何争光，崔战胜，焦耀亮

（郑州大学水利与环境学院，河南郑州450001）

内回流比对内循环式多级A／O新工艺的脱氮影响

何争光，崔战胜，焦耀亮

（郑州大学水利与环境学院，河南郑州450001）

对比4种不同内回流比（50%，100%，150%，200%）时的化学需氧量（COD），N－N和总氮（TN）的质量浓度，通过改变单一因素内回流比进行平行实验，并在最优内回流比时，检测沿程各段反应池内N－N和N－N的质量浓度.实验结果表明：内回流比并不是越大越好，而是有一个适当的范围；内循环式多级A／O新工艺在处理低C／N比和高N－N污水方面，具有独特的优势，TN去除率可提高到80%以上；系统在内回流比为100%时，可以实现低费用、高去除率的效果；内回流比为100%时，可实现短程硝化反硝化.

内循环；多级A／O新工艺；高氨氮生活污水；内回流比

在国家十二五水专项中，重点对污水中的高氨氮进行治理研究.因此，如何实现高氨氮低C／N比情况下污水的稳定达标具有研究价值.为了在低能耗的情况下实现高效脱除氮，出现了多段进水A／O工艺.该工艺具有脱氮效率高、碳源利用充分、污泥产量少、基建费用低、运行费用省等优点.但是，该工艺处理高氨氮污水时，发现总氮（total nitrogen，TN）超标的问题.虽然提高反应器段数可以提高脱氮率，但这样也会增加系统的复杂性［1－3］.目前，我国对分段进水工艺的研究还较少，大多仍处于理论分析和计算机模拟阶段［4］.本文在多级A／O工艺的基础上，提出了内循环式三级A／O工艺系统，并研究该工艺对主要污染物的处理效果、各段对污染物的去除情况和其生物脱氮性能.

1 材料与方法

1.1 实验装置

内循环式三级A／O实验装置由有机玻璃制成，外形尺寸为360mm×350mm×350mm（长×宽×高），总容积为44L，有效池容为36L.实验装置示意图，如图1所示.反应器沿长度方向分成相等的3段，每段均包含一个缺氧区和一个好氧区，且其体积比均为2∶3.出水从反应器的最后一个好氧池自流进入二沉池，二沉池为竖流中进周出式，其有效容积为18L.其工艺平面示意图，如图2所示.

1.2 试验用水与接种污泥

表1 进水水质参数Tab.1 Water quality parameters of inflow water

图1 内循环式三级A／O工艺装置示意图Fig.1 Schematic diagram of internal cycle three－step A／O process

图2 内循环式三级A／O工艺平面示意图Fig.2 Plane schematic diagram of internal cycle three－step A／O process

1.3 试验水质分析项目及方法

从工艺装置中取样至100mL烧杯中，经沉淀后立即测量COD.用滤纸过滤后，测定N－N，TN，N－N和N－N，每1d测1组数据.COD，TN，N－N，N－N，N－N的质量浓度分别采用重铬酸钾法、碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法、纳氏试剂分光光度法、重氮偶合分光光度法和紫外分光光度法进行测量.

1.4 系统运行参数设置

采用的4组混合液内回流比分别是50%，100%，150%，200%.内回流比是指每一级的回流量与本级进水量之比，而且每组实验中各级回流比相同.在这4种工况下，运行稳定后分别连续取10d数据，一共40d，分别取样分析COD，N－N，TN这3种指标和系统沿程水质变化，考察内回流对系统去除效果的影响.

试验参数控制情况，如表2所示.表2中：r为内回流比；Q为流量；Q1∶Q2∶Q3为各级进水流量比；ρDO为溶解氧（DO）的质量浓度；N为污泥回流比；tHR为水力停留时间.

表2 试验参数控制情况Tab.2 Control of the experimental parameters

2 结果与讨论

2.1 混合液内回流对COD去除效果的影响

当混合液内回流比为50%，100%，150%和200%的情况下，内循环式三级A／O新工艺对COD的去除，如图3所示.图3中：ρCOD为COD的质量浓度；r为混合液内回流比；t为运行天数；ηCOD为COD的去除率；ηCOD，ave为COD的平均去除率.

在内循环式多级A／O新工艺的处理效果中，COD的去除率是有机物去除效果的一个重要表征指标.由图3（a）可知：在4种不同的混合液内回流比下，COD的去除率相差不大.由图3（b）可知：COD平均去除率大致相等.表明不同的混合液内回流比，对内循环式多级A／O新工艺的COD去除影响不明显，且它们的COD出水质量浓度都小于50mg·L－1，出水较稳定，4种工况下的出水COD的质量浓度都能满足一级A标准［5－6］.所以，通过提高混合液内回流比提高COD去除率这种做法并不科学.

图3 内循环式三级A／O新工艺对COD的去除情况Fig.3 COD removal efficiencies on internal cycle three－step A／O process

除此之外，混合液内回流比为50%时，COD的去除率偏低；回流比为100%，150%和200%时，COD去除率稳中有升，比内回流比为50%的情况略高.这是因为通过增大混合液内回流比，系统对有机物的降解能力有所提升，所以对COD的去除情况有所改善，但是并不能显著提高系统对总氮的去除率［7］.

2.2 混合液内回流对氨氮去除效果的影响

当混合液内回流比分别是50%，100%，150%和200%时，内循环式三级A／O新工艺对N－N的去除，如图4所示.图4中为N－N的质量浓度；r为混合液内回流比；t为运行天数为 N－N的去除率为N－N的平均去除率.

图4 内循环式三级A／O新工艺对N－N的去除情况Fig.4 N－N removal efficiencies on internal cycle three－step A／O process

由图4（a）可知：虽然系统在不同混合液内回流比时，进水N－N的质量浓度有所波动，但是出水N－N的去除效果较稳定.由图4（b）可知：在内回流比分别为50%，100%，150%和200%时，进水N－N质量浓度的平均值分别为75.31，72.14，73.12和72.10mg·L－1，出水N－N质量浓度的平均值分别为2.59，2.62，3.20和3.65mg·L－1，对应的N－N平均去除率分别是96.56%，96.38%，95.62%和94.93%.虽然进水有所不同，但是这4个工况氨氮的平均出水质量浓度均小于5mg·L－1.

2.3 混合液内回流对总氮去除效果的影响

当混合液内回流比分别为50%，100%，150%和200%时，内循环式三级A／O新工艺对TN的去除情况，如图5所示.图5中：ρTN为TN的质量浓度；r为混合液内回流比；t为运行天数；ηTN为TN的去除率；ηTN，ave为TN的平均去除率.

图5 内循环式三级A／O新工艺对TN的去除情况Fig.5 TN removal efficiencies on internal cycle three－step A／O process

由图5可知：在混合液内回流比分别是50%，100%，150%和200%时，进水TN质量浓度的平均值分别是77.73，76.28，76.16和76.43mg·L－1，出水TN质量浓度的平均值分别是20.83，11.38，13.66和15.28mg·L－1，去除率分别是73.20%，85.08%，82.06%和80.01%.系统的C／N比平均为4.5，属于低碳氮比生活污水.但是，当混合液内回流比为100%和150%时，出水TN分别为11.38和13.66 mg·L－1，都小于15mg·L－1，说明系统对碳源有一个较高的利用效率，反硝化效果较好.

当内回流比为100%和150%时，TN去除率相对内回流为50%时有大幅提高，TN去除率分别为85.08%和82.06%.原因可能有两方面：一方面，提高内回流可以提高污水经历硝化反硝化的次数，增加反硝化反应的时间，同时可以为反硝化提供更多的硝态氮，当有机碳源为某一特定值时，作为电子受体的硝态氮越多，电子供体与受体间的接触更多，反硝化也更激烈；另一方面，提高内回流可以提高缺氧池中的污泥浓度［3］，带入的内碳源也更多，反硝化菌可以利用内碳源进行反硝化反应，从而表现出提高TN的去除率［8］.

同时发现，当回流比为200%时，TN的去除率相对于内回流比为100%和150%时有所降低，只有80.01%.究其原因可能是，混合液内回流比的提高会带入更多的的溶解氧，氧还抑制硝酸盐还原酶的合成和活性，因为有些反硝化细菌必须在厌氧和有硝态氮存在的条件下，才能诱导合成硝酸盐还原酶［9－11］.Pbsz等［12］的实验结果证实，在进水中易生物降解碳源相对较少的情况下，缺氧区氧的存在对反硝化速率有非常大的影响，反硝化速率会显著降低［13－15］.混合液回流比的提高会让好氧区和缺氧区的水力停留时间变小，硝化菌和反硝化菌的反应时间变短使反应不是很充分，从而影响脱氮率［16］.

当混合液内回流比为100%时，分别测定了该新工艺沿程各段N－N和N－N的质量浓度的变化.分别取各段运行稳定后的平均值，结果如图6所示.图6中：ρave为N－N和N－N的质量浓度的平均值.

图6 各反应区的氮素浓度Fig.6 Nitrogen concentration of each reaction area

3 结论

重点研究了混合液内回流对内循环式多级A／O新工艺系统性能的影响.控制其他运行条件不变，通过改变混合液内回流比，对比分析不同内回流比时，COD，N－N，TN的质量浓度和100%内回流比时，N－N，N－N的质量浓度.得出以下5个结论.

1）内回流比为50%，100%，150%，200%时，COD平均去除率分别为89.34%，90.40%，90.96%和91.28%，COD的平均去除率都比较高，且出水都能达到一级A标准；COD的去除率随着内回流比的提高略有提高，系统对有机物的降解有所加强，但效果并不明显.

2）混合液内回流比分别为50%，100%，150%和200%时，N－N的平均去除率分别为96.56%，96.38%，95.62%和94.93%，去除率都比较高且出水都能达到一级A标准，但内回流比对N－N去除效果的影响不明显.

3）回流比为100%，150%时，TN的去除率从内回流比为50%时的73.20%分别提高到85.08%和82.06%.此时，出水TN也达到了一级A标准，TN去除率得到显著提高；回流比为200%时，TN去除率与100%和150%时相比有所降低，而且出水TN低于一级A标准.说明内回流比并不是越大越好，而是有一个适当的范围.

5）当混合液内回流比为100%时，缺氧池中反硝化作用虽然有所减弱，但是基本实现了短程硝化反硝化.说明该新工艺对于处理高氨氮生活污水有重要的意义，对后续工作中关于短程硝化反硝化的研究十分必要.

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Influence of Internal Reflux Ratio on Performance of a New Internal Cycle Multistage A／O Process

HE Zheng－guang，CUI Zhan－sheng，JIAO Yao－liang

（Department of Water Conservancy and Environment，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China）

COD，N－N and total nitrogen（TN）removal efficiencies were analyzed at four different internal reflux ratios（50%，100%，150%，200%），and parallel experiments were made by changing the single factor reflux ratio.The concentrations of N－N and N－N in the reactors along the process were detected at the optimal reflux ratio.The results showed that：the internal reflux ratio had an optimal value；the new internal cycle multistage A／O process had a unique advantage for the treatment of low C／N ratio and high N－N wastewater，and the TN removal efficiency could significantly increase to more than 80%；low cost and high removal efficiency could be obtained when the internal reflux ratio was 100%；short－cut nitrification and denitrification occurred when the internal reflux ratio was 100%.

internal cycle；new multistage A／O process；high－ammonia nitrogen wastewater；internal reflux ratio

黄晓楠 英文审校：刘源岗）

X 703.1文献标志码： A

1000－5013（2015）05－0546－06 doi：10.11830／ISSN.1000－5013.2015.05.0546

2015－05－28

何争光（1963－），男，教授，博士，主要从事水处理理论与技术的研究.E－mail：hezhengguang163＠163.com.

国家科技重大专项水专项资助课题（2012ZX07204－001－02）