制溫度(25～35℃)、低溶解氧(0.20～0.75mg?L－1)和pH(7.0～8.5)條件實(shí)現穩定的短程硝化已經(jīng)得到了中外學(xué)者的一致認可。短程硝化研究既有針對低濃度氨氮生活污水的處理，也有針對像垃圾滲濾液、污泥消化液、養豬廠(chǎng)廢水等高濃度氨氮工業(yè)廢水的處理，但針對紡織類(lèi)廢水的研究很少。項目對廣西某紡織廠(chǎng)的UASB出水進(jìn)行短程硝化，取得了較好的效果，達到工程應用的要求，為短程硝化在紡織類(lèi)廢水中的應用提供科學(xué)依據和技術(shù)支撐。

1、試驗材料與方法

1.1 試驗裝置

短程硝化采用SBＲ反應器，如圖1所示，反應器主體由PVC給水管切割粘接制成，尺寸為Φ160mm(內徑152mm)，高800mm，總有效體積14.5L，實(shí)際運行體積12L。反應器內設曝氣頭，通過(guò)間歇曝氣的方式控制溶解氧處于0.2～0.5mg?L－1;反應器內設加熱裝置，控制反應器溫度處于28～31℃;另外，反應器內設攪拌裝置，有利于泥水充分混合和溶解氧的均勻分布，保證各區域的反應條件盡可能一致。

1.2 試驗水質(zhì)與接種污泥

試驗進(jìn)水來(lái)自某紡織廠(chǎng)廢水處理的上流式厭氧污泥床(UASB)出水，水質(zhì)情況見(jiàn)表1，屬于低C/N比廢水。接種污泥取自同一個(gè)紡織廠(chǎng)廢水處理好氧池的硝化污泥，第一次接種后的污泥沉降比(SV30)為20%。

1.3 分析項目與測試方法

DO，雷磁JPB－607A便攜式溶氧儀;pH，雷磁PHBJ－260便攜式pH計;COD，微波消解法;氨氮，納氏試劑分光光度法;亞硝酸鹽氮，分光光度法;硝酸鹽氮，紫外分光光度法。

2、結果與討論

2.1 短程硝化的啟動(dòng)

系統啟動(dòng)期，反應器中加入試驗廢水，并接種硝化污泥，運行周期為12h(進(jìn)水0.1h，反應10h，沉淀1.4h，排水0.5h)，排水比為1∶3(每次排水4L，進(jìn)2L廢水和2L自來(lái)水)，反應階段持續攪拌并維持低氣量曝氣，控制溶解氧在0.2～0.5mg?L－1，啟動(dòng)加熱裝置，控制溫度在28～31℃。將ρ(NO2－－N)的快速增加作為判斷短程硝化是否啟動(dòng)的標志，試驗結果見(jiàn)圖2。

系統運行至第5周期，ρ(NO2－－N)開(kāi)始小幅上升，第7～10周期快速增至30mg?L－1，從第7周期起連續4個(gè)周期內均監測到了穩定的亞硝態(tài)氮的累積，并且亞硝態(tài)氮生成速率達到了2.1mg?(L?h)－1，表明氨氧化菌(AOB)開(kāi)始適應新的環(huán)境且活性逐漸增強，短程硝化反應快速啟動(dòng)成功。原因可能為:一方面，接種污泥取自同一個(gè)紡織廠(chǎng)廢水處理好氧池的硝化污泥，本身含有一定量的AOB，而實(shí)驗廢水來(lái)自同一個(gè)紡織廠(chǎng)廢水處理的UASB出水，有利于AOB活性的恢復并且快速增殖;另一方面，DO低時(shí)，AOB和亞硝態(tài)氮氧化菌(NOB)的活性下降，所以初期氨氮的去除率很低;但AOB對DO的親和力大于NOB，在DO＜0.5mg?L－1下，更有利于AOB生長(cháng);Bernet等研究發(fā)現當DO＜1.0mg?L－1時(shí)，AOB與NOB的增殖速率都會(huì )隨著(zhù)DO降低而減小，但NOB增殖速率相對AOB下降更顯著(zhù);有研究表明游離氨(FA)對NOB的抑制濃度為0.1～1.0mg?L－1，對AOB的抑制濃度為10～150mg?L－1，NOB更容易受到FA的抑制;以上因素有利于AOB活性快速恢復并逐漸增殖成為優(yōu)勢菌群，并且抑制NOB的生長(cháng)，短程硝化得以快速啟動(dòng)。

在這期間，污泥濃度(MLSS)幾乎沒(méi)有變化，分析認為可能是系統淘汰NOB的速率與AOB增殖的速率達到了一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。

2.2 短程硝化穩定運行

進(jìn)水不再添加自來(lái)水，其它運行條件不變。將亞硝態(tài)氮生成速率持續穩定在18mg?(L?h)－1以上作為短程硝化是否達到工程應用的指標，試驗數據見(jiàn)圖3。

進(jìn)水氨氮濃度在300～500mg?L－1間，試驗第11～27周期氨氧化速率和亞硝態(tài)氮生成速率均在穩步升高，第27周期后趨于穩定，平均氨氧化速率達到20.46mg?(L?h)－1，平均亞硝態(tài)氮生成速率達到19.04mg?(L?h)－1，平均污泥負荷達到0.24kg(NO2―N)(kgMLSSd)－1，認為達到了工程應用的要求。從圖中可知氨氧化速率略大于亞硝酸態(tài)氮生成速率，這和系統中有少量的硝態(tài)氮生成相符，表明系統中存在少量的NOB，有少部分的亞硝態(tài)氮被氧化成硝態(tài)氮;同時(shí)發(fā)現氨氧化速率與亞硝酸鹽氮生成速率的差值隨著(zhù)時(shí)間的推移有增加的趨勢，這和魏琛等研究發(fā)現短程硝化系統穩定運行一段時(shí)間之后，NOB能夠逐漸適應短程硝化條件，恢復活性的結論相符，所以在工程化應用中，應該根據AOB和NOB不同的生命周期，確定合適的污泥齡，抑制NOB的生長(cháng)。此階段污泥SV30從20%上升到40%，污泥濃度達到2385mg?L－1，說(shuō)明系統內AOB經(jīng)過(guò)快速增殖后，逐漸穩定成為優(yōu)勢菌群。

2.3 短程硝化終點(diǎn)分析

在基于短程硝化速率約20mg?(L?h)－1的條件下，研究第36～45周期中氨氮去除率、DO和pH的變化關(guān)系，發(fā)現在氨氮去除率達到90～95%時(shí)，繼續曝氣，DO呈現迅速上升的趨勢，突破0.5mg?L－1后，短短的7min即可達到1.0mg?L－1，12min可達到1.5mg?L－1，繼續過(guò)曝氣1h，將升高至6.0mg?L－1;而pH在整個(gè)反應過(guò)程呈現先下降后上升的趨勢，且pH上升拐點(diǎn)與DO突然增加在時(shí)間上呈現重疊性，楊輝等研究認為這是短程硝化反應結束的標志。

由圖4可以看出，在短程硝化反應快結束時(shí)，系統pH有一定程度的降低，繼續曝氣將會(huì )出現DO大幅度升高以及pH升高的現象;DO大幅度升高是因為短程硝化到達反應終點(diǎn)時(shí)，系統內的氨氮在AOB的作用下近似認為全部轉化為了亞硝態(tài)氮，而反應器經(jīng)過(guò)長(cháng)期的生物選擇，NOB的量很少，此時(shí)系統需要的溶解氧量趨于0，繼續曝氣必然導致水中DO快速升高。在反應沒(méi)有達到終點(diǎn)時(shí)，pH值呈下降趨勢，這是因為短程硝化需要消耗堿度，一旦反應到達終點(diǎn)，無(wú)需消耗堿度，而過(guò)曝氣會(huì )吹脫水中的CO2，pH值反而上升，王淑瑩等將過(guò)曝氣情況下pH值升高的現象稱(chēng)之為“氨谷”。工程應用中，可以通過(guò)亞硝態(tài)氮生成速率預判反應終點(diǎn)，而通過(guò)實(shí)時(shí)監測DO和pH的變化準確判定反應終點(diǎn)。

2.4 短程硝化重啟

第45周期后將系統閑置30天，此時(shí)是南方冬季，室溫在10～18℃之間;30天后重新啟動(dòng)系統，在未開(kāi)啟加熱裝置時(shí)，對系統進(jìn)行低氣量曝氣，發(fā)現系統DO迅速升高，難以控制在0.2～0.5mg?L－1;開(kāi)啟加熱裝置控制溫度在25～28℃后，再進(jìn)行曝氣則DO較易控制在0.2～0.5mg?L－1，反應器可以穩定運行，經(jīng)過(guò)8周期的運行，亞硝態(tài)氮生成速率即達到19mg?(L?h)－1;表明系統內菌群轉入內源呼吸以后，大部分AOB還可以存活30天以上，且依然是優(yōu)勢菌群，環(huán)境適宜時(shí)，AOB的活性可以迅速恢復并增殖。

3、結論

1)控制SBＲ短程硝化反應器DO為0.2～0.5mg?L－1、溫度為8～31℃、pH為7.0～8.5時(shí)，進(jìn)水氨氮濃度在300～550mg?L－1，經(jīng)過(guò)29周期的運行，污泥濃度達到2385mg?L－1，氨氧化速率達到20.0mg?(L?h)－1，亞硝態(tài)氮生成速率達到19.0mg?(L?h)－1，系統成功啟動(dòng)并且穩定運行，可以達到工程化應用的要求。

2)短程硝化到達終點(diǎn)時(shí)，pH上升拐點(diǎn)與DO突然增加在時(shí)間上呈現重疊性，工程應用中，可以通過(guò)亞硝態(tài)氮生成速率預判短程硝化終點(diǎn)，而通過(guò)DO的突增以及pH由下降轉為上升的拐點(diǎn)準確判定短程硝化終點(diǎn)。

3)短程硝化污泥閑置30天，AOB不會(huì )大量死亡，環(huán)境適宜時(shí)，AOB可迅速恢復活性。（來(lái)源：廣西春暉環(huán)保工程有限責任公司，廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院）