城市污水處理過程中不同形態氮類營養物的轉化工藝

城市污水中的氮類營養物可分為有機氮和無機氮兩大類，其中有機氮可分為:顆粒態有機氮(PON)和溶解態有機氮(DON)2種;無機氮包括氨氮(NH3-N)?硝態氮(NO3-N)和亞硝態氮(NO2-N)。污水進入二級生物處理系統(AAO?氧化溝?SBR等)后，無機氮元素在硝化/反硝化細菌作用下轉化環境工程學報第9卷成N2 排出系統[1]。隨著我國水環境質量的持續惡化[2]，已有的標準和規范對污水廠出水總氮排放量的控制愈加嚴格[3];為此研究人員針對污水處理工藝和系統操作參數進行大量的研究并進行了改進與優化，確保處理水總氮指標能達到排放標準[4-6]，但對處理水中氮營養鹽的賦存形態卻少有研究。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的去除規律和轉化特性，迄今為止鮮有文獻報道。

　　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進行分析，以期揭示氮元素在污水處理過程中的遷移轉化規律，對今后污水處理廠出水TN排放指標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。此次研究選擇細格柵出水作為系統總進水，二沉池出水作為總出水。

　　污水中不同形態氮營養物組分之間關系如圖2所示，其中顆粒態氮(particulatenitrogen，PN)和溶解態氮(dissolvednitrogen，DN)用孔徑為0.45μm濾膜區分。溶解態氮又包括溶解態有機氮(dissolve-dorganicnitrogen，DON)和溶解態無機氮(dissolvedinorganicnitrogen，DIN);顆粒態氮包括顆粒態有機氮(particulateorganicnitrogen，PON)和少量吸附在顆粒上的溶解態氮，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任公司生產的TU-1901雙光束紫外可見分光光度計，測量方法均采用《水和廢水監測分析方法》(第4版)上的標準方法，使用試劑均為標準方法上要求的優級純試劑。

　　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

　　建立反應器(見圖3)，選擇與污水廠相同的工藝參數，模擬溶解性有機氮在生物反應池中的降解。取回流污泥作為反應器接種泥，反應器內污水取自初沉池出水，調節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2h，缺氧條件下反應5.5h，好氧條件下反應9h，在反應過程中要持續攪拌。厭氧過程結束后(2h)，向反應器中加入大約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 結果與討論

　　2.1 一級處理系統中氮營養物的分布

　　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%。不同形態氮類營養物分布如表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96.58%，其余3.42%為AN。AN主要有硝態氮和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%。不同形態氮類營養物分布如表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大可達到78%。