SBR法亞硝酸型生物脫氮：原理、影響因素與應(yīng)用研究一、引言1.1研究背景與意義隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加速，水體氮污染問題日益嚴(yán)重，成為全球關(guān)注的環(huán)境焦點之一。生活污水、工業(yè)廢水以及農(nóng)業(yè)面源污染等源源不斷地向水體中排放大量含氮物質(zhì)，致使水體中的氮含量急劇攀升。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國許多湖泊、河流以及近岸海域的氮污染狀況不容樂觀，部分水體的總氮濃度嚴(yán)重超出國家規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。水體氮污染會引發(fā)一系列嚴(yán)重危害。一方面，氮素是藻類生長的關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)，過量的氮會促使藻類等浮游生物過度繁殖，引發(fā)水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象。如著名的太湖藍(lán)藻水華事件，頻繁爆發(fā)的藍(lán)藻不僅破壞了水體生態(tài)平衡，還導(dǎo)致水中溶解氧急劇減少，使魚類等水生生物因缺氧而大量死亡，嚴(yán)重威脅水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和生物多樣性。另一方面，水中的氨氮可轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，亞硝酸鹽具有潛在的致癌風(fēng)險，對人體健康構(gòu)成直接威脅。此外，氮污染還會導(dǎo)致水體感官性狀惡化，產(chǎn)生異味和異色，降低水體的使用價值，影響人們的生活質(zhì)量。為有效解決水體氮污染問題，生物脫氮技術(shù)應(yīng)運而生，并成為研究和應(yīng)用的熱點。在眾多生物脫氮技術(shù)中，亞硝酸型生物脫氮技術(shù)因其獨特的優(yōu)勢備受關(guān)注。該技術(shù)打破了傳統(tǒng)生物脫氮需將氨氮完全氧化成硝酸后再進(jìn)行反硝化的觀念，將硝化過程巧妙地控制在亞硝酸階段，隨后直接進(jìn)行反硝化。與傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)相比，亞硝酸型生物脫氮技術(shù)具有顯著優(yōu)勢。在能耗方面，由于減少了將亞硝酸鹽氮進(jìn)一步氧化為硝酸鹽氮所需的曝氣量，可節(jié)省約25%的能耗，有效降低了運行成本；在碳源需求上，反硝化過程中以亞硝酸鹽氮為電子受體，相較于硝酸鹽氮，所需碳源減少約40%，這對于碳源不足的廢水處理尤為重要；同時，亞硝酸型生物脫氮還能減少污泥生成量，降低污泥處理成本，并且所需反應(yīng)器容積小，占地面積省，為土地資源緊張的地區(qū)提供了更優(yōu)的選擇。序批式活性污泥法（SBR法）作為一種高效的污水處理技術(shù)，在亞硝酸型生物脫氮領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢和應(yīng)用潛力。SBR法以間歇操作為主要特征，整個處理過程可在一個構(gòu)筑物內(nèi)完成，具有工藝流程簡單、操作靈活多變的特點。通過合理調(diào)整進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置等各個階段的時間，能夠適應(yīng)不同水質(zhì)和水量的變化，有效應(yīng)對水質(zhì)波動的挑戰(zhàn)。在SBR反應(yīng)器中，很容易營造出好氧與缺氧交替的環(huán)境，這為亞硝酸型生物脫氮創(chuàng)造了極為有利的條件。通過精確控制反應(yīng)條件，如溶解氧、pH值、溫度等，可以促進(jìn)亞硝酸菌的生長和繁殖，抑制硝酸菌的活性，從而使硝化過程穩(wěn)定地停留在亞硝酸階段，實現(xiàn)高效的亞硝酸型生物脫氮。此外，SBR法還具有生化反應(yīng)動力大、處理效果好、耐沖擊負(fù)荷等優(yōu)點，能夠有效去除廢水中的氮、磷和有機(jī)物，出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠。綜上所述，開展SBR法亞硝酸型生物脫氮試驗研究具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。從現(xiàn)實角度看，該研究旨在為解決水體氮污染問題提供更加高效、經(jīng)濟(jì)、可行的技術(shù)方案，助力改善水環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)健康，保障人類的用水安全和生活質(zhì)量。在理論層面，深入探究SBR法亞硝酸型生物脫氮的影響因素、反應(yīng)機(jī)理和微生物學(xué)特性，能夠豐富和完善生物脫氮理論體系，為相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)化提供堅實的理論支撐。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀亞硝酸型生物脫氮技術(shù)作為一種新型高效的脫氮方法，近年來在國內(nèi)外受到了廣泛的關(guān)注和深入的研究。國內(nèi)外學(xué)者圍繞亞硝酸型生物脫氮技術(shù)的原理、影響因素、工藝優(yōu)化以及微生物學(xué)機(jī)制等方面展開了大量的研究工作。國外對亞硝酸型生物脫氮的研究起步較早。在理論研究方面，早期的研究主要集中在揭示亞硝酸型生物脫氮的基本原理和微生物學(xué)機(jī)制。例如，有研究明確了亞硝酸菌和硝酸菌在生理特性、生長環(huán)境要求等方面的顯著差異，為后續(xù)實現(xiàn)硝化過程控制在亞硝酸階段提供了理論基礎(chǔ)。學(xué)者們通過深入探究亞硝酸菌和硝酸菌對環(huán)境因素的不同響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)亞硝酸菌在適宜的條件下能夠優(yōu)先利用氨氮進(jìn)行生長和代謝，而硝酸菌的生長則相對受到抑制。這一發(fā)現(xiàn)為亞硝酸型生物脫氮技術(shù)的實現(xiàn)提供了關(guān)鍵的理論依據(jù)。在工藝應(yīng)用研究方面，國外率先開展了利用不同反應(yīng)器實現(xiàn)亞硝酸型生物脫氮的探索。例如，采用SBR反應(yīng)器進(jìn)行亞硝酸型生物脫氮試驗，通過精確控制反應(yīng)條件，如溶解氧、pH值、溫度等，成功實現(xiàn)了亞硝酸型生物脫氮，并取得了較好的脫氮效果。研究表明，在特定的溶解氧濃度和pH值范圍內(nèi)，SBR反應(yīng)器能夠有效地抑制硝酸菌的活性，使硝化過程穩(wěn)定地停留在亞硝酸階段，從而實現(xiàn)高效的亞硝酸型生物脫氮。此外，國外還對其他反應(yīng)器，如厭氧氨氧化反應(yīng)器、移動床生物膜反應(yīng)器等在亞硝酸型生物脫氮中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，為亞硝酸型生物脫氮技術(shù)的工程應(yīng)用提供了更多的選擇和參考。國內(nèi)對亞硝酸型生物脫氮技術(shù)的研究雖然起步相對較晚，但發(fā)展迅速。在基礎(chǔ)研究方面，國內(nèi)學(xué)者對亞硝酸型生物脫氮的影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的研究。研究發(fā)現(xiàn)，除了溶解氧、pH值、溫度等常見因素外，碳氮比、氨氮負(fù)荷、污泥齡等因素對亞硝酸型生物脫氮也有著重要的影響。例如，當(dāng)碳氮比過低時，反硝化過程可能會受到碳源不足的限制，從而影響總氮的去除效果；而過高的氨氮負(fù)荷則可能對亞硝酸菌和硝酸菌產(chǎn)生抑制作用，破壞亞硝酸型生物脫氮的穩(wěn)定性。通過對這些因素的深入研究，國內(nèi)學(xué)者提出了一系列優(yōu)化亞硝酸型生物脫氮的措施和方法。在工藝開發(fā)和應(yīng)用方面，國內(nèi)結(jié)合實際廢水處理需求，開展了大量的工程應(yīng)用研究。針對不同類型的廢水，如生活污水、工業(yè)廢水等，國內(nèi)學(xué)者采用SBR法等工藝進(jìn)行亞硝酸型生物脫氮處理，并取得了顯著的成效。例如，在處理高氨氮工業(yè)廢水時，通過優(yōu)化SBR反應(yīng)器的運行參數(shù)，如調(diào)整進(jìn)水方式、反應(yīng)時間、曝氣強(qiáng)度等，成功實現(xiàn)了亞硝酸型生物脫氮，有效提高了廢水的處理效率和出水水質(zhì)。此外，國內(nèi)還在不斷探索將亞硝酸型生物脫氮技術(shù)與其他污水處理技術(shù)相結(jié)合的新型工藝，以進(jìn)一步提高廢水處理的效果和經(jīng)濟(jì)性。盡管國內(nèi)外在SBR法亞硝酸型生物脫氮領(lǐng)域取得了豐碩的研究成果，但目前仍存在一些不足之處。一方面，亞硝酸型生物脫氮過程的穩(wěn)定性和可靠性有待進(jìn)一步提高。在實際運行過程中，由于水質(zhì)、水量的波動以及環(huán)境因素的變化，亞硝酸型生物脫氮系統(tǒng)容易出現(xiàn)亞硝酸鹽積累不穩(wěn)定、硝酸菌反彈等問題，導(dǎo)致脫氮效果下降。另一方面，對于亞硝酸型生物脫氮過程中微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的研究還不夠深入。雖然已經(jīng)知道亞硝酸菌和硝酸菌在亞硝酸型生物脫氮中起著關(guān)鍵作用，但對于它們與其他微生物之間的相互關(guān)系、微生物群落的動態(tài)變化以及這些變化對脫氮性能的影響等方面的認(rèn)識還相對有限。此外，目前的研究大多集中在實驗室規(guī)模，從實驗室研究到實際工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)化過程中還存在一些技術(shù)難題和挑戰(zhàn)，如反應(yīng)器的放大效應(yīng)、運行成本的控制、自動化控制技術(shù)的應(yīng)用等。未來，SBR法亞硝酸型生物脫氮的研究可以朝著以下幾個方向展開。一是深入研究亞硝酸型生物脫氮的反應(yīng)機(jī)理和微生物學(xué)機(jī)制，揭示微生物群落結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，為提高亞硝酸型生物脫氮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提供理論支持。二是進(jìn)一步優(yōu)化SBR反應(yīng)器的運行參數(shù)和工藝條件，開發(fā)更加高效、穩(wěn)定的亞硝酸型生物脫氮工藝，提高廢水處理的效率和效果。三是加強(qiáng)從實驗室研究到實際工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)化研究，解決工程應(yīng)用中存在的技術(shù)難題，降低運行成本，推動SBR法亞硝酸型生物脫氮技術(shù)的廣泛應(yīng)用。四是探索將SBR法亞硝酸型生物脫氮技術(shù)與其他先進(jìn)的污水處理技術(shù)，如膜分離技術(shù)、高級氧化技術(shù)等相結(jié)合，形成新型的復(fù)合污水處理工藝，以應(yīng)對日益復(fù)雜和嚴(yán)格的廢水處理要求。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在通過系統(tǒng)的試驗，深入探究SBR法亞硝酸型生物脫氮的效果及其關(guān)鍵影響因素，為該技術(shù)的實際應(yīng)用和優(yōu)化提供堅實的理論依據(jù)與實踐指導(dǎo)。具體研究內(nèi)容如下：亞硝酸型活性污泥的培養(yǎng)：以普通活性污泥為接種污泥，在SBR反應(yīng)器中，依據(jù)硝化反應(yīng)結(jié)束時溶解氧迅速升高的理論，精確把握反應(yīng)時機(jī)，及時終止硝化反應(yīng)，從而培育出以亞硝酸菌為優(yōu)勢菌種的活性污泥。在培養(yǎng)過程中，密切監(jiān)測污泥的生長狀況、微生物群落結(jié)構(gòu)的變化以及各項水質(zhì)指標(biāo)的波動，分析影響亞硝酸菌富集和生長的關(guān)鍵因素，為后續(xù)試驗提供穩(wěn)定且高效的活性污泥。運行參數(shù)對脫氮效果的影響研究：對SBR反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的初始pH值、初始DO（溶解氧）、氨氮負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷、溫度等重要運行參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，通過單因素試驗和多因素正交試驗，系統(tǒng)研究各參數(shù)對SBR法亞硝酸型生物脫氮效果的影響規(guī)律。在初始pH值的研究中，設(shè)置不同的pH梯度，探究在不同酸堿度條件下，亞硝酸菌和硝酸菌的活性變化，以及對氨氮轉(zhuǎn)化率、亞硝酸鹽積累量和總氮去除率的影響；對于初始DO的研究，通過調(diào)整曝氣強(qiáng)度和時間，控制反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧濃度，分析其對硝化反應(yīng)路徑和脫氮效率的影響；在氨氮負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷的研究中，改變進(jìn)水的氨氮和有機(jī)物濃度，觀察系統(tǒng)對不同負(fù)荷的響應(yīng)，明確適宜的負(fù)荷范圍，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行；溫度作為影響微生物代謝活動的重要因素，研究不同溫度條件下亞硝酸型生物脫氮的性能變化，確定最佳的反應(yīng)溫度區(qū)間。亞硝酸型生物脫氮的微生物學(xué)機(jī)理探討：借助現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)和微生物分析方法，深入研究SBR法亞硝酸型生物脫氮過程中的微生物學(xué)機(jī)理。分析活性污泥中微生物群落的組成和結(jié)構(gòu)，探究亞硝酸菌、硝酸菌以及其他相關(guān)微生物在不同運行條件下的生長、繁殖和相互作用規(guī)律。通過高通量測序技術(shù)，全面了解微生物群落的多樣性和動態(tài)變化，揭示微生物群落結(jié)構(gòu)與亞硝酸型生物脫氮性能之間的內(nèi)在聯(lián)系；運用熒光原位雜交技術(shù)，直觀觀察亞硝酸菌和硝酸菌在活性污泥中的分布和定位，進(jìn)一步明確它們在脫氮過程中的作用機(jī)制；此外，還將研究微生物的代謝途徑和功能基因表達(dá)，從分子層面深入解析亞硝酸型生物脫氮的微生物學(xué)機(jī)理。二、SBR法與亞硝酸型生物脫氮原理2.1SBR法工藝特點與流程SBR法即序批式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess），是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術(shù)。其基本原理是在同一個反應(yīng)器中，按時間順序依次進(jìn)行進(jìn)水、曝氣反應(yīng)、沉淀、排水和閑置五個基本工序，通過活性污泥中的微生物在好氧條件下對污水中的有機(jī)物、氨氮等污染物進(jìn)行吸附、降解，從而實現(xiàn)水質(zhì)凈化。在進(jìn)水期，污水被引入反應(yīng)器，此時反應(yīng)器可起到均衡污水水質(zhì)、水量的作用，增強(qiáng)對水質(zhì)、水量波動的適應(yīng)性。依據(jù)不同微生物的生長特點、廢水特性和處理目標(biāo)，進(jìn)水階段可分為曝氣（好氧反應(yīng)）、攪拌（厭氧反應(yīng)）及靜置三種情況，對應(yīng)非限制曝氣、半限制曝氣和限制曝氣三種方式。例如，在處理含有大量易降解有機(jī)物的廢水時，可采用非限制曝氣方式，使有機(jī)物在進(jìn)水過程中就開始被大量氧化；而對于需要進(jìn)行厭氧反應(yīng)的廢水處理，如生物除磷的厭氧釋磷階段，則可采用攪拌方式，抑制好氧反應(yīng)，營造厭氧環(huán)境。反應(yīng)期是SBR法的關(guān)鍵階段，通過曝氣裝置向反應(yīng)器內(nèi)充氧，創(chuàng)造好氧環(huán)境，微生物在此階段對有機(jī)物進(jìn)行降解。這一階段可根據(jù)污水處理的具體要求，如僅去除有機(jī)碳，或同時進(jìn)行脫氮除磷等，調(diào)整相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，包括曝氣時間、曝氣強(qiáng)度等。比如，在進(jìn)行脫氮處理時，需要保證足夠的曝氣時間，使氨氮在硝化菌的作用下轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮；而在除磷過程中，需要通過控制曝氣和攪拌，實現(xiàn)厭氧和好氧環(huán)境的交替，使聚磷菌在厭氧條件下釋放磷，在好氧條件下過量攝取磷，從而達(dá)到除磷的目的。沉淀期的目的是實現(xiàn)固液分離，其功能相當(dāng)于傳統(tǒng)活性污泥法的二次沉淀池。在此階段，停止曝氣和攪拌，使混合液處于靜止?fàn)顟B(tài)，活性污泥依靠重力作用沉淀，與上清液分離。由于沉淀時反應(yīng)器內(nèi)是完全靜止的，避免了水流擾動對沉淀效果的影響，因此沉淀效率高，能獲得更澄清的上清液。沉淀時間一般根據(jù)污水類型和處理要求設(shè)定，通常在0.5-2小時之間。例如，對于水質(zhì)較為穩(wěn)定、懸浮物含量較低的污水，沉淀時間可適當(dāng)縮短；而對于水質(zhì)復(fù)雜、懸浮物較多的污水，則需要延長沉淀時間，以確保良好的沉淀效果。排水期的主要任務(wù)是從反應(yīng)器中排出沉淀后的上清液，使反應(yīng)器內(nèi)的水位恢復(fù)到循環(huán)開始時的最低水位，為下一個周期做好準(zhǔn)備。在排水過程中，要注意控制排水速度，避免擾動沉淀的污泥，影響出水水質(zhì)。目前，SBR法常用潷水器進(jìn)行排水，潷水器能夠根據(jù)水位變化自動調(diào)整排水位置，保證排水的穩(wěn)定性和可靠性。此外，在排水階段，還可以根據(jù)需要排除過剩的污泥，以維持反應(yīng)器內(nèi)活性污泥的合理濃度和性能。閑置期是沉淀之后到下個周期開始的期間，該階段并非必需步驟，可根據(jù)實際工藝和處理目的選擇是否進(jìn)行。在閑置期，可進(jìn)行攪拌或曝氣操作。若進(jìn)行曝氣，可使微生物通過內(nèi)源呼吸恢復(fù)活性，溶解氧濃度下降，還能起到一定的反硝化作用進(jìn)行脫氮；若進(jìn)行攪拌，則有助于混合剩余的底物和微生物，為下一個周期的反應(yīng)創(chuàng)造更好的條件。在多池系統(tǒng)中，閑置期還可為一個反應(yīng)器提供時間，以完成它的整個周期，確保系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運行。SBR法具有諸多顯著優(yōu)勢。首先，其工藝流程簡單，主體設(shè)備僅需一個序批式間歇反應(yīng)器，無需設(shè)置二沉池、污泥回流系統(tǒng)，在多數(shù)情況下，調(diào)節(jié)池和初沉池也可省略，這不僅降低了建設(shè)成本，還使布置更為緊湊，占地面積大幅減少。以某小型污水處理廠為例，采用SBR法后，與傳統(tǒng)活性污泥法相比，占地面積節(jié)省了約30%，建設(shè)成本降低了20%左右。其次，SBR法運行方式極為靈活，通過合理調(diào)整各工序的時間，能夠適應(yīng)不同水質(zhì)和水量的變化。在處理水質(zhì)波動較大的工業(yè)廢水時，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的變化，及時調(diào)整曝氣時間和強(qiáng)度，確保處理效果的穩(wěn)定。再者，SBR法具有良好的脫氮除磷效果。通過巧妙安排五個工序時間，能夠輕松實現(xiàn)厭氧、缺氧與好氧狀態(tài)的交替，為生物脫氮除磷提供了理想的環(huán)境條件。研究表明，在適宜的運行條件下，SBR法對總氮的去除率可達(dá)80%以上，對總磷的去除率可達(dá)90%左右。此外，SBR法還具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力，池內(nèi)滯留的處理水對污水有稀釋和緩沖作用，可有效抵抗水量和有機(jī)污物的沖擊。當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)突然發(fā)生變化，如有機(jī)物濃度大幅升高時，SBR系統(tǒng)能夠通過自身的調(diào)節(jié)機(jī)制，維持穩(wěn)定的處理效果，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。2.2亞硝酸型生物脫氮原理與機(jī)制亞硝酸型生物脫氮，又被稱為短程硝化反硝化，是指在生物脫氮過程中，巧妙地將氨氮氧化過程精準(zhǔn)控制在亞硝酸鹽階段，而不繼續(xù)氧化為硝酸鹽，隨后直接以亞硝酸鹽為電子受體進(jìn)行反硝化反應(yīng)，最終將氮轉(zhuǎn)化為氮氣從水中去除的過程。這一過程打破了傳統(tǒng)生物脫氮需將氨氮完全氧化成硝酸后再進(jìn)行反硝化的固有觀念，開辟了一條全新的生物脫氮路徑。傳統(tǒng)生物脫氮理論認(rèn)為，氮的去除必須歷經(jīng)典型的硝化和反硝化兩個緊密相連的過程。在硝化階段，氨氮首先在亞硝酸菌（AOB）的催化作用下，被氧化為亞硝酸鹽氮，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：NH_{4}^{+}+1.5O_{2}\stackrel{AOB}{\longrightarrow}NO_{2}^{-}+2H^{+}+H_{2}O。接著，亞硝酸鹽氮在硝酸菌（NOB）的作用下，進(jìn)一步被氧化為硝酸鹽氮，反應(yīng)方程式為：NO_{2}^{-}+0.5O_{2}\stackrel{NOB}{\longrightarrow}NO_{3}^{-}。在反硝化階段，反硝化細(xì)菌在缺氧環(huán)境下，利用有機(jī)物作為電子供體，將硝酸鹽氮逐步還原為氮氣，其反應(yīng)過程如下：NO_{3}^{-}\stackrel{反硝化細(xì)菌}{\longrightarrow}NO_{2}^{-}\stackrel{反硝化細(xì)菌}{\longrightarrow}NO\stackrel{反硝化細(xì)菌}{\longrightarrow}N_{2}O\stackrel{反硝化細(xì)菌}{\longrightarrow}N_{2}。傳統(tǒng)生物脫氮過程需要消耗大量的氧氣用于氨氮的完全氧化，并且在反硝化階段需要充足的碳源來提供電子供體，以實現(xiàn)硝酸鹽氮的還原。與之相比，亞硝酸型生物脫氮具有獨特的優(yōu)勢。在硝化階段，僅需將氨氮氧化至亞硝酸鹽氮，相較于傳統(tǒng)硝化過程，減少了將亞硝酸鹽氮進(jìn)一步氧化為硝酸鹽氮所需的曝氣量，經(jīng)研究表明，可節(jié)省約25%的能耗。這是因為亞硝酸型硝化過程中，每氧化1mol氨氮僅需1.5mol氧氣，而傳統(tǒng)硝化過程則需要2mol氧氣。在反硝化階段，以亞硝酸鹽氮為電子受體，相較于以硝酸鹽氮為電子受體，所需碳源減少約40%。這是由于從亞硝酸鹽氮還原為氮氣所需的電子供體更少，從而降低了對碳源的需求。例如，在處理碳源不足的廢水時，亞硝酸型生物脫氮技術(shù)能夠更好地發(fā)揮作用，有效提高脫氮效率。此外，亞硝酸型生物脫氮還能減少污泥生成量，降低污泥處理成本，并且所需反應(yīng)器容積小，占地面積省，為實際工程應(yīng)用帶來了諸多便利。亞硝酸型生物脫氮過程中，亞硝酸菌和硝酸菌起著關(guān)鍵作用。亞硝酸菌，如亞硝酸單胞菌屬（Nitrosomonas）、亞硝酸球菌屬（Nitrosococcus）等，屬于革蘭氏陰性菌，是化能自養(yǎng)型微生物。它們能夠利用氨氮作為能源，通過氧化氨氮獲取能量，同時將二氧化碳作為碳源進(jìn)行生長和繁殖。亞硝酸菌對環(huán)境因素較為敏感，其適宜的生長溫度一般在25-30℃之間，適宜的pH值范圍為7.5-8.5。在這個溫度和pH值范圍內(nèi)，亞硝酸菌的活性較高，能夠高效地將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮。當(dāng)溫度低于15℃時，亞硝酸菌的活性會顯著降低，氨氮氧化速率減慢；而當(dāng)pH值低于7.0或高于9.0時，亞硝酸菌的生長和代謝也會受到明顯抑制。硝酸菌，如硝酸桿菌屬（Nitrobacter）、硝酸球菌屬（Nitrococcus）等，同樣是革蘭氏陰性菌，也是化能自養(yǎng)型微生物。硝酸菌以亞硝酸鹽氮為能源，將其氧化為硝酸鹽氮，從而獲取能量。硝酸菌的生長速度相對較慢，對環(huán)境條件的要求更為苛刻。其適宜的生長溫度也在25-30℃左右，但對pH值的要求更為嚴(yán)格，最適pH值范圍為7.5-8.2。此外，硝酸菌對溶解氧的親和力較低，在低溶解氧條件下，其活性容易受到抑制。當(dāng)溶解氧濃度低于0.5mg/L時，硝酸菌的生長和代謝會受到顯著影響，而亞硝酸菌在較低溶解氧濃度下仍能保持一定的活性。亞硝酸型生物脫氮的實現(xiàn)，關(guān)鍵在于對硝化過程的精準(zhǔn)控制，以抑制硝酸菌的活性，使硝化反應(yīng)穩(wěn)定地停留在亞硝酸階段。這需要對多種環(huán)境因素進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控。溶解氧是影響硝化過程的重要因素之一。研究表明，較低的溶解氧濃度有利于亞硝酸菌的生長和亞硝酸型硝化的實現(xiàn)。當(dāng)溶解氧濃度控制在0.5-1.0mg/L時，亞硝酸菌能夠優(yōu)先利用溶解氧將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，而硝酸菌由于對溶解氧的親和力較低，其活性受到抑制，從而實現(xiàn)亞硝酸型硝化。若溶解氧濃度過高，超過2.0mg/L，硝酸菌的活性將增強(qiáng)，硝化反應(yīng)會朝著生成硝酸鹽氮的方向進(jìn)行，導(dǎo)致亞硝酸型生物脫氮難以維持。pH值對亞硝酸型生物脫氮也有著重要影響。亞硝酸菌和硝酸菌對pH值的響應(yīng)存在差異。在偏堿性的環(huán)境中，亞硝酸菌的活性相對較高，有利于氨氮向亞硝酸鹽氮的轉(zhuǎn)化。當(dāng)pH值在7.5-8.5之間時，亞硝酸菌能夠高效地進(jìn)行氨氮氧化反應(yīng)。然而，當(dāng)pH值過高，超過9.0時，雖然亞硝酸菌的活性可能不會受到太大影響，但會導(dǎo)致游離氨（FA）濃度升高，而過高的游離氨會對硝酸菌產(chǎn)生抑制作用，同時也可能對亞硝酸菌的生長和代謝產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。當(dāng)pH值過低，低于7.0時，亞硝酸菌和硝酸菌的活性都會受到明顯抑制，硝化反應(yīng)速率減慢，不利于亞硝酸型生物脫氮的進(jìn)行。溫度是影響微生物生長和代謝的關(guān)鍵因素，對亞硝酸型生物脫氮同樣至關(guān)重要。在適宜的溫度范圍內(nèi)，微生物的酶活性較高，代謝反應(yīng)能夠順利進(jìn)行。亞硝酸菌和硝酸菌的適宜生長溫度相近，但在溫度變化時，它們的活性變化存在差異。一般來說，在25-30℃的溫度條件下，亞硝酸型生物脫氮效果較好。當(dāng)溫度低于15℃時，亞硝酸菌和硝酸菌的活性都會下降，但硝酸菌的活性下降更為明顯，這使得在較低溫度下更容易實現(xiàn)亞硝酸型硝化。然而，當(dāng)溫度過高，超過35℃時，亞硝酸菌和硝酸菌的生長和代謝都會受到嚴(yán)重影響，甚至可能導(dǎo)致微生物失活，從而破壞亞硝酸型生物脫氮系統(tǒng)的穩(wěn)定性。除了上述因素外，氨氮負(fù)荷、污泥齡、有機(jī)負(fù)荷等因素也會對亞硝酸型生物脫氮產(chǎn)生影響。較高的氨氮負(fù)荷會使亞硝酸菌在競爭中占據(jù)優(yōu)勢，抑制硝酸菌的生長，有利于亞硝酸型硝化的實現(xiàn)。但過高的氨氮負(fù)荷可能會對微生物產(chǎn)生毒性，影響系統(tǒng)的正常運行。合適的污泥齡能夠保證亞硝酸菌在系統(tǒng)中的富集和生長，一般來說，較短的污泥齡有利于亞硝酸菌的生長，而較長的污泥齡則可能導(dǎo)致硝酸菌的積累。有機(jī)負(fù)荷過高會使異養(yǎng)菌大量繁殖，與亞硝酸菌和硝酸菌競爭底物和溶解氧，從而影響亞硝酸型生物脫氮的效果。在實際應(yīng)用中，需要綜合考慮這些因素，通過優(yōu)化運行參數(shù)，實現(xiàn)穩(wěn)定高效的亞硝酸型生物脫氮。2.3SBR法實現(xiàn)亞硝酸型生物脫氮的可行性SBR法在實現(xiàn)亞硝酸型生物脫氮方面展現(xiàn)出諸多顯著優(yōu)勢，為高效脫氮提供了可行的技術(shù)路徑。從SBR法的工藝特點來看，其獨特的間歇操作模式為亞硝酸型生物脫氮創(chuàng)造了極為有利的條件。在SBR反應(yīng)器中，通過合理調(diào)控進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置等各個階段的時間，可以輕松營造出好氧與缺氧交替的環(huán)境。在反應(yīng)階段，通過曝氣控制溶解氧濃度，可使反應(yīng)器內(nèi)呈現(xiàn)好氧狀態(tài)，為亞硝酸菌將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮提供適宜的條件；而在沉淀和閑置階段，停止曝氣，反應(yīng)器內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿毖醐h(huán)境，此時反硝化細(xì)菌能夠利用亞硝酸鹽氮進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為氮氣排出。這種好氧與缺氧環(huán)境的交替切換，與亞硝酸型生物脫氮過程中硝化和反硝化的需求高度契合，能夠有效促進(jìn)亞硝酸型生物脫氮的順利進(jìn)行。SBR法在應(yīng)對水質(zhì)、水量波動方面具有出色的能力，這對于實現(xiàn)穩(wěn)定的亞硝酸型生物脫氮至關(guān)重要。在實際廢水處理過程中，水質(zhì)和水量往往會發(fā)生變化，而SBR法憑借其自身的特點，能夠較好地適應(yīng)這種波動。在進(jìn)水階段，SBR反應(yīng)器可作為調(diào)節(jié)池，對進(jìn)入的污水進(jìn)行水質(zhì)和水量的均衡調(diào)節(jié)，減少水質(zhì)、水量波動對后續(xù)處理過程的沖擊。當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)突然發(fā)生變化，如氨氮濃度升高時，SBR系統(tǒng)可以通過調(diào)整反應(yīng)時間和曝氣強(qiáng)度，增加亞硝酸菌對氨氮的氧化能力，確保硝化過程仍能穩(wěn)定地停留在亞硝酸階段。對于水量的波動，SBR法可以通過靈活調(diào)整運行周期和各階段時間，實現(xiàn)對不同水量的有效處理，保證亞硝酸型生物脫氮系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。SBR法實現(xiàn)亞硝酸型生物脫氮的關(guān)鍵在于對運行條件的精確控制。溶解氧作為影響硝化過程的關(guān)鍵因素，在SBR法亞硝酸型生物脫氮中起著核心調(diào)控作用。研究表明，將溶解氧濃度控制在較低水平，一般在0.5-1.0mg/L之間，有利于亞硝酸菌的生長和亞硝酸型硝化的實現(xiàn)。這是因為亞硝酸菌對溶解氧的親和力相對較高，在低溶解氧條件下，能夠優(yōu)先利用有限的溶解氧將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮。而硝酸菌對溶解氧的親和力較低，在低溶解氧環(huán)境中，其活性會受到抑制，從而使得硝化反應(yīng)能夠穩(wěn)定地停留在亞硝酸階段。若溶解氧濃度過高，超過2.0mg/L，硝酸菌的活性將增強(qiáng)，會導(dǎo)致硝化反應(yīng)朝著生成硝酸鹽氮的方向進(jìn)行，從而破壞亞硝酸型生物脫氮的穩(wěn)定性。pH值對SBR法亞硝酸型生物脫氮也有著重要影響。亞硝酸菌和硝酸菌對pH值的響應(yīng)存在差異，適宜的pH值范圍能夠促進(jìn)亞硝酸型生物脫氮的進(jìn)行。一般來說，將初始pH值控制在7.5-8.5之間，有利于亞硝酸菌的生長和氨氮向亞硝酸鹽氮的轉(zhuǎn)化。在這個pH值范圍內(nèi)，亞硝酸菌的酶活性較高，能夠高效地催化氨氮氧化反應(yīng)。當(dāng)pH值過高，超過9.0時，雖然亞硝酸菌的活性可能不會受到太大影響，但會導(dǎo)致游離氨（FA）濃度升高，過高的游離氨會對硝酸菌產(chǎn)生抑制作用，同時也可能對亞硝酸菌的生長和代謝產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。當(dāng)pH值過低，低于7.0時，亞硝酸菌和硝酸菌的活性都會受到明顯抑制，硝化反應(yīng)速率減慢，不利于亞硝酸型生物脫氮的實現(xiàn)。溫度是影響微生物生長和代謝的重要因素，對SBR法亞硝酸型生物脫氮同樣關(guān)鍵。亞硝酸菌和硝酸菌的適宜生長溫度相近，一般在25-30℃之間。在這個溫度范圍內(nèi)，微生物的代謝活性較高，亞硝酸型生物脫氮效果較好。當(dāng)溫度低于15℃時，亞硝酸菌和硝酸菌的活性都會下降，但硝酸菌的活性下降更為明顯，這使得在較低溫度下更容易實現(xiàn)亞硝酸型硝化。然而，當(dāng)溫度過高，超過35℃時，亞硝酸菌和硝酸菌的生長和代謝都會受到嚴(yán)重影響，甚至可能導(dǎo)致微生物失活，從而破壞亞硝酸型生物脫氮系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在實際運行中，需要根據(jù)不同的季節(jié)和環(huán)境條件，合理調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的溫度，以保證亞硝酸型生物脫氮的高效進(jìn)行。此外，氨氮負(fù)荷、污泥齡、有機(jī)負(fù)荷等因素也會對SBR法亞硝酸型生物脫氮產(chǎn)生影響。較高的氨氮負(fù)荷會使亞硝酸菌在競爭中占據(jù)優(yōu)勢，抑制硝酸菌的生長，有利于亞硝酸型硝化的實現(xiàn)。但過高的氨氮負(fù)荷可能會對微生物產(chǎn)生毒性，影響系統(tǒng)的正常運行。合適的污泥齡能夠保證亞硝酸菌在系統(tǒng)中的富集和生長，一般來說，較短的污泥齡有利于亞硝酸菌的生長，而較長的污泥齡則可能導(dǎo)致硝酸菌的積累。有機(jī)負(fù)荷過高會使異養(yǎng)菌大量繁殖，與亞硝酸菌和硝酸菌競爭底物和溶解氧，從而影響亞硝酸型生物脫氮的效果。在實際應(yīng)用中，需要綜合考慮這些因素，通過優(yōu)化運行參數(shù)，實現(xiàn)穩(wěn)定高效的亞硝酸型生物脫氮。眾多研究和實際應(yīng)用案例也充分證明了SBR法實現(xiàn)亞硝酸型生物脫氮的可行性和有效性。有研究采用SBR反應(yīng)器處理高氨氮廢水，通過精確控制溶解氧、pH值和溫度等運行條件，成功實現(xiàn)了亞硝酸型生物脫氮，氨氮轉(zhuǎn)化率高達(dá)95%以上，亞硝酸鹽積累率穩(wěn)定在80%左右，總氮去除率達(dá)到了85%以上。在實際工程應(yīng)用中，某污水處理廠采用SBR法進(jìn)行亞硝酸型生物脫氮改造后，出水水質(zhì)中的總氮含量顯著降低，達(dá)到了國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，同時運行成本較改造前降低了約20%。這些研究和實踐案例都表明，SBR法在實現(xiàn)亞硝酸型生物脫氮方面具有良好的應(yīng)用前景和實際價值，為解決水體氮污染問題提供了一種可靠的技術(shù)選擇。三、試驗材料與方法3.1試驗裝置與運行參數(shù)本試驗采用的SBR反應(yīng)器為有機(jī)玻璃材質(zhì)制成，其內(nèi)徑為30cm，高度達(dá)70cm，有效容積為45L，為試驗提供了穩(wěn)定且可控的反應(yīng)環(huán)境。反應(yīng)器外側(cè)精心設(shè)置了5個排水管，這些排水管能夠根據(jù)試驗需求靈活調(diào)整排水位置和流量，確保反應(yīng)過程中上清液的順利排出。在反應(yīng)器底部，設(shè)有排泥及放空管，方便在試驗結(jié)束或需要清理反應(yīng)器時，將污泥和剩余液體徹底排出。距反應(yīng)器底部10cm處，巧妙地設(shè)置了進(jìn)氣管，通過該進(jìn)氣管連接外部空氣壓縮機(jī)，能夠為反應(yīng)器內(nèi)提供穩(wěn)定的氣源，以滿足不同試驗階段對溶解氧的需求。在反應(yīng)器內(nèi)部，采用4個燒結(jié)砂芯作為曝氣頭，這種曝氣頭能夠使空氣均勻地分散在反應(yīng)液中，提高氧氣的傳遞效率，為微生物的生長和代謝創(chuàng)造良好的有氧環(huán)境。通過精確調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)的工作參數(shù)以及進(jìn)氣管上的閥門，可以精準(zhǔn)控制曝氣量，從而滿足不同試驗條件下對溶解氧濃度的嚴(yán)格要求。此外，SBR反應(yīng)器的進(jìn)水量和曝氣量均可通過閥門進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，并配備了高精度的流量計進(jìn)行計量，確保試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在進(jìn)行平行對比試驗時，選用了4個10L的小SBR反應(yīng)器，這些小反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和工作原理與大反應(yīng)器一致，試驗用污泥均取自大SBR反應(yīng)器中的成熟污泥，保證了試驗條件的一致性和可比性。本試驗的接種污泥來源于某污水處理廠二沉池底部的回流污泥。這些污泥在污水處理廠的實際運行中，已經(jīng)經(jīng)歷了長期的馴化和適應(yīng)過程，具備了一定的處理污水能力和微生物群落結(jié)構(gòu)。在取回接種污泥后，為了使其能夠快速適應(yīng)本試驗的環(huán)境條件，進(jìn)行了一系列嚴(yán)格的馴化操作。首先，將取回的污泥置于SBR反應(yīng)器中，向反應(yīng)器內(nèi)加入適量的人工配制廢水。人工配制廢水的成分根據(jù)試驗要求進(jìn)行精確調(diào)配，主要包含了一定濃度的氨氮、有機(jī)物以及其他營養(yǎng)物質(zhì)，以模擬實際污水的水質(zhì)情況。在馴化初期，控制較低的負(fù)荷，使污泥逐漸適應(yīng)新的水質(zhì)和環(huán)境。隨著馴化的進(jìn)行，逐漸增加廢水的濃度和負(fù)荷，讓污泥中的微生物有足夠的時間適應(yīng)并調(diào)整其代謝方式和生長狀態(tài)。在馴化過程中，密切監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)的各項水質(zhì)指標(biāo)，如氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、化學(xué)需氧量（COD）等，以及污泥的性能指標(biāo)，如污泥沉降比（SV）、污泥體積指數(shù)（SVI）等。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，及時調(diào)整馴化條件，如曝氣量、反應(yīng)時間、進(jìn)水水質(zhì)等，以促進(jìn)亞硝酸菌的富集和生長。經(jīng)過一段時間的精心馴化，污泥逐漸適應(yīng)了本試驗的環(huán)境條件，亞硝酸菌在污泥中的比例逐漸增加，成為優(yōu)勢菌種，為后續(xù)的試驗奠定了良好的基礎(chǔ)。本試驗設(shè)定的運行周期為6小時，這是在綜合考慮多種因素后確定的。在這個運行周期內(nèi)，各個階段的時間分配如下：進(jìn)水階段持續(xù)0.5小時，在這個階段，污水以一定的流速緩慢進(jìn)入反應(yīng)器，使反應(yīng)器內(nèi)的水位逐漸上升，同時活性污泥與污水充分混合，為后續(xù)的反應(yīng)創(chuàng)造良好的條件。反應(yīng)階段時長為4小時，這是整個運行周期的核心階段。在反應(yīng)階段，通過曝氣系統(tǒng)向反應(yīng)器內(nèi)充入適量的空氣，使反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧保持在設(shè)定的水平。在這個階段，亞硝酸菌在有氧條件下將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，同時其他微生物也對污水中的有機(jī)物進(jìn)行降解。沉淀階段歷時1小時，在這個階段，停止曝氣和攪拌，使混合液處于靜止?fàn)顟B(tài)，活性污泥依靠重力作用逐漸沉淀，實現(xiàn)固液分離。沉淀結(jié)束后，上清液變得清澈，為后續(xù)的排水階段做好準(zhǔn)備。排水階段耗時0.5小時，通過潷水器將沉淀后的上清液緩慢排出反應(yīng)器，使反應(yīng)器內(nèi)的水位恢復(fù)到初始狀態(tài)。在整個運行周期中，各個階段緊密銜接，協(xié)同作用，確保了SBR反應(yīng)器的高效穩(wěn)定運行。同時，根據(jù)試驗需求，可對運行周期和各階段時間進(jìn)行靈活調(diào)整，以探究不同運行條件對亞硝酸型生物脫氮效果的影響。3.2試驗用水與水質(zhì)分析方法本試驗用水為人工配制廢水，主要目的是為了精確模擬實際污水中氮素及其他污染物的組成情況，從而排除因天然污水水質(zhì)復(fù)雜多變所帶來的干擾因素，確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在配制過程中，以分析純試劑作為原料，按照精心設(shè)計的配方進(jìn)行調(diào)配，以保證水質(zhì)的穩(wěn)定性和一致性。人工配制廢水的具體成分如下：以氯化銨（NH_{4}Cl）作為氨氮的來源，通過精確稱取一定質(zhì)量的氯化銨，使其在水中溶解，從而為廢水提供穩(wěn)定的氨氮濃度。根據(jù)試驗設(shè)計，氨氮的濃度可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同試驗條件下對氨氮負(fù)荷的研究需求。在模擬城市生活污水的試驗中，氨氮濃度通?？刂圃?0-100mg/L之間。采用葡萄糖（C_{6}H_{12}O_{6}）作為碳源，為微生物的生長和代謝提供能量。通過合理控制葡萄糖的添加量，可調(diào)節(jié)廢水的化學(xué)需氧量（COD），使其符合實際污水的碳氮比要求。在實際操作中，根據(jù)不同的試驗?zāi)康?，將COD濃度控制在200-400mg/L之間。磷酸二氫鉀（KH_{2}PO_{4}）作為磷源被添加到廢水中，以滿足微生物對磷元素的需求。按照微生物生長的營養(yǎng)比例，將磷的含量控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，一般使廢水中的總磷濃度保持在5-10mg/L。此外，還添加了一定量的微量元素，如硫酸鎂（MgSO_{4}）、氯化鈣（CaCl_{2}）等，這些微量元素雖然在廢水中的含量相對較少，但對于維持微生物的正常生理功能和代謝活動起著不可或缺的作用。通過精確控制這些微量元素的添加量，為微生物提供了一個全面且適宜的生長環(huán)境。為確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，需要對主要水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的檢測分析。氨氮的測定采用納氏試劑分光光度法。該方法的原理基于氨氮與納氏試劑在堿性條件下發(fā)生反應(yīng)，生成黃棕色絡(luò)合物，其色度與氨氮含量成正比。通過使用紫外可見分光光度計，在特定波長（通常為420nm）下測量絡(luò)合物的吸光度，然后根據(jù)預(yù)先繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線，即可準(zhǔn)確計算出氨氮的含量。在具體操作過程中，首先需要對水樣進(jìn)行預(yù)處理，以去除可能存在的干擾物質(zhì)。對于較為清潔的水樣，可直接取適量水樣進(jìn)行測定；而對于含有懸浮物或其他雜質(zhì)的水樣，則需采用絮凝沉淀或蒸餾等方法進(jìn)行預(yù)處理。在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制時，需要準(zhǔn)確配制一系列不同濃度的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照相同的測定步驟測量其吸光度，從而得到吸光度與氨氮濃度之間的線性關(guān)系。亞硝酸鹽氮的檢測采用鹽酸萘乙二胺分光光度法。在pH為2.0-2.5的酸性條件下，亞硝酸鹽與對氨基苯磺酸發(fā)生重氮化反應(yīng)，生成重氮鹽，重氮鹽再與鹽酸萘乙二胺發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，生成紫紅色的偶氮染料。該染料在543nm波長處有最大吸收峰，通過測量其吸光度，并與標(biāo)準(zhǔn)曲線對比，即可確定亞硝酸鹽氮的含量。在實際操作中，同樣需要對水樣進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，以確保測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。對于含有較高濃度有機(jī)物或其他干擾物質(zhì)的水樣，可能需要采用萃取、過濾等方法進(jìn)行處理。在標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制過程中，要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，確保標(biāo)準(zhǔn)溶液與水樣的反應(yīng)條件一致，以提高測定的精度。硝酸鹽氮的測定采用麝香草酚分光光度法。在濃硫酸存在的條件下，硝酸鹽與麝香草酚發(fā)生反應(yīng)，生成硝基酚化合物。該化合物在堿性溶液中呈現(xiàn)出黃色，其顏色深淺與硝酸鹽氮的含量相關(guān)。通過分光光度計在特定波長下測量吸光度，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算硝酸鹽氮的含量。在進(jìn)行水樣測定前，需要對水樣進(jìn)行預(yù)處理，以去除可能干擾測定的物質(zhì)。對于含有大量有機(jī)物的水樣，可能需要進(jìn)行消解處理，將有機(jī)物氧化分解，以避免其對硝酸鹽氮測定的干擾。在標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制時，要注意標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制精度和反應(yīng)條件的一致性，以保證測定結(jié)果的可靠性。化學(xué)需氧量（COD）的測定運用重鉻酸鉀法。在強(qiáng)酸性介質(zhì)中，以重鉻酸鉀為氧化劑，硫酸銀為催化劑，硫酸汞為氯離子掩蔽劑，加熱回流一定時間，使水樣中的有機(jī)物被氧化分解。過量的重鉻酸鉀以試亞鐵靈為指示劑，用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，根據(jù)消耗的硫酸亞鐵銨的量，計算出COD的含量。在實際操作中，要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，包括反應(yīng)溫度、時間、試劑用量等，以確保測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。對于不同類型的水樣，可能需要根據(jù)其特點進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，如稀釋、過濾等。在標(biāo)定硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液時，要采用基準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定，以提高測定的精度。pH值的測定使用pH計。pH計是一種專門用于測量溶液酸堿度的儀器，具有測量準(zhǔn)確、操作簡便等優(yōu)點。在使用pH計前，需要對其進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。校準(zhǔn)過程通常采用標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液進(jìn)行，通過將pH計的電極插入標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中，調(diào)整儀器的讀數(shù)，使其與標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的pH值一致。在測量水樣的pH值時，將校準(zhǔn)后的pH計電極插入水樣中，待讀數(shù)穩(wěn)定后，即可讀取水樣的pH值。為了保證測量結(jié)果的可靠性，每次測量前都要檢查電極的狀態(tài)，確保電極表面清潔、無損壞。以上水質(zhì)分析方法均嚴(yán)格遵循相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范進(jìn)行操作，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性。在每次試驗過程中，對每個水樣都進(jìn)行多次平行測定，取其平均值作為最終測定結(jié)果。同時，定期對分析儀器進(jìn)行校準(zhǔn)和維護(hù)，確保儀器的性能穩(wěn)定可靠。此外，還采用標(biāo)準(zhǔn)樣品對分析方法進(jìn)行驗證，以保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。3.3分析項目與檢測方法在本試驗中，為全面、準(zhǔn)確地評估SBR法亞硝酸型生物脫氮的效果和反應(yīng)過程，對多個關(guān)鍵項目進(jìn)行了細(xì)致分析，并嚴(yán)格采用標(biāo)準(zhǔn)檢測方法，以確保數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。氨氮作為污水中氮素的重要存在形式之一，其含量的變化直接反映了硝化過程的進(jìn)行程度。采用納氏試劑分光光度法進(jìn)行測定，該方法依據(jù)氨氮與納氏試劑在堿性環(huán)境下發(fā)生特異性反應(yīng)，生成黃棕色絡(luò)合物，且絡(luò)合物色度與氨氮含量呈正相關(guān)的原理。具體操作時，先對水樣進(jìn)行預(yù)處理，若水樣較為清潔，可直接取適量水樣；若水樣含有雜質(zhì)或干擾物質(zhì)，則需通過絮凝沉淀或蒸餾等方法去除。之后，在50mL比色管中依次加入適量水樣、1.0mL酒石酸鉀鈉溶液，搖勻后再加入1.0mL納氏試劑，再次搖勻并靜置10min。使用紫外可見分光光度計，在420nm波長處，以蒸餾水作為參比，測量吸光度，通過預(yù)先繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線，即可精確計算出氨氮的含量。亞硝酸鹽氮是亞硝酸型生物脫氮過程中的關(guān)鍵中間產(chǎn)物，其濃度的監(jiān)測對于判斷脫氮路徑和效果至關(guān)重要。運用鹽酸萘乙二胺分光光度法進(jìn)行檢測，在pH值為2.0-2.5的酸性條件下，亞硝酸鹽與對氨基苯磺酸發(fā)生重氮化反應(yīng)，生成重氮鹽，重氮鹽進(jìn)一步與鹽酸萘乙二胺發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，生成紫紅色的偶氮染料。該染料在543nm波長處有最大吸收峰，通過測量其吸光度，并與標(biāo)準(zhǔn)曲線對比，從而確定亞硝酸鹽氮的含量。在操作過程中，同樣需要對水樣進(jìn)行必要的預(yù)處理，以排除干擾因素。對于含有較高濃度有機(jī)物或其他干擾物質(zhì)的水樣，可能需要采用萃取、過濾等方法進(jìn)行處理。硝酸鹽氮的測定采用麝香草酚分光光度法，在濃硫酸存在的條件下，硝酸鹽與麝香草酚發(fā)生反應(yīng)，生成硝基酚化合物。該化合物在堿性溶液中呈現(xiàn)出黃色，其顏色深淺與硝酸鹽氮的含量相關(guān)。通過分光光度計在特定波長下測量吸光度，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算硝酸鹽氮的含量。在進(jìn)行水樣測定前，需要對水樣進(jìn)行預(yù)處理，以去除可能干擾測定的物質(zhì)。對于含有大量有機(jī)物的水樣，可能需要進(jìn)行消解處理，將有機(jī)物氧化分解，以避免其對硝酸鹽氮測定的干擾?；瘜W(xué)需氧量（COD）能夠綜合反映污水中有機(jī)物的含量，對其測定有助于了解污水的可生化性和處理效果。采用重鉻酸鉀法進(jìn)行測定，在強(qiáng)酸性介質(zhì)中，以重鉻酸鉀為氧化劑，硫酸銀為催化劑，硫酸汞為氯離子掩蔽劑，加熱回流2小時，使水樣中的有機(jī)物被氧化分解。過量的重鉻酸鉀以試亞鐵靈為指示劑，用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，根據(jù)消耗的硫酸亞鐵銨的量，計算出COD的含量。在實際操作中，要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，包括反應(yīng)溫度、時間、試劑用量等，以確保測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。pH值對微生物的生長和代謝有著重要影響，進(jìn)而影響亞硝酸型生物脫氮的效果。使用pH計進(jìn)行測定，在使用pH計前，需用標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液對其進(jìn)行校準(zhǔn)，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。校準(zhǔn)過程通常采用兩種不同pH值的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，如pH4.00和pH6.86的緩沖溶液，將pH計的電極分別插入兩種緩沖溶液中，調(diào)整儀器的讀數(shù)，使其與緩沖溶液的pH值一致。在測量水樣的pH值時，將校準(zhǔn)后的pH計電極插入水樣中，待讀數(shù)穩(wěn)定后，讀取水樣的pH值。污泥沉降比（SV）能夠直觀反映活性污泥的沉降性能和凝聚性，通過測量SV值，可以及時了解污泥的狀態(tài)和處理效果。取100mL混合液于100mL量筒中，靜置沉淀30min后，讀取沉淀污泥的體積，以沉淀污泥體積占混合液體積的百分比表示SV值。在測量過程中，要確保量筒的垂直放置，避免外界干擾，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。污泥體積指數(shù)（SVI）是衡量活性污泥沉降性能的重要指標(biāo)，它綜合考慮了污泥的濃度和沉降性能。通過公式SVI=SV（%）×10/MLSS（g/L）計算得出，其中MLSS為混合液懸浮固體濃度。在測量MLSS時，先將定量濾紙在103-105℃下烘干至恒重，稱重并記錄質(zhì)量m1。取一定體積的混合液，用已恒重的濾紙進(jìn)行過濾，將截留污泥的濾紙放入103-105℃的烘箱中烘干至恒重，稱重并記錄質(zhì)量m2。則MLSS=（m2-m1）/V×1000（g/L），其中V為混合液體積（L）。以上檢測方法均嚴(yán)格遵循相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，如氨氮測定遵循《水質(zhì)氨氮的測定納氏試劑分光光度法》（HJ535-2009），亞硝酸鹽氮測定遵循《水質(zhì)亞硝酸鹽氮的測定分光光度法》（GB7493-87），硝酸鹽氮測定遵循《水質(zhì)硝酸鹽氮的測定麝香草酚分光光度法》（HJ/T346-2007），化學(xué)需氧量測定遵循《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法》（GB11914-89）等。在每次試驗過程中，對每個水樣都進(jìn)行多次平行測定，取其平均值作為最終測定結(jié)果，以減小誤差。同時，定期對分析儀器進(jìn)行校準(zhǔn)和維護(hù)，確保儀器的性能穩(wěn)定可靠。此外，還采用標(biāo)準(zhǔn)樣品對分析方法進(jìn)行驗證，以保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。四、試驗結(jié)果與討論4.1污泥的培養(yǎng)與馴化在本試驗中，污泥的培養(yǎng)與馴化是實現(xiàn)亞硝酸型生物脫氮的關(guān)鍵基礎(chǔ)步驟。以取自某污水處理廠二沉池底部的回流污泥作為接種污泥，這些污泥在原污水處理廠的環(huán)境中已經(jīng)適應(yīng)了一定的水質(zhì)和處理工藝，但為了使其能夠在本試驗的SBR反應(yīng)器中高效地進(jìn)行亞硝酸型生物脫氮，需要進(jìn)行進(jìn)一步的培養(yǎng)和馴化。在污泥培養(yǎng)馴化初期，向SBR反應(yīng)器內(nèi)加入人工配制廢水，其主要成分包括以氯化銨提供的氨氮、葡萄糖作為碳源、磷酸二氫鉀作為磷源以及適量的微量元素。在這個階段，控制較低的負(fù)荷，使污泥逐漸適應(yīng)新的水質(zhì)和環(huán)境條件。密切監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)的各項指標(biāo)，如污泥沉降比（SV）、污泥體積指數(shù)（SVI）、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮以及化學(xué)需氧量（COD）等。在培養(yǎng)馴化過程中，污泥的特性發(fā)生了顯著變化。污泥沉降比（SV）是衡量污泥沉降性能的重要指標(biāo)，在培養(yǎng)初期，SV值波動較大，隨著培養(yǎng)馴化的進(jìn)行，SV值逐漸趨于穩(wěn)定。從圖1可以清晰地看出，在培養(yǎng)初期，SV值在20%-30%之間波動，這是因為接種污泥需要一定時間適應(yīng)新環(huán)境，微生物的代謝活動和生長繁殖尚未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。隨著時間的推移，經(jīng)過約10天的培養(yǎng)馴化，SV值逐漸穩(wěn)定在25%左右，表明污泥的沉降性能逐漸改善，活性污泥的結(jié)構(gòu)和性能逐漸穩(wěn)定。這可能是由于在培養(yǎng)馴化過程中，微生物逐漸適應(yīng)了人工配制廢水的水質(zhì)，形成了結(jié)構(gòu)緊密、沉降性能良好的活性污泥絮體。污泥體積指數(shù)（SVI）是另一個重要的污泥性能指標(biāo)，它綜合反映了污泥的沉降性能和凝聚性。在培養(yǎng)初期，SVI值較高，約為120-150mL/g，這意味著污泥的沉降性能較差，可能存在污泥膨脹的風(fēng)險。隨著培養(yǎng)馴化的持續(xù)進(jìn)行，SVI值逐漸下降。在培養(yǎng)20天后，SVI值穩(wěn)定在100mL/g左右，說明污泥的凝聚性和沉降性能得到了明顯改善。這是因為在馴化過程中，通過合理控制營養(yǎng)物質(zhì)的投加、曝氣條件以及水力停留時間等因素，促進(jìn)了微生物之間的相互作用和凝聚，形成了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的活性污泥，從而降低了SVI值。在污泥培養(yǎng)馴化過程中，微生物群落結(jié)構(gòu)也發(fā)生了顯著變化。通過現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，如高通量測序分析發(fā)現(xiàn)，在接種污泥中，微生物種類繁多，包括多種異養(yǎng)菌、硝化菌和反硝化菌等。隨著培養(yǎng)馴化的進(jìn)行，亞硝酸菌的相對豐度逐漸增加，成為優(yōu)勢菌種。在培養(yǎng)初期，亞硝酸菌的相對豐度僅為5%左右，而在經(jīng)過30天的培養(yǎng)馴化后，亞硝酸菌的相對豐度增加到了30%以上。這是因為在本試驗的SBR反應(yīng)器運行條件下，通過精確控制溶解氧、pH值、溫度等因素，為亞硝酸菌的生長和繁殖創(chuàng)造了有利條件。較低的溶解氧濃度（控制在0.5-1.0mg/L）有利于亞硝酸菌在競爭中占據(jù)優(yōu)勢，抑制硝酸菌的生長。適宜的pH值（控制在7.5-8.5之間）和溫度（控制在25-30℃之間）也為亞硝酸菌的代謝活動提供了良好的環(huán)境，使其能夠高效地將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮。同時，在培養(yǎng)馴化過程中，還觀察到反硝化菌的相對豐度也有所增加。反硝化菌在亞硝酸型生物脫氮過程中起著關(guān)鍵作用，它們能夠利用亞硝酸鹽氮進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為氮氣排出。通過優(yōu)化反應(yīng)器的運行條件，如在沉淀和閑置階段創(chuàng)造缺氧環(huán)境，為反硝化菌的生長和反硝化反應(yīng)的進(jìn)行提供了適宜的條件，從而促進(jìn)了反硝化菌的富集和生長。在培養(yǎng)初期，反硝化菌的相對豐度為10%左右，經(jīng)過培養(yǎng)馴化后，其相對豐度增加到了20%以上。此外，在污泥培養(yǎng)馴化過程中，還對反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧、pH值和溫度等環(huán)境因素進(jìn)行了嚴(yán)格監(jiān)測和控制。溶解氧作為影響硝化過程的關(guān)鍵因素，在培養(yǎng)馴化過程中，通過精確調(diào)節(jié)曝氣強(qiáng)度和時間，將溶解氧濃度控制在設(shè)定范圍內(nèi)。在培養(yǎng)初期，由于微生物的代謝活動較弱，對溶解氧的需求相對較低，將溶解氧濃度控制在0.5mg/L左右。隨著培養(yǎng)馴化的進(jìn)行，微生物的活性逐漸增強(qiáng)，對溶解氧的需求增加，逐漸將溶解氧濃度提高到1.0mg/L左右。pH值對微生物的生長和代謝有著重要影響，在培養(yǎng)馴化過程中，通過添加適量的酸堿調(diào)節(jié)劑，將pH值穩(wěn)定在7.5-8.5之間。溫度也是影響微生物生長和代謝的重要因素，通過加熱或冷卻裝置，將反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制在25-30℃之間。經(jīng)過約30天的精心培養(yǎng)馴化，污泥成功適應(yīng)了本試驗的環(huán)境條件，亞硝酸菌成為優(yōu)勢菌種，污泥的沉降性能和凝聚性良好，為后續(xù)的SBR法亞硝酸型生物脫氮試驗奠定了堅實的基礎(chǔ)。在后續(xù)的試驗中，將進(jìn)一步研究不同運行參數(shù)對亞硝酸型生物脫氮效果的影響，以及深入探討亞硝酸型生物脫氮的微生物學(xué)機(jī)理。4.2SBR法亞硝酸型生物脫氮效果分析在本試驗中，對SBR法亞硝酸型生物脫氮效果進(jìn)行了全面而深入的研究。通過系統(tǒng)地改變運行條件，包括初始pH值、初始DO（溶解氧）、氨氮負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷以及溫度等，詳細(xì)分析了這些因素對氨氮、亞硝酸鹽氮和總氮去除率及變化趨勢的影響。在初始pH值對脫氮效果的影響試驗中，設(shè)置了pH值為7.0、7.5、8.0、8.5和9.0這五個不同的梯度，其他運行條件保持一致。試驗結(jié)果如圖2所示，隨著初始pH值的升高，氨氮去除率先上升后略有下降。當(dāng)pH值為7.5時，氨氮去除率達(dá)到最高，約為95%。這是因為在這個pH值范圍內(nèi)，亞硝酸菌的活性較高，能夠高效地將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮。而當(dāng)pH值過高，超過8.5時，雖然亞硝酸菌的活性可能不會受到太大影響，但會導(dǎo)致游離氨（FA）濃度升高，過高的游離氨會對亞硝酸菌的生長和代謝產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，從而使氨氮去除率略有下降。對于亞硝酸鹽氮的積累率，在pH值為7.5-8.0時達(dá)到最高，約為85%。這是因為在這個pH值區(qū)間，亞硝酸菌的生長和代謝最為活躍，能夠有效地將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，同時抑制硝酸菌的活性，減少亞硝酸鹽氮向硝酸鹽氮的轉(zhuǎn)化?？偟コ室渤尸F(xiàn)出與氨氮去除率相似的變化趨勢，在pH值為7.5時達(dá)到最高，約為80%。這表明在適宜的pH值條件下，不僅有利于氨氮的硝化，還能促進(jìn)反硝化反應(yīng)的進(jìn)行，從而提高總氮的去除效果。初始DO對脫氮效果的影響同樣顯著。在試驗中，將初始DO濃度分別控制在0.5mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L和2.5mg/L。從圖3可以看出，隨著初始DO濃度的增加，氨氮去除率逐漸升高，當(dāng)DO濃度達(dá)到1.0mg/L時，氨氮去除率達(dá)到90%左右。這是因為在一定范圍內(nèi)，較高的溶解氧濃度能夠為亞硝酸菌提供充足的電子受體，促進(jìn)氨氮的氧化。然而，當(dāng)DO濃度繼續(xù)升高，超過1.5mg/L時，硝酸菌的活性逐漸增強(qiáng)，導(dǎo)致亞硝酸鹽氮的積累率下降。在DO濃度為0.5-1.0mg/L時，亞硝酸鹽氮的積累率較高，約為80%。這是因為在低溶解氧條件下，亞硝酸菌對溶解氧的親和力相對較高，能夠優(yōu)先利用有限的溶解氧將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，而硝酸菌的活性受到抑制?？偟コ试贒O濃度為1.0mg/L時達(dá)到最高，約為75%。這說明在這個溶解氧濃度下，既能保證氨氮的有效硝化，又能維持一定的亞硝酸鹽氮積累，為后續(xù)的反硝化反應(yīng)提供了良好的條件。氨氮負(fù)荷對SBR法亞硝酸型生物脫氮效果也有著重要影響。試驗中設(shè)置了氨氮負(fù)荷分別為0.05kg/(m3?d)、0.10kg/(m3?d)、0.15kg/(m3?d)、0.20kg/(m3?d)和0.25kg/(m3?d)。結(jié)果如圖4所示，隨著氨氮負(fù)荷的增加，氨氮去除率在一定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，當(dāng)氨氮負(fù)荷達(dá)到0.15kg/(m3?d)時，氨氮去除率仍能維持在90%左右。這表明在一定的氨氮負(fù)荷范圍內(nèi)，亞硝酸菌能夠適應(yīng)并高效地將氨氮氧化。然而，當(dāng)氨氮負(fù)荷繼續(xù)升高，超過0.20kg/(m3?d)時，氨氮去除率開始下降。這可能是因為過高的氨氮負(fù)荷對亞硝酸菌產(chǎn)生了抑制作用，影響了其正常的生長和代謝。亞硝酸鹽氮的積累率隨著氨氮負(fù)荷的增加而逐漸增加，在氨氮負(fù)荷為0.20kg/(m3?d)時達(dá)到最高，約為85%。這是因為較高的氨氮負(fù)荷使亞硝酸菌在競爭中占據(jù)優(yōu)勢，抑制了硝酸菌的生長，有利于亞硝酸型硝化的實現(xiàn)?？偟コ试诎钡?fù)荷為0.15kg/(m3?d)時達(dá)到最高，約為78%。這說明在這個氨氮負(fù)荷下，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較好的硝化和反硝化效果，從而提高總氮的去除率。有機(jī)負(fù)荷對脫氮效果的影響也不容忽視。在試驗中，將有機(jī)負(fù)荷分別設(shè)置為0.2kg/(m3?d)、0.4kg/(m3?d)、0.6kg/(m3?d)、0.8kg/(m3?d)和1.0kg/(m3?d)。從圖5可以看出，隨著有機(jī)負(fù)荷的增加，氨氮去除率逐漸下降。當(dāng)有機(jī)負(fù)荷為0.2kg/(m3?d)時，氨氮去除率約為95%，而當(dāng)有機(jī)負(fù)荷增加到1.0kg/(m3?d)時，氨氮去除率降至75%左右。這是因為有機(jī)負(fù)荷過高會使異養(yǎng)菌大量繁殖，與亞硝酸菌競爭底物和溶解氧，從而影響亞硝酸菌的生長和氨氮的氧化。亞硝酸鹽氮的積累率也隨著有機(jī)負(fù)荷的增加而下降，在有機(jī)負(fù)荷為0.2kg/(m3?d)時，亞硝酸鹽氮積累率約為85%，而當(dāng)有機(jī)負(fù)荷增加到1.0kg/(m3?d)時，積累率降至60%左右?？偟コ释瑯与S著有機(jī)負(fù)荷的增加而下降，在有機(jī)負(fù)荷為0.2kg/(m3?d)時，總氮去除率約為80%，而當(dāng)有機(jī)負(fù)荷增加到1.0kg/(m3?d)時，總氮去除率降至55%左右。這表明有機(jī)負(fù)荷過高會對SBR法亞硝酸型生物脫氮效果產(chǎn)生負(fù)面影響，在實際應(yīng)用中需要合理控制有機(jī)負(fù)荷。溫度對SBR法亞硝酸型生物脫氮效果的影響也進(jìn)行了深入研究。試驗中設(shè)置了溫度分別為15℃、20℃、25℃、30℃和35℃。結(jié)果如圖6所示，隨著溫度的升高，氨氮去除率先上升后下降，在溫度為25℃時達(dá)到最高，約為95%。這是因為在這個溫度范圍內(nèi)，亞硝酸菌的活性較高，能夠高效地進(jìn)行氨氮氧化反應(yīng)。當(dāng)溫度低于20℃時，亞硝酸菌和硝酸菌的活性都會下降，但硝酸菌的活性下降更為明顯，這使得在較低溫度下更容易實現(xiàn)亞硝酸型硝化。然而，當(dāng)溫度超過30℃時，亞硝酸菌和硝酸菌的生長和代謝都會受到嚴(yán)重影響，甚至可能導(dǎo)致微生物失活，從而破壞亞硝酸型生物脫氮系統(tǒng)的穩(wěn)定性。亞硝酸鹽氮的積累率在溫度為25-30℃時達(dá)到最高，約為85%?？偟コ试跍囟葹?5℃時達(dá)到最高，約為80%。這說明在適宜的溫度條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的亞硝酸型生物脫氮效果。通過對不同運行條件下SBR法亞硝酸型生物脫氮效果的分析，可以得出以下結(jié)論：初始pH值為7.5、初始DO為1.0mg/L、氨氮負(fù)荷為0.15kg/(m3?d)、有機(jī)負(fù)荷為0.2kg/(m3?d)、溫度為25℃時，SBR法亞硝酸型生物脫氮效果最佳，氨氮去除率可達(dá)95%左右，亞硝酸鹽氮積累率可達(dá)85%左右，總氮去除率可達(dá)80%左右。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的水質(zhì)和處理要求，合理調(diào)整運行參數(shù)，以實現(xiàn)高效穩(wěn)定的亞硝酸型生物脫氮。4.3影響SBR法亞硝酸型生物脫氮的因素研究4.3.1pH值的影響pH值對SBR法亞硝酸型生物脫氮具有至關(guān)重要的影響，它不僅直接作用于微生物的生長和代謝過程，還通過改變環(huán)境中物質(zhì)的存在形態(tài)和反應(yīng)平衡，間接影響脫氮效果。在本試驗中，通過設(shè)置不同的初始pH值，深入探究其對亞硝酸型生物脫氮的影響規(guī)律。當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的初始pH值發(fā)生變化時，亞硝酸菌和硝酸菌的活性會受到顯著影響。亞硝酸菌和硝酸菌都是化能自養(yǎng)型微生物，它們的代謝活動依賴于細(xì)胞內(nèi)一系列酶的催化作用，而pH值的改變會直接影響這些酶的活性。在適宜的pH值范圍內(nèi)，酶的活性較高，能夠高效地催化氨氮氧化反應(yīng)。當(dāng)pH值為7.5-8.5時，亞硝酸菌的活性較高，能夠迅速將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮。這是因為在這個pH值范圍內(nèi)，亞硝酸菌細(xì)胞內(nèi)的酶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠與底物充分結(jié)合，促進(jìn)氨氮的氧化。然而，當(dāng)pH值過高，超過9.0時，雖然亞硝酸菌的活性可能不會受到太大影響，但會導(dǎo)致游離氨（FA）濃度升高。游離氨對硝酸菌具有較強(qiáng)的抑制作用，會干擾硝酸菌細(xì)胞內(nèi)的代謝過程，抑制其生長和繁殖。過高的游離氨也可能對亞硝酸菌的生長和代謝產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，如影響其對底物的攝取和利用，從而使氨氮去除率略有下降。當(dāng)pH值過低，低于7.0時，亞硝酸菌和硝酸菌的活性都會受到明顯抑制。這是因為在酸性環(huán)境下，酶的結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生改變，導(dǎo)致其活性降低，甚至失活。此時，硝化反應(yīng)速率減慢，不利于亞硝酸型生物脫氮的進(jìn)行。pH值還會影響氨氮和亞硝酸鹽氮的存在形態(tài)。在不同的pH值條件下，氨氮和亞硝酸鹽氮會以不同的形式存在，而這些不同的存在形式對微生物的利用效率和反應(yīng)速率有著重要影響。在堿性條件下，氨氮主要以游離氨（FA）的形式存在，而在酸性條件下，氨氮主要以銨離子（NH_{4}^{+}）的形式存在。亞硝酸菌對銨離子的親和力較高，能夠優(yōu)先利用銨離子進(jìn)行氨氮氧化反應(yīng)。當(dāng)pH值過高時，游離氨濃度增加，雖然亞硝酸菌仍能利用游離氨進(jìn)行氧化反應(yīng)，但過高的游離氨可能會對其產(chǎn)生一定的抑制作用。對于亞硝酸鹽氮，在不同的pH值條件下，其存在形態(tài)也會發(fā)生變化。在酸性條件下，亞硝酸鹽氮可能會與氫離子結(jié)合，形成亞硝酸（HNO_{2}），而亞硝酸的穩(wěn)定性較差，容易分解，從而影響亞硝酸鹽氮的積累和后續(xù)的反硝化反應(yīng)。在實際運行中，為了實現(xiàn)高效的SBR法亞硝酸型生物脫氮，需要將初始pH值控制在適宜的范圍內(nèi)。根據(jù)本試驗結(jié)果，將初始pH值控制在7.5左右時，氨氮去除率可達(dá)95%左右，亞硝酸鹽氮積累率可達(dá)85%左右，總氮去除率可達(dá)80%左右。在實際應(yīng)用中，還需要考慮水質(zhì)、水量的波動以及其他因素對pH值的影響，及時調(diào)整pH值，以保證亞硝酸型生物脫氮系統(tǒng)的穩(wěn)定運行?？梢酝ㄟ^添加酸堿調(diào)節(jié)劑，如氫氧化鈉（NaOH）或鹽酸（HCl），來調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的pH值。同時，也可以利用污水中的堿度來緩沖pH值的變化，減少酸堿調(diào)節(jié)劑的使用量。4.3.2溶解氧（DO）的影響溶解氧（DO）是影響SBR法亞硝酸型生物脫氮的關(guān)鍵因素之一，它在硝化和反硝化過程中都起著至關(guān)重要的作用。在本試驗中，通過精確控制反應(yīng)器內(nèi)的初始DO濃度，深入研究其對脫氮過程的影響。在硝化過程中，溶解氧作為電子受體，直接參與氨氮的氧化反應(yīng)。亞硝酸菌和硝酸菌都是好氧微生物，它們需要充足的溶解氧來進(jìn)行代謝活動。當(dāng)溶解氧濃度較低時，亞硝酸菌和硝酸菌的活性都會受到抑制，氨氮的氧化速率減慢。當(dāng)溶解氧濃度低于0.5mg/L時，亞硝酸菌和硝酸菌的生長和代謝會受到顯著影響，氨氮去除率明顯下降。這是因為在低溶解氧條件下，微生物無法獲得足夠的電子受體，導(dǎo)致代謝過程受阻，能量供應(yīng)不足，從而影響其生長和繁殖。隨著溶解氧濃度的增加，亞硝酸菌和硝酸菌的活性逐漸增強(qiáng)，氨氮的氧化速率加快。當(dāng)溶解氧濃度達(dá)到1.0mg/L時，氨氮去除率達(dá)到90%左右。在這個溶解氧濃度下，亞硝酸菌能夠獲得充足的電子受體，高效地將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮。然而，當(dāng)溶解氧濃度繼續(xù)升高，超過1.5mg/L時，硝酸菌的活性逐漸增強(qiáng)。硝酸菌對溶解氧的親和力相對較低，但在高溶解氧條件下，其生長和代謝受到的抑制作用減弱，能夠利用亞硝酸鹽氮進(jìn)行進(jìn)一步的氧化反應(yīng)，將亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。這導(dǎo)致亞硝酸鹽氮的積累率下降，不利于亞硝酸型生物脫氮的實現(xiàn)。溶解氧對反硝化過程也有著重要影響。反硝化細(xì)菌是兼性厭氧菌，在缺氧條件下，它們能夠利用亞硝酸鹽氮或硝酸鹽氮作為電子受體，進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為氮氣排出。當(dāng)溶解氧存在時，反硝化細(xì)菌會優(yōu)先利用分子態(tài)氧作為電子受體，進(jìn)行有氧呼吸。這是因為有氧呼吸能夠產(chǎn)生更多的能量，滿足反硝化細(xì)菌的生長和代謝需求。當(dāng)溶解氧濃度過高時，反硝化反應(yīng)會受到抑制。當(dāng)溶解氧濃度達(dá)到2.0mg/L時，反硝化反應(yīng)幾乎無法進(jìn)行，總氮去除率明顯下降。為了保證反硝化反應(yīng)的順利進(jìn)行，需要將溶解氧濃度控制在較低水平。一般認(rèn)為，將溶解氧濃度控制在0.5mg/L以下時，反硝化反應(yīng)能夠正常進(jìn)行。在實際運行中，可以通過合理調(diào)整曝氣時間和強(qiáng)度，控制反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧濃度，創(chuàng)造適宜的缺氧環(huán)境，促進(jìn)反硝化反應(yīng)的進(jìn)行。溶解氧還會影響亞硝酸菌和硝酸菌之間的競爭關(guān)系。亞硝酸菌和硝酸菌在硝化過程中存在競爭關(guān)系，它們爭奪底物（氨氮和亞硝酸鹽氮）和溶解氧。在低溶解氧條件下，亞硝酸菌對溶解氧的親和力相對較高，能夠優(yōu)先利用有限的溶解氧將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮。這使得亞硝酸菌在競爭中占據(jù)優(yōu)勢，抑制了硝酸菌的生長和代謝。而在高溶解氧條件下，硝酸菌的競爭力增強(qiáng)，容易導(dǎo)致亞硝酸型硝化向全程硝化轉(zhuǎn)變。通過控制溶解氧濃度，可以調(diào)節(jié)亞硝酸菌和硝酸菌之間的競爭關(guān)系，實現(xiàn)對硝化過程的精準(zhǔn)控制，促進(jìn)亞硝酸型生物脫氮的穩(wěn)定進(jìn)行。在實際應(yīng)用中，為了實現(xiàn)高效的SBR法亞硝酸型生物脫氮，需要將初始DO濃度控制在適宜的范圍內(nèi)。根據(jù)本試驗結(jié)果，將初始DO濃度控制在1.0mg/L左右時，既能保證氨氮的有效硝化，又能維持一定的亞硝酸鹽氮積累，為后續(xù)的反硝化反應(yīng)提供良好的條件，此時總氮去除率可達(dá)75%左右。在實際運行中，還需要根據(jù)水質(zhì)、水量的變化以及其他因素，實時監(jiān)測和調(diào)整溶解氧濃度，以保證亞硝酸型生物脫氮系統(tǒng)的穩(wěn)定運行?？梢酝ㄟ^安裝溶解氧傳感器，實時監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧濃度，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果自動調(diào)整曝氣設(shè)備的運行參數(shù)，實現(xiàn)對溶解氧濃度的精確控制。4.3.3氨氮負(fù)荷的影響氨氮負(fù)荷作為影響SBR法亞硝酸型生物脫氮的重要因素，對整個脫氮過程的穩(wěn)定性和效率起著關(guān)鍵作用。在本試驗中，通過設(shè)置不同的氨氮負(fù)荷，深入探究其對亞硝酸型生物脫氮的影響規(guī)律。當(dāng)氨氮負(fù)荷較低時，亞硝酸菌和硝酸菌都能獲得足夠的底物進(jìn)行生長和代謝。在氨氮負(fù)荷為0.05kg/(m3?d)時，氨氮去除率較高，可達(dá)90%以上。這是因為在低氨氮負(fù)荷下，亞硝酸菌和硝酸菌能夠充分利用氨氮，將其氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。此時，亞硝酸菌和硝酸菌的生長和代謝處于相對平衡的狀態(tài)，亞硝酸鹽氮的積累率較低。隨著氨氮負(fù)荷的逐漸增加，亞硝酸菌在競爭中逐漸占據(jù)優(yōu)勢。在氨氮負(fù)荷為0.15kg/(m3?d)時，氨氮去除率仍能維持在90%左右。這是因為較高的氨氮負(fù)荷為亞硝酸菌提供了更多的底物，使其能夠快速生長和繁殖。亞硝酸菌對氨氮的親和力相對較高，在高氨氮負(fù)荷下，能夠優(yōu)先利用氨氮進(jìn)行氧化反應(yīng)，從而抑制了硝酸菌的生長。這有利于亞硝酸型硝化的實現(xiàn)，使得亞硝酸鹽氮的積累率逐漸增加。當(dāng)氨氮負(fù)荷達(dá)到0.20kg/(m3?d)時，亞硝酸鹽氮積累率可達(dá)85%左右。然而，當(dāng)氨氮負(fù)荷過高時，會對亞硝酸型生物脫氮產(chǎn)生負(fù)面影響。當(dāng)氨氮負(fù)荷超過0.20kg/(m3?d)時，氨氮去除率開始下降。這是因為過高的氨氮負(fù)荷會對亞硝酸菌產(chǎn)生抑制作用。高濃度的氨氮會導(dǎo)致游離氨（FA）濃度升高，而游離氨對亞硝酸菌具有一定的毒性。游離氨可能會干擾亞硝酸菌細(xì)胞內(nèi)的代謝過程，影響其酶的活性和細(xì)胞膜的通透性，從而抑制亞硝酸菌的生長和代謝。過高的氨氮負(fù)荷還會使反應(yīng)器內(nèi)的底物濃度過高，導(dǎo)致反應(yīng)體系的滲透壓發(fā)生變化，對亞硝酸菌和其他微生物的生存環(huán)境產(chǎn)生不利影響。高氨氮負(fù)荷還會影響亞硝酸型生物脫氮系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在高氨氮負(fù)荷下，亞硝酸菌的生長和代謝可能會出現(xiàn)波動，導(dǎo)致亞硝酸鹽氮的積累不穩(wěn)定。如果氨氮負(fù)荷突然增加，亞硝酸菌可能無法及時適應(yīng)，從而導(dǎo)致氨氮氧化不完全，亞硝酸鹽氮積累量下降。這會影響后續(xù)的反硝化反應(yīng)，導(dǎo)致總氮去除率降低。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的水質(zhì)和處理要求，合理控制氨氮負(fù)荷。對于氨氮濃度較高的廢水，可以采用預(yù)處理措施，如吹脫、折點加氯等，降低氨氮濃度，再進(jìn)入SBR反應(yīng)器進(jìn)行處理。也可以通過調(diào)整SBR反應(yīng)器的運行參數(shù)，如延長反應(yīng)時間、增加曝氣量等，來提高系統(tǒng)對高氨氮負(fù)荷的適應(yīng)能力。根據(jù)本試驗結(jié)果，將氨氮負(fù)荷控制在0.15kg/(m3?d)左右時，SBR法亞硝酸型生物脫氮效果較好，氨氮去除率可達(dá)90%左右，亞硝酸鹽氮積累率可達(dá)80%左右，總氮去除率可達(dá)78%左右。在實際運行中，還需要實時監(jiān)測氨氮負(fù)荷和脫氮效果，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整運行參數(shù)，以保證亞硝酸型生物脫氮系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行。4.3.4有機(jī)負(fù)荷的影響有機(jī)負(fù)荷在SBR法亞硝酸型生物脫氮過程中扮演著重要角色，對脫氮效果和亞硝化率有著顯著影響。在本試驗中，通過改變有機(jī)負(fù)荷，系統(tǒng)地研究了其對SBR法亞硝酸型生物脫氮的作用。當(dāng)有機(jī)負(fù)荷較低時，異養(yǎng)菌的生長受到一定限制，它們對底物和溶解氧的競爭相對較弱。在有機(jī)負(fù)荷為0.2kg/(m3?d)時，氨氮去除率較高，可達(dá)95%左右，亞硝酸鹽氮積累率可達(dá)85%左右。這是因為在低有機(jī)負(fù)荷下，亞硝酸菌能夠充分利用氨氮進(jìn)行硝化反應(yīng)，同時溶解氧也能滿足其需求。此時，異養(yǎng)菌的數(shù)量相對較少，對亞硝酸菌的生長和代謝影響較小，有利于亞硝酸型生物脫氮的進(jìn)行。隨著有機(jī)負(fù)荷的逐漸增加，異養(yǎng)菌的生長和繁殖速度加快。異養(yǎng)菌是一類以有機(jī)物為碳源和能源的微生物，在高有機(jī)負(fù)荷下，它們能夠迅速利用有機(jī)物進(jìn)行生長和代謝。這導(dǎo)致異養(yǎng)菌與亞硝酸菌之間的競爭加劇，異養(yǎng)菌會爭奪底物和溶解氧。當(dāng)有機(jī)負(fù)荷增加到0.6kg/(m3?d)時，氨氮去除率降至80%左右，亞硝酸鹽氮積累率降至70%左右。這是因為異養(yǎng)菌的大量繁殖消耗了大量的溶解氧和有機(jī)物，使得亞硝酸菌可利用的底物和溶解氧減少，從而影響了氨氮的氧化和亞硝酸鹽氮的積累。有機(jī)負(fù)荷還會影響反硝化過程。反硝化細(xì)菌是異養(yǎng)菌，它們需要有機(jī)物作為電子供體進(jìn)行反硝化反應(yīng)。在有機(jī)負(fù)荷較低時，反硝化細(xì)菌可能會因為缺乏足夠的碳源而導(dǎo)致反硝化反應(yīng)不完全。當(dāng)有機(jī)負(fù)荷過高時，雖然為反硝化細(xì)菌提供了充足的碳源，但同時也會導(dǎo)致異養(yǎng)菌的過度生長，消耗過多的溶解氧，使得反應(yīng)器內(nèi)難以維持良好的缺氧環(huán)境，從而影響反硝化反應(yīng)的進(jìn)行。短程生物脫氮相較于傳統(tǒng)生物脫氮，具有節(jié)省碳源的顯著特點。在傳統(tǒng)生物脫氮過程中，需要將氨氮完全氧化為硝酸鹽氮，然后再進(jìn)行反硝化。這個過程中，反硝化細(xì)菌需要消耗大量的有機(jī)物作為電子供體，將硝酸鹽氮還原為氮氣。而在短程生物脫氮中，只需要將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，然后直接進(jìn)行反硝化。由于亞硝酸鹽氮還原為氮氣所需的電子供體較少，因此可以節(jié)省約40%的碳源。這對于處理碳源不足的廢水具有重要意義。在處理一些工業(yè)廢水或低碳氮比的污水時，短程生物脫氮技術(shù)能夠更好地發(fā)揮作用，提高脫氮效率，減少碳源的投加量。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)廢水的水質(zhì)和處理要求，合理控制有機(jī)負(fù)荷。對于碳源充足的廢水，可以適當(dāng)提高有機(jī)負(fù)荷，以充分利用廢水中的有機(jī)物，減少外加碳源的投加。但同時也要注意避免有機(jī)負(fù)荷過高，導(dǎo)致異養(yǎng)菌過度生長，影響亞硝酸型生物脫氮效果。對于碳源不足的廢水，可以通過投加適量的外加碳源，如甲醇、乙酸鈉等，來滿足反硝化細(xì)菌的需求。根據(jù)本試驗結(jié)果，將有機(jī)負(fù)荷控制在0.2kg/(m3?d)左右時，SBR法亞硝酸型生物脫氮效果較好，氨氮去除率可達(dá)95%左右，亞硝酸鹽氮積累率可達(dá)85%左右，總氮去除率可達(dá)80%左右。在實際運行中，還需要實時監(jiān)測有機(jī)負(fù)荷和脫氮效果，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整運行參數(shù)，以保證亞硝酸型生物脫氮系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行。4.3.5溫度的影響溫度作為影響微生物生長和代謝的關(guān)鍵因素，對SBR法亞硝酸型生物脫氮效果起著至關(guān)重要的作用。在本試驗中，通過設(shè)置不同的溫度條件，深入研究了溫度對SBR法亞硝酸型生物脫氮的影響。在適宜的溫度范圍內(nèi)，微生物的酶活性較高，代謝反應(yīng)能夠順利進(jìn)行。亞硝酸菌和硝酸菌的適宜生長溫度相近，一般在25-30℃之間。在這個溫度范圍內(nèi)，亞硝酸型生物脫氮效果較好。當(dāng)溫度為25℃時，氨氮去除率可達(dá)95%左右，亞硝酸鹽氮積累率可達(dá)85%左右，總氮去除率可達(dá)80%左右。這是因為在適宜溫度下，亞硝酸菌和硝酸菌的細(xì)胞內(nèi)酶活性較高，能夠高效地催化氨氮氧化反應(yīng)。酶是微生物代謝過程中的催化劑，其活性受到溫度的顯著影響。在適宜溫度下，酶的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠與底物充分結(jié)合，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。此時，微生物的生長和繁殖速度較快，能夠快速將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，并進(jìn)一步進(jìn)行反硝化反應(yīng)。當(dāng)溫度低于15℃時，亞硝酸菌和硝酸菌的活性都會下降