摘要：本**研究的目的是確定模擬高濃度工業廢水短程硝化過程中亞硝酸鹽積累的最優條件，降低了硝化過程中氧的需求總量，這樣可以大大地節約了曝氣量。選擇適宜的溶解氧濃度[do]和ph值研究亞硝酸鹽積累而不影響總氨氮的去除的可能性。
硝化反應在乙個2.5l活性汙泥反應器中執行，新增人工廢水模擬高濃度氨氮工業廢水。開始時ph為7.
85和溶解氧濃度5.5mg/l。反應器操作直到穩定執行取得了進水氨氮濃度為610mg n-nh4+/l的氨氮負荷率（nlr）3.
3kgn-nh4+/(
關鍵詞：硝化亞硝酸鹽積累活性汙泥溶解氧 ph
1、介紹
生物硝化－反硝化在廢水氨氮去除中使用最普遍的工藝，龍其城市汙水。該工藝在高濃度氨氮工業廢水處理的運用已經做了大量的研究。由於氨氧化需要大量氧氣，曝氣在該系統中是主要的成本。
硝化反應分兩步。第一步氨氮在氨氮氧化菌作用下轉化為亞硝酸鹽。第二步亞硝酸在氧化菌作用下轉化硝酸鹽（如圖1）。
氧化1mol氨氮，氨氮氧化菌需要1.5mol的氧氣，亞硝酸鹽氧化菌需要0.5莫爾氧氣。
完全硝化每mol氨氮中需要2莫爾的氧氣。這意味著短程硝化生成亞硝酸鹽氮，每mol氨氮僅需要1.5mol氧氣,暗示著短程硝化比完全硝化可以節約25％的氧氣。
在反硝化過程中硝酸鹽轉化為亞硝酸鹽，然後轉化為n2o3、n2o，最終生成氮氣。每一步都要消耗cod。如果考慮快速反硝化，短程硝化生成亞硝酸鹽等，縮短了硝化意味著反硝化需要總的cod量減少了，因為硝酸鹽轉化為亞硝酸鹽不需要cod。
由於上述原因短程硝化生成亞硝酸鹽有吸引力，因為它導致在硝化過程中需氧量減少，節約了曝氣量；後面反硝化減少了cod的需求。
為了取得了短程硝化生成亞硝酸鹽已經做了一些研究，但是那些成果適應於低濃度氨氮廢水。目前還沒有研究高濃度氨氮，主要的問題是高濃度亞硝酸鹽濃度，它會抑制硝化菌。
為了取得短程硝化有必要降低亞硝酸氧化菌的活性而不影響氨氮氧化菌的活性。必須採取一些措施確保氨氮氧化菌的培養有利條件。表1中動力學公式適合硝化菌，由於各個常數值不同，培養基濃度、溫度、ph值和do在不同時期對它們的活性的影響不同。
另外，ph值在每步影響培養基濃度，由於酸鹼平衡的發生了變化。
在那些變數中，基質濃度不是乙個執行引數，因為在廢水處理中它是乙個客觀變數。溫度對兩種型別細菌的生長率的影響不同：在高溫時氨氮氧化菌比亞硝酸氧化菌有更高的生長率。
在sharon工藝後這是真正思想。然而在大多數情況下溫度在整個反應器中是乙個不容易修改和控制的引數，主要是經濟角度考慮。因此ph值和do濃度是主要執行變數去控制系統。
這篇**的目的是研究ph值和do濃度在硝化過程中對亞硝酸鹽積累的影響，這樣的話，可以減少大量的曝氣量。而且本工藝在反硝化過程中額外地節約cod量。
nh4++3/2o2o2-+h2o+2h+ 氨氮氧化菌
n02-+1/2o2no3- 亞硝酸氧化菌
fig.1. 硝化中氨氮的轉換
動力學係數隨著溫度變化，這種關係在這裡沒有考慮。際生長率；μmax：最大實際生長率；ksh:
未電離基質飽和係數；kih：未電離基質抑制係數；[o2]：溶解氧濃度；e(ae/t):：
離解基質平衡常數，ae是啟用能量，t是絕對溫度。
2、材料和方法
2.1 試驗搭建
活性汙泥單元由乙個有效容積2.5l反應器和外部沉澱器組成（圖2）。通過調整空氣流量來控制曝氣達到所需要得溶解氧濃度。
通過加入濃度為80g/l的nahco3溶液自動控制ph值，nahco3溶液用作ph緩衝劑和硝化菌碳源。溫度保持在30℃，加入到反應器的汙泥來自於乙個執行了一年多的硝化活性汙泥反應器。
圖2：活性汙泥單元實驗啟動示意圖：（1）進水池，（2）進水水幫浦，（3）重碳酸鹽容器，（4）重碳酸鹽水幫浦，（5）ph值控制器，（6）ph儀表，（7）氣流管，（8）反應器，（9）反應器進水口，（10）反應器進水口，（11）反應器出水口。
啟動的反應器到穩定執行共執行了175天。水力停留時間為5.7小時，如果該系統維持兩天（4.
2個水力停留週期），可以認為取得了穩定執行。人工廢水的氨氮濃度為610mgn-nh4+/l，氨負荷率(nlr)為3.3kg n-nh4+/用自來水稀釋濃縮的人工廢水到所需要的濃度。
濃縮氨氮廢水（10gn-nh4+/l）的成分如表2所示。在試驗開始時，ph和do濃度分別保持在7.85和5.
5mg/l。
70天後穩定執行取得，去除率沒有太大的變化。啟動後，ph值和do濃度在逐步變化如表3所示。
圖3硝化單元啟動
第一步研究，在7.85－6.35範圍內逐步改變ph值，在各個ph值條件下有足夠的時間取得穩定執行。
這個研究結束後，反應器在ph值7.85下執行10天，為了恢復微生物的活性。最後，ph值在7.
85－9.05（基本範圍）內逐步變化。
ph的影響研究結束後，恢復反應器微生物的活性。第二步研究，do濃度在5.5－0.5mg/l內逐步變化。在每一條件下取得穩定執行。2
2.2 分析方法
氨氮分析使用離子選擇電子儀（檢測範圍95－12），硝酸鹽用220和275奈米的紫外線吸收測定，亞硝酸鹽用硫磺酸反應測定。do濃度用氧電子儀（ysi-95,ysi公司），氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽每天測定，溶解氧每天測兩次和生物量（vss）每三天測一次。
3、結果與討論
3.1 啟動
如圖3所示，氮負荷率（nlr）從0.3kgn-nh4+/增加到3.3kgn-nh4+/進水氨氮濃度從260 mgn-nh4+/l增加到610mgn-nh4+/l，進水量從3.
8l/d增加到10.6l/d。ph自動控制在7.
8至7.9之間。
在整個試驗中保持生物濃度6.3**ss/l，連續混合液流入（每天開始50）。如圖3所示，70天的氨氮負荷率和氨氮濃度保持不變，可以認為穩定執行取得了。
完全硝化取得了，即馴化階段結束（圖.4）
圖4氨氮濃度變化
3.2 ph影響
如圖5所示ph值影響試驗的結果。在酸性範圍ph值7.85-6.
45內(低於7.85)對硝化沒有影響，但低於6.35硝化完全抑制。
酸性範圍研究結束後，反應器在ph值7.85執行，為了恢復微生物的活性。恢復活性階段結束後，在正常ph值範圍裡研究ph值對亞硝酸鹽積累影響，可以觀察到在ph值7.
85-8.95內ph值沒有影響（見圖5），儘管在ph值在8.65和8.
95發生了亞硝酸鹽短暫積累。在ph值9.05，完全抑制硝化反應的發生，沒有亞硝酸鹽積累。
圖5 ph值對亞硝酸鹽積累的影響的示意圖
那些結果顯示在大的ph值範圍（ph6.45－8.95）內研究完全硝化會發生。
在ph低於6.45和高於8.95時，完全抑制硝化反應，沒有亞硝酸鹽的積累。
圖6總結了研究ph對亞硝酸鹽積累的結果。
圖6 ph值對氨氮氧化百分率和亞硝酸鹽積累的影響。（x）氨氮消耗百分率，
（●）亞硝酸鹽積累百分率。
在正常ph值內ph值的影響被預料到了，由於自由氨氮對氨氮和亞硝化氧化菌的抑制，正如以前報道。同行工作者解釋說在酸性ph值僅有亞硝酸鹽氧化菌被自由氮酸抑制。但是在本研究中兩菌種均受到抑制。
這意味著自由氮酸能產生抑制氨氮氧化菌的物質，但是以前還沒報道。
suthersan 和 ganczarcczyk發現在高的ph值亞硝酸鹽積累可以取得，建議通過控制ph可以引起亞硝酸鹽積累。在我們的研究中，短程亞硝酸鹽積累發生，龍其改變了ph設定值後，但是由於微生物的適應，在幾天後完全硝化發生了（如圖5）。連續培養和足夠的時間適應可以解釋在每個ph值試驗結束時不能取得亞硝酸鹽積累的原因。
這意味著長期用ph值作為乙個關鍵的引數不可能取得亞硝酸鹽的積累。
3.3 do影響
如圖7所示本系統在do值連續變化中系統的特徵，可以發現do濃度在5.7－2.7mg/l對亞硝酸鹽積累沒有影響。
在do值為1.7mg/l亞硝酸鹽短暫積累發生了。在do值為1.
4mg/l和0.7mg/l時，氨氮消耗相同，亞硝酸鹽積累增加。在do值為0.
5mg/l時，亞硝酸鹽積累和氨氮消耗量都減少了。
圖7 do濃度對亞硝酸鹽積累影響的示意圖
圖8概要了那些結果。每一點在各個條件下穩定執行取得的值。可以知道亞硝酸鹽在do值為1.7mg/l時亞硝酸鹽積累開始，在do值為0.7mg/l時最大，氨氮完全消耗了。
圖8 do濃度對氨氮氧化和亞硝酸鹽積累百分數的影響
（□）氨氮消耗百分比，（●）亞硝酸鹽積累百分比，每個值在各個條件下穩定執行取得的。
那些結果顯示在本研究條件下，長期執行系統12天（超過50個水力停留時間週期）在do值為0.7mg/l,至少65％的nlr以亞硝酸鹽形成積累和98％的氨氮消耗。根據化學計量法這個積累意味著著在硝化階段氧需求量減少17％（對照完全硝化需要2莫爾每莫爾氨氮消耗1.
67莫爾氧），它將減少曝氣量。正如前面所述，亞硝酸鹽積累意味著反硝化進一步節約了cod量。
4 結論
在ph值大範圍（在ph 6.45和8.95之間）內，完全硝化有可能發生。在ph值低於6.45和高於8.95硝化突然下降，氨氮氧化和亞硝酸氧化菌完全受到抑制。
do值在5.7～1.7mg/l硝化不受影響，但do為1.
4mg/l亞硝酸鹽積累發生，並且隨do濃度減少逐漸增加，但不會影響全部氨氮轉化。在do值研究內，最大亞硝酸鹽積累發生在do濃度為0.7mg/l時。
在do值為0.5mg/l時氨氮轉化受影響，意味著氨氮積累發生。
在本研究的條件下，至少65％nlr以亞硝酸鹽形式積累，98％氨氮轉化（保持12天do值為0.7mg/l）。根據化學計量法這意味著硝化階段可以減少17％氧需求量。
這個減少將節約曝氣量和在反硝化時進一步節約cod需求量。
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