高浓度氨氮废水亚硝酸型与硝酸型脱氮的比较研究

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1、高浓度氨氮废水亚硝酸型与硝酸型脱氮的比较研究　　　　　常规的废水生物脱氮反应过程是硝酸型脱氮，即依次按下式进行：　　硝化反应　　　　　NH4++1.5O2=NO2-+2H++H2O　　　（1）　　　　NO2--+0.502=NO3-　　　　　　（2）　　反硝化反应　　　　　NO3-+2H（氢供给体--有机物）=NO2-+H2O　　　　　（3）　　　　　NO2-+3H（氢供给体---有机物）＝0.5N2+H2O+OH-　（4）　　亚硝酸型脱氮技术则是控制好氧池内仅进行亚硝酸反应，即式（1），在缺氧池

2、内进行NO2--N反硝化，即式（4）。由上式可以看出，从理论上，采用亚硝酸型脱氮，需氧量减少25％，碳源需要量减少约40％。因此，对于氨氮浓度高、碳氮比偏低的废水，采用亚硝酸型脱氮可提高反硝化效率及总氮去除率。　　但是，在实际应用中，对于某一种含氨氮废水，选择硝酸型脱氮还是亚硝酸型脱氮方式、两种方式实际脱氮效果的差异、如何保持处理工艺按照所确定的脱氮方式稳定运行等问题是工艺选择时所必须解决的问题。本文的目的是根据生物膜与活性污泥结合工艺对煤气、焦化和合成氨化工等含高浓度氨氮废水进行的试验研究结果，

3、对亚硝酸型和硝酸型生物脱氮的效果进行分析比较，以确定两种脱氮运行方式的实际效果及运行条件的控制。１试验工艺　　生物膜与活性污泥结合工艺流程如图1所示。在缺氧池内加入填料，使反硝化菌附着生长其上，不需要污泥搅拌设备；好氧池用活性污泥法。当以亚硝酸型生物脱氮方式运行时，由于NO2--N的毒性远大于NO3--N的毒性，因此在沉淀池后增设一后曝气池，以使出水中残留的NO2--N被氧化成NO3--N，避免NO2--N对受纳水体中水生物的毒害。以硝酸型生物脱氮方式运行时，则不需要后曝气池。　　试验废水有煤气、

4、焦化和合成氨化工等含高浓度氨氮的工业废水，氨氮浓度80～1000mg/L，CODcr浓度200～2900mg/L。重点对硝酸型脱氮和亚硝酸型脱氮两种运行方式的效果进行比较研究。2结果与讨论2.1曝气池氨氮负荷　　负荷是生物处理工艺的重要设计和运行参数之一，直接影响处理效果以及工艺设备的投资。图2是在相同的运行条件下，生物膜与活性污泥结合工艺分别按亚硝酸型硝化和硝酸型硝化方式运行时，曝气池内氨氮负荷与氨氮去除速率的关系的试验结果。由图2可看出，在低负荷条件下，硝酸型硝化与亚硝酸型硝化速率是相同的；当

5、氨氮负荷大于0.1kg/（kg[VSS]·d）后，随着氨氮负荷的增加，亚硝酸型硝化速率逐渐高于硝酸型硝化的速率。对于高浓度氨氮废水，曝气池的氨氮负荷通常比较高，采用亚硝酸型脱氮可以获得更高的硝化速率。　　图3是分别按亚硝酸型硝化和硝酸型硝化方式运行时，曝气池内氨氮硝化率随氨氮负荷变化的试验结果。试验结果表明，在低负荷情况下，氨氮几乎可完全被硝化；当氨氮负荷超过一定值后，氨氮的硝化率明显降低。由图3可见，采用硝酸型硝化时，曝气池氨氮负荷小于0.13kg[NH4+-N]/（kg[VSS]·d），氨氮硝

6、化率在98％以上；采用亚硝酸型硝化时洞样保持98％的氨氮硝化率，则曝气池内的氨氮负荷达到0.25kg[NH4+－N]/（kg[VSS]·d）。由此可见，采用亚硝酸型硝化，曝气池的氨氮负荷可增加近一倍，因此曝气池的容积可减小，从而降低投资和运行成本。2.2缺氧池硝态氮负荷　　硝态氮（NOX－N）是指与氧结合形式的氮，即NO2--N和NO3--N的总和。对于硝酸型脱氮反应，硝态氮即为NO3--N；对于亚硝酸型脱氮反应，硝态氮为NO2--N。在缺氧池内，反硝化效率与其硝态氮的负荷有关。图4是分别进行亚硝

7、酸型反硝化和硝酸型反硝化时，不同的硝态氮负荷条件下，NO2--N或NO3-－N反硝化率的试验结果。缺氧池内的反硝化率随着硝态氮负荷的增加而降低，但亚硝酸型反硝化率与硝酸型反硝化率的降低程度是不同的。由图4可见，在相同的硝态氮负荷下，NO2--N的反硝化率明显高于NO3--N的反硝化率。在同样保持98%以上的反硝化率情况下，对于NO2--N，负荷小于0.55kg[N02--N]/（m3.d）；而对于NO3--N测负荷应小于0.20kg[NO3--N]/（m3.d）。　　由此可见，在相同的条件下，要获

8、得相同的反硝化率，以亚硝酸型脱氮方式运行时，缺氧池的硝态氮负荷明显高于常规的硝酸型生物脱氮工艺；另一方面，在相同的硝态氮负荷情况下，亚硝酸型脱氮的反硝化率明显高于硝酸型脱氮的反硝化率。其原因一是反硝化反应过程短，即亚硝酸型脱氮只发生式（4）反应，而硝酸型脱氮则需进行式（3）和式（4）两个反应过程二是亚硝酸型脱氮所需碳源少，在碳源不足的情况下，被反硝化的NO2--N总量高于N03--N。因此，采用亚硝酸型脱氮，可获得较高的反硝化效率。2.3碳氮比　　由式（3）和式（4）可知，为了保证