為了開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的生物脫氮工藝，在MBBR中進(jìn)行了短程硝化反硝化的研究，考察了水力停留時(shí)間HRT與pH對短程硝化反硝化的影響。結(jié)果表明，在短程硝化反硝化過程中，在室溫、不控制溶解氧的條件下，NH4+-N與COD去除率隨著HRT的延長而增大，出水NO2--N隨著HRT的延長先增大后減少，當(dāng)HRT為8 h時(shí)出水NO2--N最高；當(dāng)pH由5增加到10時(shí)，COD去除率的變化較小，NH4+-N去除率和出水NO2--N則隨著pH的增大先增大后減小，pH在8～9時(shí)對NH4+-N的處理效果最好，出水NO2--N最高。

隨著中國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，水資源受到了嚴(yán)重污染，水體富營養(yǎng)化問題尤為突出，廢水脫氮日益受到人們的重視。而傳統(tǒng)的生物脫氮工藝能耗高，反應(yīng)時(shí)間長，污泥產(chǎn)量高，針對目前的水污染狀況，開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的生物脫氮工藝迫在眉睫。與傳統(tǒng)的全程硝化反硝化工藝相比，短程硝化反硝化具有諸多優(yōu)點(diǎn)，它能耗低，可節(jié)省25%的耗氧量，污泥產(chǎn)量少，可節(jié)省碳源和占地面積。短程硝化反硝化是一種新型的可持續(xù)發(fā)展的脫氮工藝，是目前國內(nèi)外生物脫氮工藝研究的熱點(diǎn)。

移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（moving bed biofilm reactor，MBBR）工藝具有占地少、動(dòng)力消耗低、運(yùn)行操作管理簡單等優(yōu)點(diǎn)，本研究將MBBR工藝與短程硝化反硝化相結(jié)合，在自制的MBBR中研究了HRT與pH對短程硝化反硝化的影響。

1、Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

使用Clarktype微電極(Unisense，丹麥)測量整個(gè)生物膜深度內(nèi)溶解N2O和溶解氧(DO)濃度剖面，并連接皮安表(Unisense，奧爾胡斯，丹麥)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。氧氣微電極和N2O微電極的尖端直徑分別為50um和25um。在使用微電極測試生物膜之前，對每個(gè)微電極進(jìn)行了校準(zhǔn)。微操作器和微電極使用Sensor Trace Pro軟件精確控制微電極插入生物膜的位置(Unisense，丹麥)。在假定穩(wěn)態(tài)條件下，利用菲克第二擴(kuò)散定律，估算了各濃度分布下的平均CDO、N2O去除率。

2結(jié)果與討論

2.1反應(yīng)器的掛膜與啟動(dòng)

本試驗(yàn)所用填料為大連宇都改性生物懸浮填料，填充率為50%。采取快速排泥法進(jìn)行填料的掛膜，接種污泥取自沈陽南部污水處理廠，馴化后裝入反應(yīng)器開始運(yùn)行。經(jīng)過20 d的穩(wěn)定運(yùn)行，填料上長出一層褐色的生物膜，此時(shí)反應(yīng)器對COD的平均去除率達(dá)到85%，對NH4+-N的平均去除率達(dá)到65%，表明填料掛膜成功。試驗(yàn)保持進(jìn)水水質(zhì)不變，通過調(diào)控溶解氧實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化，待系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后對溶解氧不進(jìn)行控制。

2.2HRT對短程硝化反硝化的影響

2.2.1不同HRT時(shí)三氮的變化

在進(jìn)水pH為7.2左右的條件下，考察了不同HRT下NH4+-N、NO2--N、NO3--N的變化，結(jié)果：出水NH4+-N隨著HRT的延長而減少，當(dāng)HRT為8 h時(shí)，平均NH4+-N去除率由HRT為6 h時(shí)的82.16%增加到96.69%；HRT為10 h時(shí)，平均NH4+-N去除率為98.23%，可以看出HRT為8 h和10 h時(shí)的平均NH4+-N去除率變化不大。出水NO2--N隨著HRT的延長先增大后減小，當(dāng)HRT為8h時(shí)，出水NO2--N最高，平均為19.68mg/L，亞硝態(tài)氮積累率均值為75.15%；當(dāng)HRT增加到10 h時(shí)，出水NO2--N反而減少，平均為16.33mg/L，亞硝態(tài)氮積累率均值為69.53%。出水NO3--N隨著HRT的延長而增加，當(dāng)HRT由4 h增加到10 h時(shí)，平均出水NO3--N由2.62mg/L增加到6.26mg/L。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，HRT對短程硝化反硝化有著一定的影響。HRT越長，亞硝化菌氧化的NH4+-N總量就越多，產(chǎn)生的NO2--N也越多，所以亞硝氮的積累率隨著HRT的延長而增加。但當(dāng)NH4+-N去除率達(dá)到一定值后，再繼續(xù)增加HRT，出水NO2--N呈下降趨勢，這是因?yàn)榇藭r(shí)進(jìn)水中的NH4+-N已在系統(tǒng)能力范圍內(nèi)由亞硝化菌氧化掉，此時(shí)再增加HRT只能將更多的NO2--N氧化為NO3--N。

2.2.2不同HRT時(shí)有機(jī)物的去除情況

在進(jìn)水pH為7.2左右的條件下，考察了不同HRT下COD的變化。COD去除率隨著HRT的延長而提高，HRT為4 h時(shí)，平均COD去除率為63.89%，出水COD平均為150.12mg/L；HRT為6 h時(shí)，平均COD去除率上升到75.59%，出水COD平均為104.42mg/L；HRT為8 h時(shí)，平均COD去除率繼續(xù)上升到88.3%，出水COD平均為55.31mg/L；HRT為10 h時(shí)，平均COD去除率達(dá)到92.03%，出水COD平均為36.79mg/L。HRT為8 h和10 h時(shí)的出水COD分別達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級B標(biāo)準(zhǔn)和一級A標(biāo)準(zhǔn)，說明反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物去除情況良好。在MBBR中，較長的HRT有利于有機(jī)底物向生物膜表面?zhèn)鬟f，進(jìn)而使COD去除率隨著HRT的延長而增加。

2.3pH對短程硝化反硝化的影響

2.3.1不同pH時(shí)三氮的變化

在HRT為8 h的條件下，考察了不同pH下NH4+-N、NO2--N、NO3--N的變化，結(jié)果當(dāng)pH由5增加到9時(shí)，出水NH4+-N隨著pH的增大而減小，當(dāng)pH在8～9時(shí)出水NH4+-N最小，僅為0.1mg/L，平均NH4+-N去除率達(dá)到了97.68%；當(dāng)pH在9～10時(shí)，出水NH4+-N有所提高，平均為11.82mg/L，平均NH4+-N去除率降到76.22%。出水NO2--N隨著pH的增加先增大后減小，當(dāng)pH為8～9時(shí)出水NO2--N最大，平均為19.6 mg/L，當(dāng)pH為9～10時(shí)，平均出水NO2--N降到3.62 mg/L。

亞硝化菌的底物為游離氨，硝化菌以亞硝氮為基質(zhì)，隨著pH的提高，游離氨濃度逐漸提高，因此要提高亞硝氮積累率，需要控制適宜的pH，使游離氨濃度控制在亞硝化菌和硝化菌的抑制濃度之間。pH在8～9時(shí)，NH4+-N的去除效果最好，說明亞硝化菌在該pH范圍內(nèi)活性最高，比增長速率也最大。pH在5～6時(shí)，亞硝化菌活性受到嚴(yán)重抑制，pH在9～10時(shí)，堿性環(huán)境則抑制了微生物的生長。

2.3.2不同pH時(shí)有機(jī)物的去除情況

在HRT為8 h的條件下，考察了不同pH下COD的變化，隨著pH的變化，COD的去除穩(wěn)定，波動(dòng)較小，說明該MBBR短程硝化脫氮體系在去除有機(jī)物方面獨(dú)具優(yōu)勢，其抗pH沖擊能力較強(qiáng)，不同pH范圍平均COD去除率達(dá)到了83%，平均出水COD均在100mg/L以下，低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的二級標(biāo)準(zhǔn)。

2.4反應(yīng)器內(nèi)的生物相

在電子顯微鏡下對MBBR中的生物相進(jìn)行了觀察，結(jié)果表明，填料上的生物膜絮體密實(shí)，含有大量微生物菌膠團(tuán)。

2.5生物膜電鏡掃描

在短程硝化反硝化啟動(dòng)初期，以及最佳HRT及最佳pH下的穩(wěn)定運(yùn)行階段，對MBBR中的生物膜進(jìn)行了SEM表征，與啟動(dòng)初期相比，當(dāng)HRT為8 h和pH為8～9時(shí)，生物膜中菌落數(shù)量明顯升高，生物膜中微生物排列緊密。

3結(jié)論

（1）HRT對短程硝化反硝化的影響試驗(yàn)表明，出水NH4+-N隨著HRT的延長而減少，但NH4+-N去除率在HRT為8 h和10 h時(shí)相差不大，平均分別為96.69%和98.23%。出水NO2--N隨著HRT的延長先增大后減少，HRT為8 h時(shí)出水NO2--N最高，平均為19.68 mg/L；當(dāng)HRT增加到10 h時(shí)出水NO2--N反而減少，平均為16.33mg/L。COD去除率隨著HRT的延長而提高，HRT為8 h和10 h時(shí)的出水COD分別達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級B標(biāo)準(zhǔn)和一級A標(biāo)準(zhǔn)。

（2）pH對短程硝化反硝化的影響試驗(yàn)表明，當(dāng)pH由5增加到9時(shí)，出水NH4+-N隨著pH的增大而減小，當(dāng)pH在8～9時(shí)NH4+-N處理效果最好，平均NH4+-N去除率達(dá)到了97.68%；當(dāng)pH在9~10時(shí)，平均NH4+-N去除率降到76.22%。出水NO2--N隨著pH的增加先增大后減小，pH為8～9時(shí)出水NO2--N最大，平均為19.6mg/L；當(dāng)pH為9～10時(shí)，平均出水NO2--N降到3.62mg/L。隨著pH的變化，COD的去除穩(wěn)定，波動(dòng)較小，不同pH范圍平均COD去除率達(dá)到了83%，平均出水COD均在100 mg/L以下，低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的二級標(biāo)準(zhǔn)。

（3）觀察發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定后填料上的生物膜絮體密實(shí)，含有大量微生物菌膠團(tuán)；SEM表征結(jié)果表明，與運(yùn)行初期相比，HRT為8 h和pH為8～9時(shí)生物膜中的菌落數(shù)量明顯升高，生物膜中微生物排列緊密。