氮肥生产过程中会产生高浓度的氨氮废水，可以采用汽提吹脱法、离子交换法、化学氧化法和吸附法等进行处理，但目前应用最广泛的废水脱氮技术还是生物法。近十年来，随着生物脱氮理论的发展，人们开发了多种新型、高效的生物脱氮工艺，如SHARON工艺、厌氧氨氧化工艺等。这些工艺的共同特征是在实现短程硝化的基础上进行脱氮。短程硝化在硝化阶段只将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，可以节约25%的供氧量，在反硝化阶段可以节约40%的有机碳源，同时具有减少污泥产量和占地面积等优点。因此短程硝化反硝化作为一种高效低耗的生物脱氮工艺成为污水处理领域的研究热点之一。国外已经有短程硝化工艺工程应用的实例，如荷兰鹿特丹Dokhaven市政污水处理厂的污泥消化液处理工程、荷兰Lichtenvoorde制革废水处理项目、日本三重县半导体加工废水处理项目和荷兰Olburgen土豆加工废水处理项目。国内在这方面的研究起步较晚，研究者主要针对人工配水、垃圾渗滤液、味精废水、焦化废水等进行了研究，采用短程硝化反硝化工艺成功处理氮肥厂高氨氮废水的研究还未见报道。
 

       实验采用生物强化技术，对氮肥厂高氨氮废水进行短程硝化反硝化脱氮研究，取得良好的实验效果，为该技术的实际推广和应用提供了理论依据。

1、实验部分

1.1试剂和仪器

       试剂：NaHCO3、甲醇均为工业级。

       仪器：SartoriusAG型精密pH计，德国赛多利斯公司；723N型可见分光光度计，上海舜宇恒平科技有限公司；LC-213型鼓风干燥箱，上海爱斯佩克环境仪器有限公司；2X-8型真空泵，南光机器有限公司；BT-210S型电子分析天平，德国赛多利斯公司；YSI550A型溶氧仪，美国YSI金泉公司；DR2800型水质分析仪，美国哈西公司。

1.2废水水质

       废水取自国内某氮肥事业部尿素车间含氨废水储罐。废水氨氮质量浓度为1.0×105mg/L（5次平均值），pH为10.73。实验过程中用自来水将废水分别稀释到氨氮质量浓度为200~800mg/L进行处理，稀释后的pH在9.5～9.8之间。

1.3实验菌种

       实验用硝化微生物菌种为笔者实验室采用逐渐提高基质氨氮浓度的专利技术富集得到的高效亚硝酸菌，实验用反硝化菌种是采用专利技术获得的亚硝酸型反硝化菌。

1.4实验装置

       实验的硝化部分在有效容积为500L的不锈钢曝气反应器中进行，见图1。

 

       反应器进水先通过水温调节池后，再按照设计流量通过水泵打入硝化池。在硝化菌的作用下发生硝化脱氨氮反应，硝化池内设有pH和DO自控系统，自动调节酸碱度和溶解氧浓度。反硝化部分在有效容积为150L的不锈钢反应器中进行，见图2。

 

       反应器内设有可以调速的搅拌系统，在反硝化菌作用下完成脱氮反应。

1.5分析方法

       NO2--N采用GB7493—1987《水质—亚硝酸盐氮的测定—分光光度法》测定；NO3--N采用GB7480—1987《水质—硝酸盐氮的测定—酚二磺酸分光光度法》测定；NH3-N采用GB7478—1987《水质—铵的测定—蒸镏和滴定法》测定；DO和温度采用溶氧仪测定；pH采用pH计测定。COD采用GB11914—1989《水质—化学需氧量的测定—重铬酸盐法》测定；污泥浓度（以MLSS计）采用重量法测定。

2、结果与讨论

       在进水温度为15～20℃，HRT为24h，甲醇作为反硝化碳源，碳氮质量比小于3∶1，微生物的接种量为1500mg/L（以MLSS计）的条件下对氮肥厂高氨氮废水进行短程硝化反硝化脱氮研究。运行过程中只对pH进行监测，不进行调节。

       反应前3h是菌体对高pH的耐受期，pH由最初的9.7左右降低到9.0左右，这个时期继续反应1h后pH由9.0左右急剧下降到7.8左右，此时菌体的活性增强，进入快速硝化期。当菌体度过耐受期后氨氮去除速率加快，最快可达36.07mg/（Lh）。

2.1进水氨氮负荷对NH3-N去除率的影响

       系统连续运行中，通过调整进水氨氮浓度调整进水氨氮负荷，以考察进水氨氮负荷对NH3-N去除率的影响，结果见图3。

 

       由图3可见，在进水氨氮负荷由0.374kg/（m3?d）提高到0.667kg/（m3?d）的过程中，NH3-N去除率始终高于97%，NH3-N的去除效果并没有受到进水氨氮负荷的影响。

2.2进水氨氮负荷对亚硝化率的影响

       进水氨氮负荷对亚硝化率〔m（NO2-－N）/m（NOx--N）〕的影响见图4。

 

       由图4可见，当进水氨氮负荷由0.374kg/（m3?d）逐渐提高到0.667kg/（m3?d）的过程中，亚硝化率始终稳定在80%左右，最低为74.6%、最高为81.0%。亚硝化率并没有因为进水氨氮负荷的提高而下降。

2.3总氮去除率的变化趋势

       系统运行过程中总氮质量浓度及总氮去除率的变化趋势见图5。

 

       由图5可见，当总氮质量浓度从524.1mg/L逐渐提高到694.9mg/L的过程中，反硝化作用没有受到影响，出水总氮去除率一直稳定在90%以上。

3、结论

       （1）实验室富集、保存的高效硝化细菌能适应尿素生产过程中氨氮废水的高pH并有效去除废水中的NH3-N，菌体驯化期pH呈缓慢下降趋势，当菌体度过耐受期后氨氮去除速率加快，最快可达36.07mg/（L?h）。

       （2）在连续实验装置上，控制水力停留时间为24h，进水NH3-N负荷由0.387kg/（m3?d）逐渐提高到0.667kg/（m3?d）的过程中，出水NH3-N去除率始终高于97%，亚硝化率始终稳定在80%左右。

       （3）在碳氮质量比低于3∶1、水力停留时间为24h条件下，系统对总氮的去除率稳定在90%以上。说明短程硝化反硝化工艺处理氮肥厂的高浓度氨氮废水是可行的，它能够节省反硝化碳源，同时获得较好的脱氮效果。