周永莉，左椒兰，李 娟，苏子杰，徐明俊，付四立

（华中科技大学 环境科学与工程学院，湖北 武汉 430074）

短程硝化－反硝化 （short－cut nitrification and denitrification，SND）主要通过氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌在生理特性方面的差异实现控制。由于短程硝化－反硝化的核心是氨氧化菌的富集，因此研究的重点就在于如何实现亚硝酸盐的积累。

游离氨和低氧可以保证短程硝化反硝化的顺利进行［1］，这便是常常提到的pH值和进水氨氮浓度控制方法，其中游离氨控制方法，被证实能较有效地实现亚硝酸盐积累［2］。影响亚硝酸盐积累的因素较多，如温度、溶解氧（DO）、pH值、进水的氨氮浓度、污泥龄以及游离羟基浓度等。现有的研究大都认为亚硝酸盐的积累是短程硝化－反硝化实现的标志，但如果有足够的缺氧区，反硝化效果好，加之亚硝酸盐的反硝化速率快，那么亚硝酸盐的累积就无法表现出来，实现短程硝化－反硝化就没有必要一味追求“表观的亚硝酸盐积累”。

1 实验装置

氧化沟装置（见图1）由PVC材料制成，有效容积为25L，通过曝气来保持一定体积的好氧区和缺氧区；过渡池采用竖流式沉淀池，有效容积为9.5L；沉淀池采用辐流式沉淀池，有效容积为11L。

实验进水全部进入缺氧区，同时回流污泥也进入缺氧区，实验进水和回流污泥均采用蠕动泵控制；氧化沟内置2台推流泵，并在转角处放置曝气头；反应器出水流入过渡池，过渡池上清液流入沉淀池，下部沉淀物用作回流污泥，蠕动泵从过渡池抽取污泥。

图1 氧化沟工艺实验装置

2 材料与方法

2.1 实验用水及污泥

采用某食堂废水作为实验用水，并在污水中投加碳酸氢铵作为氮源，磷酸氢二钾作为磷源。该实验用水属于低碳氮比值（C／N）污水，平均C／N仅为3.23。每日水质范围如表1所示。表1中：ρ为质量浓度；NH＋－N为氨氮；TN为总氮；TP为总磷；COD为化学需氧量。实验接种污泥来自武汉市龙王嘴污水厂。

表1 原水水质

2.2 分析方法

实验测试用的主要方法和仪器如表2所示。

实验进水水样取自原水箱，出水水样取自沉淀池上清液，检测次数为启动后的运行天数（每天检测1次）。

表2 水质指标及检测方法

3 实验结果

实验分2个阶段：反应器在阶段Ⅰ接种好氧污泥，并控制好氧区平均DO从5.81mg／L逐渐降至1.0 mg／L以下，目的是让好氧污泥逐渐适应水质及低DO环境；阶段Ⅱ接种缺氧污泥，并控制好氧区DO平均在0.2～0.4mg／L，目的是启动低氧脱氮过程。反应器内水温通过温控装置控制在（24±1）℃，通过二沉池排泥，控制污泥停留时间（SRT）在20d左右，反应器内混合液悬浮固体浓度（MLSS）为（2 200±500）mg／L。反应器启动运行参数如表3所示，表中HRT为水力停留时间，AHRT为实际水力停留时间。

表3 反应器启动模式及相关参数

污水中有氧化还原反应，有好氧供氧关系，所以DO、氧化还原电位（ORP）、pH的变化规律可以间接反映污水处理过程，它们可以用作控制参数［3］。实验结果表明，反应器有较好的脱氮效果，第16天稳定后，脱氮率一直为70%以上，pH、ORP、DO的变化规律相似，重复实验，得到的结果相同，表明了各参数在实验中的指示作用。图2曲线显示，溶解氧较高时，异氧菌占优势，而后期好氧区稳定较低的溶解氧是SND实现的条件，也是标志之一。由于餐饮废水呈酸性，本实验前3天加入碳酸氢钠调节pH值（调整至大于7，以便淘汰磷酸盐菌（NOB）［4］之后，指示硝化结束的特征点“氨谷”［5－6］和硝酸盐峰交替出现，出现硝酸盐峰和亚硝酸盐峰 ，经过较大波动后（可能是亚硝酸盐反应速度快于硝酸盐反硝化速度的原因，pH曲线斜率增加所致），pH值稳定下来，并一直保持7.0～8.0之间，说明SND实现。实际上，系统中还有少量硝酸盐存留，是由回流污泥带来，所以不存在硝酸盐弓，SND消耗和产生碱度，pH值就能一直保持稳定［7］。

从图3中曲线趋势可以看出，好氧区ORP与缺氧区ORP变化趋势一致，前期好氧区、缺氧区ORP和pH值凹凸点相关，数据的重现性较好，ORP的反应较pH值稍前；反应后期，ORP（稳定在60mV左右，此处指好氧区的平均值）指示SND实验的进程，在这个过程中，原水进水水质较稳定，有机物含量变化不大，溶解氧稳定 ，系统SND实现后，ORP一直稳定，和其他反应器中的结果一样［8］。

图2 pH和DO变化规律

图3 pH和ORP变化规律

对反应后期的ORP和DO（稳定在0.2～0.4mg／L）进行线性分析，求得相关性曲线ORP＝58.498Ln（DO）＋152.08，相关性系数R2＝0.9079。ORP与DO表现了很好的相关性（和传统的脱氮模式相似［9］），同时也说明，溶解氧或ORP的控制有一致性［10］。

图4 COD去除量与TN去除量比

图4为COD去除量与TN去除量之间的关系图。可以看出，第16天C／N值开始稳定，21天的突跃点为曝气头被堵时的状况，COD去除量与TN去除量之比平均值为1.70，与之前研究相同［11］，比常规SND的去除1kg TN所需要的2.86kg COD的值要低［12］，以此认为，氧化沟内发生了短程SND现象。氧化沟具有较好的实现同步硝化－反硝化的条件［13－14］，重复实验，直接将氧化沟溶解氧控制在较低水平可得到相同的结论。

4 结论

（1）短程SND技术的实现，可以通过ORP、DO、pH、C／N来指示，四者均稳定，说明SND技术实现，而碳氮比值说明该工艺为短程脱氮。

（2）ORP稳定在60mV附近，溶解氧稳定在0.2～0.4之间，两者具有良好的相关性，相关性系数为0.907 9。

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