城市污水處理過程中不同形態(tài)氮類營養(yǎng)物的轉(zhuǎn)化工藝

城市污水中的氮類營養(yǎng)物可分為有機氮和無機氮兩大類，其中有機氮可分為:顆粒態(tài)有機氮(PON)和溶解態(tài)有機氮(DON)2種;無機氮包括氨氮(NH3-N)?硝態(tài)氮(NO3-N)和亞硝態(tài)氮(NO2-N)。污水進入二級生物處理系統(tǒng)(AAO?氧化溝?SBR等)后，無機氮元素在硝化/反硝化細(xì)菌作用下轉(zhuǎn)化環(huán)境工程學(xué)報第9卷成N2 排出系統(tǒng)[1]。隨著我國水環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)惡化[2]，已有的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對污水廠出水總氮排放量的控制愈加嚴(yán)格[3];為此研究人員針對污水處理工藝和系統(tǒng)操作參數(shù)進行大量的研究并進行了改進與優(yōu)化，確保處理水總氮指標(biāo)能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[4-6]，但對處理水中氮營養(yǎng)鹽的賦存形態(tài)卻少有研究。與此同時，污水廠進水中的有機氮?無機氮在污水處理過程中不同工藝單元內(nèi)的去除規(guī)律和轉(zhuǎn)化特性，迄今為止鮮有文獻(xiàn)報道。

　　基于此，本文以采用A/A/O生物處理工藝的西安市某污水處理廠為研究對象，通過對污水處理工藝過程中氮元素賦存形態(tài)進行分析，以期揭示氮元素在污水處理過程中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，對今后污水處理廠出水TN排放指標(biāo)的進一步控制具有理論參考意義。

　　1 研究方法

　　1.1 分析方法

　　該實驗所用水樣取自西安市第五處理廠，該水廠采用A/A/O處理工藝，處理規(guī)模約每天20萬t，生物池采用微孔曝氣，有效水深8.0m，生物池水力停留時間16.5h(其中厭氧池2h，缺氧池5.5h，好氧池9h)。污水廠處理流程以及取樣點如圖1所示。此次研究選擇細(xì)格柵出水作為系統(tǒng)總進水，二沉池出水作為總出水。

　　污水中不同形態(tài)氮營養(yǎng)物組分之間關(guān)系如圖2所示，其中顆粒態(tài)氮(particulatenitrogen，PN)和溶解態(tài)氮(dissolvednitrogen，DN)用孔徑為0.45μm濾膜區(qū)分。溶解態(tài)氮又包括溶解態(tài)有機氮(dissolve-dorganicnitrogen，DON)和溶解態(tài)無機氮(dissolvedinorganicnitrogen，DIN);顆粒態(tài)氮包括顆粒態(tài)有機氮(particulateorganicnitrogen，PON)和少量吸附在顆粒上的溶解態(tài)氮，稱為吸附性氮(adsorptionofni-trogen，AN)。

　　取500mL污水，首先混勻后測量污水總氮(TN1)和SS，再取100mL水樣用0.45μm濾膜過濾，得到濾液和濾渣兩部分。測量濾液中的總氮(TN2)和總無機氮(TIN)，包括NH+4 -N?NO-3 -N和NO-2 -N。將濾渣用純水洗脫到100mL的錐形瓶中，在25℃?200r/min下震蕩2h，再5000r/min離心5min[7]，zui后定容到100mL，過0.45μm濾膜，測量濾液中的TN3?NH+4 -N?NO-3 -N和NO-2 -N，濾液中的氮叫做吸附性氮(AN)。

　　PN=TN1 -TN2 DN=TN2 AN=TN3

　　PON=PN-AN DON=TN2 -TIN

　　TN?NH+4 -N?NO-3 -N和NO-2 -N的測量均采用北京譜析通用儀器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的TU-1901雙光束紫外可見分光光度計，測量方法均采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第4版)上的標(biāo)準(zhǔn)方法，使用試劑均為標(biāo)準(zhǔn)方法上要求的優(yōu)級純試劑。

　　沉淀泥中總氮包括PON和一部分吸附在顆粒表面的AN。取曝氣沉砂池和初沉池的沉淀物，在50℃下恒溫烘干，研磨成粉末狀，稱0.2g，分成2等份。第1部分加入50mL的水，移到100mL的錐形瓶中，在25℃?200r/min下震蕩2h，再5000r/min離心5min，zui后定容到100mL，過0.45μm濾膜，測量濾液中的TN?NH+4 -N?NO-3 -N和NO-2 -N。這部分氮為吸附性的氮(AN)，其中DON=TN-NH+4 -NNO-3 -N-NO-2 -N。第2部分溶于50mL的水，用凱氏定氮法測量凱氏氮(KN)。PON=KN-NH+4 -N-DON。

　　1.2 實驗室模擬實驗

　　建立反應(yīng)器(見圖3)，選擇與污水廠相同的工藝參數(shù)，模擬溶解性有機氮在生物反應(yīng)池中的降解。取回流污泥作為反應(yīng)器接種泥，反應(yīng)器內(nèi)污水取自初沉池出水，調(diào)節(jié)MLSS在4000~5000mg/L之間。

　　在恒溫條件下分3個階段運行，分別是厭氧條件下反應(yīng)2h，缺氧條件下反應(yīng)5.5h，好氧條件下反應(yīng)9h，在反應(yīng)過程中要持續(xù)攪拌。厭氧過程結(jié)束后(2h)，向反應(yīng)器中加入大約10mg/LKNO3，并且在好氧段開始時，打開曝氣裝置，使容器中溶解氧達(dá)到2mg/L以上，以模擬整個A/A/O處理過程。取樣時間如圖3所示，并用0.45μm濾膜過濾，測量TN?NH+4 -N?NO-3 -N和NO-2 -N。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 一級處理系統(tǒng)中氮營養(yǎng)物的分布

　　2.1.1 污水中氮組分分布

　　從表1可以看出，進水總氮含量為(80.52±1.4)mg/L，PN和DN含量分別為41.24mg/L和39.28mg/L，比例分別為51.24%和48.78%。不同形態(tài)氮類營養(yǎng)物分布如表1所示，其中DIN是DN的主要成分，比例占93.2%(36.61mg/L)，其中以氨氮為主。而DN中有機氮(DON)含量很少，僅有2.67mg/L。PN主要由PON組成，所占比例高達(dá)96.58%，其余3.42%為AN。AN主要有硝態(tài)氮和DON，分別占AN的53.19%和27.66%，而氨氮在AN的含量極少。

　　曝氣沉砂池出水氮組分分布和進水中相似，進水總氮含量為73.43mg/L，PN和DN含量分別為35.04mg/L和38.39mg/L，比例分別為47.72%和52.28%。不同形態(tài)氮類營養(yǎng)物分布如表2所示，其中DN 主要還是以氨氮為主，PN 比進水減少了6.2mg/L，但吸附性氮(AN)含量幾乎沒有變化。

　　在一級出水(初沉池出水)中總氮含量為60.46mg/L，PN和DN還是以PON和DIN為主，所占比例均大于90%。出水中總有機氮(PON+DON)濃度為24.3mg/L，占總氮的40.19%，其中又以PON為主，大約占TON的90.16% (見表3)。這與Czer-wionka[8]的研究結(jié)果相吻合，其對8個污水廠(BNR工藝)一級出水中有機氮進行了調(diào)查，研究表明，一級出水中總有機氮(TON)含量在15.5~35mg/L之間，占總氮24% ~45%，其中主要以PON為主，均占50%以上，zui大可達(dá)到78%。