厭氧氨氧化工藝在處理氨氮廢水上具有傳統生物脫氮技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如運行成本低，處理效率高，污泥產(chǎn)量少等。但對于許多中低濃度氨氮廢水，如電鍍廢水，稀土采礦廢水，生活污水目前仍未有穩定運行的厭氧氨氧化工程的報道，中低濃度氨氮廢水實(shí)現穩定亞硝化處理的研究，將是推動(dòng)厭氧氨氧化技術(shù)在相關(guān)行業(yè)應用的關(guān)鍵因素。

近年來(lái)，許多學(xué)者針對中低氨氮濃度廢水亞硝化開(kāi)展了大量的研究，采用低溶解氧的運行條件在SBR反應器中實(shí)現了穩定亞硝化。利用沸石吸附—加溫—再生的技術(shù)手段實(shí)現了中低濃度氨氮廢水的穩定亞硝化。但以上技術(shù)手段存在穩定性不足或者操作過(guò)于繁瑣難以實(shí)現工程應用。因此，本研究利用調節pH調控FA為主，輔以臨時(shí)升溫的方法成功啟動(dòng)了中濃度模擬氨氮廢水亞硝化反應器，以期推動(dòng)中低濃度氨氮廢水亞硝化-厭氧氨氧化技術(shù)的工程應用。

Unisense微電極的應用

應用了Unisense的克拉克型氧化亞氮電極測試了序批式反應器中的溶液內的氧化亞氮測試，其中氧化亞氮微電極的校準是使用自來(lái)水和飽和氧化亞氮氣水中進(jìn)行兩點(diǎn)校正。使用微電極系統直接測試了反應器的氧化亞氮，其檢測到的最小濃度可達0.0132mg/L，該氧化亞氮電極在0.132mg/L-44mg/L濃度范圍內是線(xiàn)性的。

實(shí)驗結果

（1）反應器啟動(dòng)。亞硝化反應器接種了實(shí)驗室培養成熟的硝化污泥后，向反應器內配置了50mg/L氨氮內循環(huán)悶曝3天時(shí)間，出水硝氮迅速升高，表現出了良好的硝化活性（圖1），第4天開(kāi)啟連續流進(jìn)水，通過(guò)提高進(jìn)水濃度與縮短停留時(shí)間的方法提高硝化負荷。第10天后，進(jìn)水固定為100mg/L，停留時(shí)間固定6h，系統的氨氮去除率也達到了90%，但NAR依然保持30%的范圍浮動(dòng)，這也說(shuō)明了，中低氨氮濃度進(jìn)水情況下普通的硝化反應器無(wú)法實(shí)現亞硝化。

表1高效亞硝化反應器不同階段下運行參數

圖1亞硝化反應器啟動(dòng)階段運行情況

圖2亞硝化反應器第二階段運行濃度變化

圖3亞硝化反應器第二階段pH與FA濃度變化

（2）pH調控。已有大量的研究表明，FA在一定濃度下可以實(shí)現對于NOB的選擇性抑制，這一方法也被廣泛地應用于高濃度氨氮廢水的亞硝化。從FA的計算公式中可以看出，pH與溫度與FA濃度是成正相關(guān)的。第13天起將亞硝化反應器的進(jìn)水pH提高，隨著(zhù)進(jìn)水pH從8.20提高至9.60后，NAR逐漸從15%逐漸提高至67%，平均出水亞硝氮濃度為33.6mg/L，平均出水硝氮從65.4mg/L降低至14.1mg/L。第34天進(jìn)水pH進(jìn)一步提高至9.90，出水亞硝氮和硝氮幾乎無(wú)法檢測出。這一現象的主要原因在于進(jìn)水pH達到9.90后對于A(yíng)OB的抑制較大。這也表明，單獨依靠調控進(jìn)水pH的手段，雖然能實(shí)現對NOB的抑制，但pH超過(guò)一定限值后對于A(yíng)OB的影響過(guò)大，使得亞硝化反應器難以維持運行。第35天降低進(jìn)水氨氮濃度與進(jìn)水pH運行亞硝化反應器，經(jīng)過(guò)兩周后亞硝化反應器的活性基本恢復，出水氨氮降低至24.8mg/L，但NAR依然只有14%。從抑制期與恢復期的運行情況可以看出，亞硝化反應器在經(jīng)歷嚴重的FA與pH抑制后，NOB的活性與AOB出現了同步抑制與同步恢復的情況，要想實(shí)現亞硝化的前提是實(shí)現對NOB的選擇性抑制。

（3）溫度調控。在高溫條件下更容易實(shí)現亞硝化，其主要原因在于高溫條件下AOB與NOB的比生長(cháng)速率不同。而升溫也能提高系統中游離氨濃度，因此本研究的第三階段將進(jìn)水pH提高至9.00～9.30后，通過(guò)加熱棒使反應器水溫維持38℃。

從圖4、圖5可以看出，反應器進(jìn)水pH在9.00～9.50的范圍內時(shí)，升高反應器的溫度在38℃后，反應器的NAR開(kāi)始迅速升高，升溫運行后的第8天NAR就超過(guò)了94%實(shí)現了亞硝化，出水硝氮也從28.8mg/L降低至2.5mg/L。從FA濃度圖可以看出，由于升高了反應器水溫，因此即使pH低于9.50時(shí)，進(jìn)水FA也大于65.0mg/L，平均進(jìn)水FA濃度為92.6mg/L。對比階段二的運行情況，當pH大于9.0時(shí)FA濃度才大于90mg/L，因此通過(guò)升溫能夠在更低的進(jìn)水pH條件獲得更高的FA濃度加強對NOB的抑制，既能避免出現AOB抑制情況又可加強NOB抑制作用。

圖4升溫后亞硝化反應器運行情況

圖5升溫后亞硝化反應器pH與FA濃度變化

整個(gè)升溫運行階段，平均出水FA濃度為19.4mg/L也起到了對NOB持續抑制的作用，加上升溫使AOB比生長(cháng)速率的提高，在兩周內亞硝化反應器實(shí)現了對NOB淘洗?？紤]到絕大部分的中濃度氨氮廢水水溫都與室溫一致，因此本研究的第四階段取消了加熱。整個(gè)第四階段運行超過(guò)30天，平均NAR能夠穩定在95.6%，反應器平均出水硝氮僅為1.5mg/L，平均出水氨氮為48mg/L，平均出水亞硝氮為46mg/L，出水亞硝氮/氨氮約等于1。在第四階段，即使不再升高反應器溫度也能實(shí)現穩定的部分亞硝化，其原因在于升溫運行階段已將NOB完全淘洗出反應器，反應器中的NOB活性已經(jīng)極其微弱，進(jìn)出水FA濃度不需要再維持較高的水平，在常溫運行時(shí)的進(jìn)出水FA濃度（52.16mg/L和9.04mg/L）已經(jīng)足夠將反應器中殘留的極少數且活性極弱的NOB實(shí)現持續性地抑制，避免出現常溫運行后NOB處于低FA環(huán)境下活性開(kāi)始恢復。本研究通過(guò)臨時(shí)的升溫與長(cháng)期的提高進(jìn)水pH獲得了較穩定的部分亞硝化出水，實(shí)現了將中濃度氨氮廢水厭氧氨氧化處理的前置條件。本研究實(shí)現亞硝化的基礎在于較高的FA濃度，控制氨氮去除率在40%～50%之間時(shí)有利于維持出水FA濃度，由于NAR較高，此時(shí)出水氨氮與亞硝氮的比例依然能夠維持在1.0～1.3左右，符合厭氧氨氧化反應器的進(jìn)水要求。

結論

本研究通過(guò)升溫與調節進(jìn)水pH的手段實(shí)現了中濃度氨氮廢水穩定亞硝化處理，在反應器水溫調節至38℃，進(jìn)水pH為9.0～9.3的條件下一周內啟動(dòng)了亞硝化（NAR超過(guò)90%），升溫狀態(tài)下運行兩周后恢復常溫，運行30天以上依然能夠實(shí)現穩定亞硝化。本研究實(shí)現穩定亞硝化的關(guān)鍵在于將反應器內的FA濃度盡可能地提高，提高進(jìn)水pH與水溫的策略使得進(jìn)水FA濃度升高實(shí)現了對NOB的抑制，氨氮去除率控制50%左右也提高了反應器內的FA濃度加強了對生物膜內NOB的持續抑制。在升溫運行的兩周內通過(guò)FA的抑制成功將NOB淘洗出反應器，因此解除高溫條件后依然能夠維持穩定亞硝化。