好氧反硝化在短程硝化反硝化工艺中的作用研究
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WU Cheng2qiang1, 2 , YAN G Q ing3 , YAN G M in2
( 1. College of B iolog ica l and Environm en ta l Eng ineering, Z hejiang U n iversity of Technology, Hangzhou 310032, Ch ina; 2. R esea rch Cen ter for Eco2Environm en ta l S ciences, Ch inese A cadem y of S ciences, B eijing 100085, Ch ina; 3. D epa rtm en t of A u tom obile Eng ineering, J in ing V oca tiona l College of Technology, J in ing 272037, Ch ina)
中图分类号 : X703. 1 文献标识码 : C 文章编号 : 1000 - 4602 (2007) 23 - 0097 - 04
Role of Aerob ic D en itr if ica tion in Short2cut N itr if ica tion and D en itr if i2 ca tion Process
8. 3、TS为 1. 52 g /L 的条件下 ,氮浓度随时间的变 化如图 1所示 。
2 12 脱氮机理探讨 Frette经研究发现 ,其分离的一种好氧反硝化
菌在厌氧条件下还原 NO3- - N 为 N2 O 时所产生的 能量为还原 NO2- - N 的 3. 4倍 [ 1 ] ,因此某些好氧反 硝化菌可能更容易利用 NO3- - N 作为电子受体 。
反应的前 2 h,在氨氧化菌和 NO3- - N 还原菌 的作用下 , NO2- - N 浓度大幅度增加 ,其中氨氧化占 主导地位 ;反应 2 h后 ,体系中的 NO2- - N 浓度基本 稳定并略有下降 , NO2- - N 的还原速率与 NO2- - N 的生成速率相当 ,即 NO2- - N 的还原速率基本上等 于氨氧化速率和 NO3- - N 还原速率之和 。由此说 明 ,还原 NO2- - N 的好氧反硝化菌数量超过了还原 NO3- - N 的好氧反硝化菌数量 ,而且前者对溶解氧 有一定的适应期 ,适应后能够迅速还原 NO2- - N。
反硝化 ,采用蔗糖配水以提供还原 NO2- - N 的电子 2 结果与讨论
供体 。
211 SBR反应器的处理效果
1 12 批量试验
在 SBR反应器的运行过程中 , DO 浓度呈周期
所用接种污泥取自上述 SBR 反应器 ,试验装置 性变化 ,最高为 1 mg /L 左右 。此时 ,氨氮没有被完
为 500 mL的锥形瓶 ,锥形瓶内放置微孔曝气器 ,保 全氧化 ,但几乎全部转化为了 NO2- - N ,而 NO3- - N
20世纪 80 年代末以来 ,好氧反硝化现象和好 氧反硝化菌被发现并得到广泛的研究 ,成为目前脱
· 79·
第 23卷 第 23期 中 国 给 水 排 水 www. watergasheat. com
氮工艺的研究热点 [ 1～6 ] 。好氧反硝化菌可以利用 NO2- - N 或 (和 ) NO3- - N 作为电子受体 ,将其直接 还原为 N2 ,因此好氧反硝化菌的存在会对脱氮过程 产生积极作用 。
项目 均值
进水 / (m g·L - 1 )
COD
NH4+ - N
TN
3 275
1 794
2 194
COD 933
出水 / (m g·L - 1 )
NH4+ - N NO2- - N
508Biblioteka Baidu
488
TN 1 013
去除率 / %
NH4+ - N
TN
71. 68
46. 17
由表 1可知 ,短程硝化反硝化效果良好 ,对氨氮 的去除率达到了 71. 68% ,对 TN 的去除率达到了 46. 17%。通过计算发现 ,去除 1 g的 TN 仅需要消 耗 1. 93 g的 COD , 大大低 于传 统 A /O 脱 氮工 艺 的 [ 7 ] 。在好氧段总氮也得到了一定量的去除 ,说明 反应器内存在好氧反硝化菌 ,能够在好氧条件下进 行脱氮反应 。
g /L。当反应器进入缺氧段后立即进水 ,进水时间为
COD:重铬酸钾法 ; NH4+ - N: 水杨酸 —次氯酸
10 m in,缺氧结束后曝气进入好氧阶段 。由于渗滤 钠氧化法 ; TN: 过硫酸钾氧化 —紫外分光光度法 ;
液中可生化性有机物的含量低 ,为了实现短程硝化 NO3- - N、NO2- - N:离子色谱法 ; DO、pH:膜电极法 。
摘 要 : 采用 SBR 反应器处理垃圾渗滤液 ,研究了短程硝化反硝化过程中好氧反硝化的作 用 。结果表明 , SBR反应器的亚硝化效果良好 ,氨氮几乎完全被氧化为 NO2- - N;该系统的活性污 泥中同时存在能还原 NO3- - N 和 NO2- - N 的好氧反硝化菌 ,还原 NO3- - N 的好氧反硝化菌和氨氧 化菌的数量及其总活性高于 NO2- - N 氧化菌 ,这是 SBR 反应器能够长期维持亚硝化状态的重要原 因 ;有机物浓度越高则好氧反硝化速率越快 ,此时氨氮均被氧化为 NO2- - N ,当有机物浓度达到某 临界值时 ,好氧反硝化速率几乎保持不变 ;溶解氧浓度越低则好氧反硝化速率越快 ,释放出的 OH 会导致 pH值升高 。好氧反硝化对于维持和促进 SBR反应器的短程硝化反硝化具有重要的作用 。 关键词 : 短程硝化反硝化 ; 好氧反硝化 ; SBR
笔者采用 SBR 反应器处理含有高浓度氨氮的 垃圾渗滤液 ,在长污泥龄 、高 pH、低 DO 的操作条件 下进行了短程硝化反硝化研究 ,并通过批量试验探 讨了好氧反硝化的效率 ,以期为短程硝化反硝化工 艺的长期稳定运行提供指导 。
吹脱 。当不需要曝气时 ,采用磁力搅拌器搅拌以使 泥水充分混合 ,同时控制搅拌速度以避免过多的空 气被水体吸收 。在锥形瓶内接种污泥后 ,投加营养 源 (碳源 、含氮化合物 )并开始曝气 ,曝气 15 m in后 开始定时取样 。在好氧反硝化的批量试验中 ,一般 采用蔗糖 (600 mg /L )作为电子供体 。 113 进水水质
SBR反应器的进水采用 COD 为 4 000 mg /L 的 蔗糖配水与垃圾渗滤液按等比例混合而成 。所用
1 试验装置与方法
垃 圾渗滤液的水质 : COD 为 2 400 ～2 800 mg /L ,
111 SBR反应器
NH4+ - N为 3 100～3 800 mg /L , TN 为 4 100～4 800
在温度为 25 ℃、DO 为 8 ～9 mg /L、pH 值 为
图 1 氮浓度的变化 Fig. 1 Variation of nitrogen concentration
· 89·
www. watergasheat. com
吴成强 ,等 :好氧反硝化在短程硝化反硝化工艺中的作用研究
第 23卷 第 23期
SBR反应器每天运行 4 个周期 ,每个周期为 6 mg /L , pH 值为 8. 4 ～9. 0,碱度为 14 000 ～16 000
h,其中缺氧段为 1 h,好氧段为 5 h。反应器的有效 mgCaCO3 /L。
容积为 3. 2 L , HRT为 3. 2 d, 污泥 浓度 为 8 ～10 114 分析方法
证水体中溶解氧饱和及泥水混合均匀 ,同时也要控
< 10 mg /L。 SBR 反应器的平均进 、出水水质如表 1
制曝气强度不能太大 ,以免泥水溅出和水分被大量 所示 。
表 1 SBR反应器的运行结果
Tab. 1 Influent and effluent quality of SBR reactor
由图 1 可知 ,在 DO 饱和的条件下 ,体系中的 NO3- - N 和 TN 浓度逐渐降低 , NO2- - N 浓度先升 高后降低 ,表明体系中存在数量较多的硝酸盐还原 菌 ,能够在好氧条件下将硝酸盐还原为亚硝酸盐 。 一般而言 ,当溶解氧浓度较高时 ,传统的反硝化菌不 具有脱氮功能 ,而经同化吸收摄取的氮量有限 ,由此 推断污泥中存在能够还原 NO3- - N 或 NO2- - N 的 好氧反硝化菌 。
Abstract: The SBR was used to treat landfill leachate, and the role of aerobic denitrification in short2cut nitrification and denitrification p rocess was studied. The results show that the nitrosation effi2 ciency in the SBR is p referable, and ammonia nitrogen is comp letely oxidized to NO2- - N. The aerobic denitrifiers able to reduce NO3- - N and NO2- - N co2exist in the activated sludge, and the amount and total activity of the aerobic denitrifiers reducing NO3- - N and ammonia oxidizers are higher than those of nitrite oxidizers, which is an important reason why the SBR can maintain nitrosation. The organics signifi2 cantly increase the aerobic denitrification rate. Ammonia is oxidized to NO2- - N. The aerobic denitrifica2 tion rate keep s constant when the organic concentration reaches a critical value. A t the lower DO levels, the aerobic denitrification rate increases, and the released OH - can cause the rise of pH. Therefore, the aerobic denitrification p lays an important role in maintaining and p romoting the short2cut nitrification and den itrifica tion. Key words: short2cut nitrification and denitrification; aerobic denitrification; SBR
在 SBR 反应器的好氧阶段 , 氨氧化菌和还原 NO3- - N 的好氧反硝化菌是 NO2- - N 增加的主要 贡献者 ;亚硝酸盐氧化菌和还原 NO2- - N 的好氧反 硝化菌是使 NO2- - N 减少的主要贡献者 。这两类 菌的作用大小决定了 SBR 反应器在好氧阶段能够 产生的 NO2- - N 数量 。当氨氧化菌和还原 NO3- - N 的好氧反硝化菌占绝对优势时 , SBR 反应器处于稳 定的亚硝化状态 ,而大量 NO2- - N 还原菌的存在则 可以实现同步脱氮 。因此 ,体系中的 NO2- - N 含量 取决于硝化菌和好氧反硝化菌的数量或活性比例 。 在 SBR 反应器的长期运行中 , NO3- - N 的产生量极 少 ,由此推断好氧反硝化菌的数量大于硝化菌的 ,这 是 SBR反应器能够长期维持亚硝化状态的一个重 要原因 。
第
23卷 第 23期 2007年 12月
CH
中国给
INA WATER
水排水
& WASTEWATER
Vol. 23 No. 23 Dec. 2007
好氧反硝化在短程硝化反硝化工艺中的作用研究
吴成强 1, 2 , 杨 清 3 , 杨 敏 2
(1. 浙江工业大学 生物与环境工程学院 , 浙江 杭州 310032; 2. 中国科学院 生态环境 研究中心 , 北京 100085; 3. 济宁职业技术学院 汽车工程系 , 山东 济宁 272037)
( 1. College of B iolog ica l and Environm en ta l Eng ineering, Z hejiang U n iversity of Technology, Hangzhou 310032, Ch ina; 2. R esea rch Cen ter for Eco2Environm en ta l S ciences, Ch inese A cadem y of S ciences, B eijing 100085, Ch ina; 3. D epa rtm en t of A u tom obile Eng ineering, J in ing V oca tiona l College of Technology, J in ing 272037, Ch ina)
中图分类号 : X703. 1 文献标识码 : C 文章编号 : 1000 - 4602 (2007) 23 - 0097 - 04
Role of Aerob ic D en itr if ica tion in Short2cut N itr if ica tion and D en itr if i2 ca tion Process
8. 3、TS为 1. 52 g /L 的条件下 ,氮浓度随时间的变 化如图 1所示 。
2 12 脱氮机理探讨 Frette经研究发现 ,其分离的一种好氧反硝化
菌在厌氧条件下还原 NO3- - N 为 N2 O 时所产生的 能量为还原 NO2- - N 的 3. 4倍 [ 1 ] ,因此某些好氧反 硝化菌可能更容易利用 NO3- - N 作为电子受体 。
反应的前 2 h,在氨氧化菌和 NO3- - N 还原菌 的作用下 , NO2- - N 浓度大幅度增加 ,其中氨氧化占 主导地位 ;反应 2 h后 ,体系中的 NO2- - N 浓度基本 稳定并略有下降 , NO2- - N 的还原速率与 NO2- - N 的生成速率相当 ,即 NO2- - N 的还原速率基本上等 于氨氧化速率和 NO3- - N 还原速率之和 。由此说 明 ,还原 NO2- - N 的好氧反硝化菌数量超过了还原 NO3- - N 的好氧反硝化菌数量 ,而且前者对溶解氧 有一定的适应期 ,适应后能够迅速还原 NO2- - N。
反硝化 ,采用蔗糖配水以提供还原 NO2- - N 的电子 2 结果与讨论
供体 。
211 SBR反应器的处理效果
1 12 批量试验
在 SBR反应器的运行过程中 , DO 浓度呈周期
所用接种污泥取自上述 SBR 反应器 ,试验装置 性变化 ,最高为 1 mg /L 左右 。此时 ,氨氮没有被完
为 500 mL的锥形瓶 ,锥形瓶内放置微孔曝气器 ,保 全氧化 ,但几乎全部转化为了 NO2- - N ,而 NO3- - N
20世纪 80 年代末以来 ,好氧反硝化现象和好 氧反硝化菌被发现并得到广泛的研究 ,成为目前脱
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氮工艺的研究热点 [ 1～6 ] 。好氧反硝化菌可以利用 NO2- - N 或 (和 ) NO3- - N 作为电子受体 ,将其直接 还原为 N2 ,因此好氧反硝化菌的存在会对脱氮过程 产生积极作用 。
项目 均值
进水 / (m g·L - 1 )
COD
NH4+ - N
TN
3 275
1 794
2 194
COD 933
出水 / (m g·L - 1 )
NH4+ - N NO2- - N
508Biblioteka Baidu
488
TN 1 013
去除率 / %
NH4+ - N
TN
71. 68
46. 17
由表 1可知 ,短程硝化反硝化效果良好 ,对氨氮 的去除率达到了 71. 68% ,对 TN 的去除率达到了 46. 17%。通过计算发现 ,去除 1 g的 TN 仅需要消 耗 1. 93 g的 COD , 大大低 于传 统 A /O 脱 氮工 艺 的 [ 7 ] 。在好氧段总氮也得到了一定量的去除 ,说明 反应器内存在好氧反硝化菌 ,能够在好氧条件下进 行脱氮反应 。
g /L。当反应器进入缺氧段后立即进水 ,进水时间为
COD:重铬酸钾法 ; NH4+ - N: 水杨酸 —次氯酸
10 m in,缺氧结束后曝气进入好氧阶段 。由于渗滤 钠氧化法 ; TN: 过硫酸钾氧化 —紫外分光光度法 ;
液中可生化性有机物的含量低 ,为了实现短程硝化 NO3- - N、NO2- - N:离子色谱法 ; DO、pH:膜电极法 。
摘 要 : 采用 SBR 反应器处理垃圾渗滤液 ,研究了短程硝化反硝化过程中好氧反硝化的作 用 。结果表明 , SBR反应器的亚硝化效果良好 ,氨氮几乎完全被氧化为 NO2- - N;该系统的活性污 泥中同时存在能还原 NO3- - N 和 NO2- - N 的好氧反硝化菌 ,还原 NO3- - N 的好氧反硝化菌和氨氧 化菌的数量及其总活性高于 NO2- - N 氧化菌 ,这是 SBR 反应器能够长期维持亚硝化状态的重要原 因 ;有机物浓度越高则好氧反硝化速率越快 ,此时氨氮均被氧化为 NO2- - N ,当有机物浓度达到某 临界值时 ,好氧反硝化速率几乎保持不变 ;溶解氧浓度越低则好氧反硝化速率越快 ,释放出的 OH 会导致 pH值升高 。好氧反硝化对于维持和促进 SBR反应器的短程硝化反硝化具有重要的作用 。 关键词 : 短程硝化反硝化 ; 好氧反硝化 ; SBR
笔者采用 SBR 反应器处理含有高浓度氨氮的 垃圾渗滤液 ,在长污泥龄 、高 pH、低 DO 的操作条件 下进行了短程硝化反硝化研究 ,并通过批量试验探 讨了好氧反硝化的效率 ,以期为短程硝化反硝化工 艺的长期稳定运行提供指导 。
吹脱 。当不需要曝气时 ,采用磁力搅拌器搅拌以使 泥水充分混合 ,同时控制搅拌速度以避免过多的空 气被水体吸收 。在锥形瓶内接种污泥后 ,投加营养 源 (碳源 、含氮化合物 )并开始曝气 ,曝气 15 m in后 开始定时取样 。在好氧反硝化的批量试验中 ,一般 采用蔗糖 (600 mg /L )作为电子供体 。 113 进水水质
SBR反应器的进水采用 COD 为 4 000 mg /L 的 蔗糖配水与垃圾渗滤液按等比例混合而成 。所用
1 试验装置与方法
垃 圾渗滤液的水质 : COD 为 2 400 ～2 800 mg /L ,
111 SBR反应器
NH4+ - N为 3 100～3 800 mg /L , TN 为 4 100～4 800
在温度为 25 ℃、DO 为 8 ～9 mg /L、pH 值 为
图 1 氮浓度的变化 Fig. 1 Variation of nitrogen concentration
· 89·
www. watergasheat. com
吴成强 ,等 :好氧反硝化在短程硝化反硝化工艺中的作用研究
第 23卷 第 23期
SBR反应器每天运行 4 个周期 ,每个周期为 6 mg /L , pH 值为 8. 4 ～9. 0,碱度为 14 000 ～16 000
h,其中缺氧段为 1 h,好氧段为 5 h。反应器的有效 mgCaCO3 /L。
容积为 3. 2 L , HRT为 3. 2 d, 污泥 浓度 为 8 ～10 114 分析方法
证水体中溶解氧饱和及泥水混合均匀 ,同时也要控
< 10 mg /L。 SBR 反应器的平均进 、出水水质如表 1
制曝气强度不能太大 ,以免泥水溅出和水分被大量 所示 。
表 1 SBR反应器的运行结果
Tab. 1 Influent and effluent quality of SBR reactor
由图 1 可知 ,在 DO 饱和的条件下 ,体系中的 NO3- - N 和 TN 浓度逐渐降低 , NO2- - N 浓度先升 高后降低 ,表明体系中存在数量较多的硝酸盐还原 菌 ,能够在好氧条件下将硝酸盐还原为亚硝酸盐 。 一般而言 ,当溶解氧浓度较高时 ,传统的反硝化菌不 具有脱氮功能 ,而经同化吸收摄取的氮量有限 ,由此 推断污泥中存在能够还原 NO3- - N 或 NO2- - N 的 好氧反硝化菌 。
Abstract: The SBR was used to treat landfill leachate, and the role of aerobic denitrification in short2cut nitrification and denitrification p rocess was studied. The results show that the nitrosation effi2 ciency in the SBR is p referable, and ammonia nitrogen is comp letely oxidized to NO2- - N. The aerobic denitrifiers able to reduce NO3- - N and NO2- - N co2exist in the activated sludge, and the amount and total activity of the aerobic denitrifiers reducing NO3- - N and ammonia oxidizers are higher than those of nitrite oxidizers, which is an important reason why the SBR can maintain nitrosation. The organics signifi2 cantly increase the aerobic denitrification rate. Ammonia is oxidized to NO2- - N. The aerobic denitrifica2 tion rate keep s constant when the organic concentration reaches a critical value. A t the lower DO levels, the aerobic denitrification rate increases, and the released OH - can cause the rise of pH. Therefore, the aerobic denitrification p lays an important role in maintaining and p romoting the short2cut nitrification and den itrifica tion. Key words: short2cut nitrification and denitrification; aerobic denitrification; SBR
在 SBR 反应器的好氧阶段 , 氨氧化菌和还原 NO3- - N 的好氧反硝化菌是 NO2- - N 增加的主要 贡献者 ;亚硝酸盐氧化菌和还原 NO2- - N 的好氧反 硝化菌是使 NO2- - N 减少的主要贡献者 。这两类 菌的作用大小决定了 SBR 反应器在好氧阶段能够 产生的 NO2- - N 数量 。当氨氧化菌和还原 NO3- - N 的好氧反硝化菌占绝对优势时 , SBR 反应器处于稳 定的亚硝化状态 ,而大量 NO2- - N 还原菌的存在则 可以实现同步脱氮 。因此 ,体系中的 NO2- - N 含量 取决于硝化菌和好氧反硝化菌的数量或活性比例 。 在 SBR 反应器的长期运行中 , NO3- - N 的产生量极 少 ,由此推断好氧反硝化菌的数量大于硝化菌的 ,这 是 SBR反应器能够长期维持亚硝化状态的一个重 要原因 。
第
23卷 第 23期 2007年 12月
CH
中国给
INA WATER
水排水
& WASTEWATER
Vol. 23 No. 23 Dec. 2007
好氧反硝化在短程硝化反硝化工艺中的作用研究
吴成强 1, 2 , 杨 清 3 , 杨 敏 2
(1. 浙江工业大学 生物与环境工程学院 , 浙江 杭州 310032; 2. 中国科学院 生态环境 研究中心 , 北京 100085; 3. 济宁职业技术学院 汽车工程系 , 山东 济宁 272037)