摘要：生物氮去除（BNR）工艺是去除废水中低浓度氨氮最普遍的 方法 ，但是不适用于处理高浓度氨氮废水。本课题 研究 实际 工业 废水浓度为5000mgN-NH4+/L的氮容量生物法去除能力。实验法建立于两套污泥法，一个硝化活性污泥，另一个反硝化活性污泥。法处理实际工业废水450天，在这期间，它显示了氧化所用氨氮的能力在0.11和0.18gN-NH4+/（gVSS.d）。两个关键工艺评价参数：最大硝化速率（MNR）和最大反硝化速率（MDR）。MNR是在三个不同温度连续运行确定的：15℃、20℃和25℃，所得到的值分别为0.10、0.21和0.37g N-NH4+/（gVSS.d）。使用两种不同工业碳源取得了完全反硝化，一个主要为乙醇和另一个主要为甲醇。使用乙醇的MDR（0.64 g N-NOX-/（gVSS.d））是使用甲醇的MDR（0.11 g N-NOX-/（gVSS.d））大约6倍。

　　关键词：生物氮去除（BNR） 硝化 反硝化 两阶段污泥法

　　1 概述

　　各种各样人类活动产生大量氨氮废水：石化产品、化肥和食品工业、城市固体垃圾处理站点或者猪农场垃圾的沥出液。处理这类垃圾产生一系列环境 问题 ，其中水生物是最大的受害者，因为溶解水里的自由氨。

　　BNR工艺是去除废水中低浓度氨氮最普遍的方法，但是不适用于处理高浓度氨氮废水，使用更频繁的物化法，比如吹脱。生物处理高浓度工业废水主要问题是高浓度氨氮或者亚硝酸盐抑制硝化反应。但是从环境和 经济 观点来看，BNR工艺处理高浓度氨氮废水是一个引人注意的方法。

　　在设计生物废水处理厂要求氮去除中硝化和反硝化速率是关键参数。考虑到这个原因，非常由必要通过实验确定最大硝化速率（MNR）和最大反硝化速率（MDR），实验条件按照工业比例与处理厂相似。

　　本研究的目的是去确定对氨氮浓度5000mgN-NH4+/L实际工业废水的生物法处理法。这个浓度高于所查找的 参考 资料的浓度。

　　为了减少法总体积同时保证两阶段污泥较适宜，BNR使用不同尺寸。本论文采用了两个独立阶段法中的一个；第一阶段是硝化活性污泥阶段和第二阶段是反硝化过程。每个阶段由一个反应池和沉淀池组成，产生两个不同微生物菌种生长：硝化微生物和反硝化微生物。

　　为了处理低COD/N比率工业废水，有必要增加外加有机碳源。在反硝化过程中使用不同标准选择特殊外加碳源。首先，有必要考虑碳化合物产生最高MDR。已出版的参考资料给出了一些对照数据。一席作者提出乙酸比葡萄糖、甲醇、乙醇取得更高的速率。然而，其它作者用甲醇取得了与使用乙酸相接近的结果。一些参考资料显示乙酸比甲醇达到更高的速率，尽管其它论文显示相反的结果。

　　也有必要考虑外加碳源的成本和有效性。如果碳源是化学混合物（乙醇、甲醇和乙酸），它能以一定市场价格得到。如果计划建工业规模处理厂，外加碳源应该是便宜的，并且能产生足够的数量保证污水处理厂连续运行。使用含碳副产品能满足这些要求，它们被由工厂普遍产生的，但不认为是废物产品。

　　本论文主要研究两阶段污泥法硝化和反硝化阶段，目的为了确定MNR和MDR.。另外，温度对反硝化过程的 影响 ，和研究不同外加碳源对反硝化的影响。

　　2 材料和方法

　　2.1 废水说明

　　除了高浓度氨氮废水（N-废水），工艺还包括处理另一种工业废水，主要含有有机物（COD－废水），它有利于反硝化。然而，这种有机物不足够反硝化所有生成的硝酸盐。因此，要使用外加碳源。

　　表格2说明了两种实际工业废水基本组成。可以看到，在含氮废水中氨氮浓度范围为4000－6000mgNH4+/L，而含COD废水中COD浓度范围为1300－1500mgCOD/L。大多数这种有机物质是乙醇，因此很容易生物降解。含氮废水也包含了高浓度氯化物和硫酸盐阴离子。

　　2.2 外加碳源概述

　　两种外加碳源使用两工业加工副产品。第一种副产品是酒精饮料生产的混合废物。第二种副产品是化工厂的废物，甲醇、异丙基乙醇和丙酮构成。它主要成分是甲醇。表格3显示了两种副产品的成分。贯穿这篇论文，它们称为“乙醇混合物”（酒精饮料废物形成的）和“甲醇混合物”（化学废物形成的）。

　　处理厂每一个反应器都有在线传感器（溶解氧（DO）、pH、ORP、温度）连接到探测控制器上。所有控制器和水厂机械元件与一台PC相连接，尽管不同数据获取卡（先进技术PCL726、PCL813和PCLD885）。为了自动控制所有法，用C语言设计专门软件。根据以前软件设计，包括图形监控、数据备份、和关键工艺参数的控制（流量、pH、DO和温度）。pH控制根据ON/OFF法则扮演可靠的药剂师作用增加碳酸钠。DO控制根据 计算 机里设计的数值PID法则，它能修改空气流量，使用了一个大的流量计（Bronkhorst Hi-Tec，0－20Ln/min）。处理厂位于室内，通过加热、通风和空调来调节温度。

　　2.4 实验设置

　　实验工作在两级污泥中进行，处理厂分两个独立的阶段：硝化和反硝化。图1显示了处理平面图。含氮废水流进硝化活性污泥法，一个27L好氧反应池和一个沉淀池构成。好氧反应池自动控制pH在7.5。DO通过PID控制器保持在3mgO2/L。保持温度在20℃300天，然后改变温度在15℃30天，最害将温度控制在25℃。污泥停留时间（SRT）大约为25天。

　　水和污泥线

　　空气线

　　控制线

　　图1 处理厂布置图

　　硝化活性污泥法的流出量是反硝化活性污泥法的流进量1/3倍（图1）。其它两个是含COD 废水和外加碳源。反硝化阶段由一个27L缺氧反应池、一个15L曝气池和一个沉淀池构成。氮气在缺氧池生成，在曝气池中吹脱，因此有利于下一步沉淀。温度和好氧反应池相同。pH不用控制，它的值大约为8.0－9.0。SRT在15天左右。

　　氮负荷率（NLR），硝化和反硝化率定义为：的

　　（1）

　　（2）

　　（3）

　　HRT是水力停留时间，[VSS]reactor是生物量浓度，[N-NH4+]in是流进氨氮浓度，[N-NH4+]out是流出氨氮浓度，[N-NOX-]in是流进氮氧化物浓度以及[N-NOX-]out是流出氮氧化物浓度。

　　2.5 分析 方法

　　总悬浮固体（TSS）、挥发性悬浮固体（VSS）、污泥体积指数（SVI）、碱度和氨氮按照APHA’S标准方法进行分析。氯化物（Cl-）、硫酸盐（SO42-）、亚硝酸盐（NO2-）、硝酸盐（NO3-）和氟化物（F-）用WATERS量子4000E CE根据毛细管电泳作用进行分析。分析条件为20℃温度，15千伏负电源，在254纳米间接用UV检测和5分钟分析。