Page 186 - 《精细化工》2021年第8期

·1680· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

the removal rate of TIN was larger than 85%. Although the endogenous nitrification and denitrification
capacity of AGS was limited, the dosage of external carbon source could be reduced when it coupled with
exogenous nitrification and denitrification, indicating that the coupling denitrification had a good potential
of saving energy and reducing carbon source consumption.
Key words: aerobic granular sludge; alkalinity; carbon sources; nitrification; denitrification; simultaneous
nitrification and denitrification; water treatment technology

好氧颗粒污泥（AGS）是微生物在高选择压下 利用 AGS 处理该酸性废水时首先要调节碱度以保
[1]
[2]
凝聚形成的颗粒聚集体 ，由于其具有致密的结构 、 证硝化反应的顺利进行，同时，为实现总氮的有效
[5]
高耐毒性 [3-4] 、良好的沉降性能 等优点，已成为水 去除，一种可行的方案是投加碳源促进反硝化的进
处理领域中的研究热点，目前正处于应用推广的关 行。其中，AGS 的硝化反应需要消耗碱度，而反硝
键阶段。AGS 独特的三维结构可实现硝化细菌及反 化会贡献碱度。目前，如何精确控制碱度及外投碳
硝化细菌的分区定殖，因而可实现单级脱氮 [6-7] ，在 源质量浓度缺乏系统研究。因此，本研究探索碱度
污水脱氮处理中受到许多研究者的青睐。 及碳源质量浓度对 AGS 脱氮效果的影响，为离子型
[8]
影响 AGS 脱氮效果的因素较多，如温度 、溶 稀土矿山废水高效脱氮提供技术支持。
[9]
解氧（DO） 、pH [10] 等。其中，pH 能反映反应器中
剩余碱度，不仅影响微生物的代谢 [11] 及微生物群落 1 实验部分
的演替 [12] ，还与 AGS 的硝化和反硝化反应息息相 1.1 试剂
关 [13-14] 。王歆鹏等 [15] 发现碱性环境有利于硝化细菌 氯化铵（NH 4 Cl），分析纯，天津市大茂化学试
的生长，对生物硝化有明显的促进作用 [16] 。YANG 剂厂；亚硝酸钠（NaNO 2 ）、硝酸钠（NaNO 3 ），分
等 [17] 发现酸性环境使大量丝状菌生长有利于污泥颗
析纯，上海沪试实验室器材股份有限公司；无水乙
粒化，但对于反硝化反应，初始 pH 过高或太低都会 酸钠（CH 3 COONa）、碳酸氢钠（NaHCO 3 ），分析纯，
影响脱氮效果。吴代顺等 [18] 发现若反硝化反应初始 西陇科学股份有限公司。
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pH 为 9，反硝化过程又会释放 OH ，使得溶液碱性 1.2 实验用泥
增强从而降低反硝化菌的活性。郑蕾等 [19] 发现 pH
AGS 取自实验室内的序批式反应器（SBR），反
会影响 AGS 的胞外聚合物分泌进而影响其理化性
应器容积 120.5 L，换水率 60%，表观上升流速为
质，且相比于碱性环境，AGS 对酸性环境具有更好
1.25 m/s，运行周期为 6 h（每天 4 个周期），其中
的耐冲击能力。然而，AGS 对酸碱环境的耐受力也
包括：进水（5 min）；曝气（145 min）；缺氧反应
有限度，强酸强碱环境下其对碳氮磷的去除效果都 （150 min）；曝气（55 min）；沉降（2 min）；排水
会明显降低 [20] 。
（3 min）。进水氨氮质量浓度为 120 mg/L，对应氨
对于硝化反应，碱度既是氨氧化菌（AOB）的 氮容积负荷为 0.29 kg/(m ·d)。AGS 呈深褐色（图
3
无机碳源 [21] ，也能起缓冲的作用，要维持硝化反应
1a），具有致密结构（图 1b），30 min 污泥沉降比
的进行就必须保证足够的碱度满足 AOB 的生长。张 （SV 30 ）与 5 min 污泥沉降比的比值（SV 5 ）为 0.97，
肖静等 [22] 发现碱度小于 50 mg/L 时将使得氨氧化反
污泥容积指数（SVI）为 35 mL/g，平均粒径 1.30 mm，
应停止，不足的碱度会对硝酸细菌（NOB）活性产生 混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）与混合液悬浮固
影响。王伸等 [23] 发现 pH 会影响游离氨和游离亚硝
体（MLSS）质量比为 0.75，颗粒化率大于 90%，
酸，从而对 AOB 和 NOB 活性产生影响。理论上，硝
胞外聚合物（EPS）含量 36 mg/g MLSS，蛋白质（PN）
化 1 mg 氨氮需要消耗 7.14 mg 碱度（以 CaCO 3 计， 与多糖（PS）质量比为 0.4，氨氮去除率>90%。
1 g CaCO 3 可以提供 20 mmol 碱度） [24] ，还原 1 g 硝
态氮会产生 3.47 g 碱度（以 CaCO 3 计）。当城市生
活污水不能满足生物脱氮碱度需求时，市政污水处
理厂需要投加 NaHCO 3 或 Na 2 CO 3 来提高硝化效果，
无形中增加了运行成本。当进水氨氮高、碱度低时，
部分污水厂 [25] 采取前置反硝化、多点进水反硝化、

同步硝化反硝化等避开后置反硝化工艺，以回收反硝 图 1 AGS 的形状（a）及 SEM 图（b）
化产生的碱度。然而，绝大多数的 AGS 反应器采用 Fig. 1 Form (a) and SEM image (b) of AGS

序批式运行模式，如何有效利用水中碱度仍需探索。 1.3 模拟废水
+
针对离子型稀土矿山无机高氨氮废水污染 [26-27] ， 硝化反应中进水氨氮（NH 4 -N）质量浓度为