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提高了在具有内部硝酸盐循环的改良的Orbal氧化沟系统中的总氮去除性能

摘要

研制了一种硝化液内部循环的中试改进型氧化沟通过同步硝化/反硝化显著提高总氮(TN)的去除(SND)与曝气缺氧条件下的前置反硝化反应相结合。长期运行结果表明，在极低溶解氧(DO)条件下，TN的去除率最高。0.15~0.25 mg/L，外通道内氧化还原电位(ORP)为10 ~ 40mv。适当的内循环比对提高硝酸盐在室内的还原有显著作用，然而，外流道过高的回流反而恶化了除氮效果稀释后的碳源。在9.4的回收率下，TN的去除率进一步提高到87%左右。在最优DO和前置反硝化条件下，氮去除效果改善质量平衡。分子生物学分析揭示了氮的变异之间的相关性清除和改变细菌群落组成。

关键字：Orbal氧化沟 氮去除 硝酸内部循环 曝气缺氧 前置反硝化

1 简介

氧化沟作为一种改良的活性污泥工艺，是一种典型的完全混合闭环生物反应器，其表面曝气器提供混合液的循环、混合和曝气。氧化沟在世界各地中小型城市污水处理厂中得到了广泛的应用，主要是因为氧化沟具有有机去除、几乎完全硝化和部分反硝化的能力，操作要求低，运行维护成本低。最常用的氧化沟类型之一是Orbal工艺系统，通常由三个同心圆形或椭圆形通道组，最初于1970年代在南非开发。目前，在北美、欧洲、非洲和亚洲已有500多条奥巴尔氧化沟用于生活污水处理。在中国，几十家奥巴尔加工厂直到最近才投入运营。

与其他生物脱氮工艺不同，传统氧化沟脱氮机理是在单需氧通道上有氧和缺氧区交替发生的同时发生硝化和反硝化。但是在多通道的Orbal系统中，0~1~2 mg/L溶解氧(DO)剖面通常是通过独立控制每个通道的曝气输入而从外通道生成的。外部通道中氧气的量通常低于在曝气缺氧条件下促进同时硝化和反硝化(SND)的氧气需求量，并导致氧气不足,而中部和内部通道内的氧气量高于氧需求去除剩余的有机物和氨由于氧的分层不仅存在于单个通道内，而且存在于三个不同通道之间，因此多通道系统的脱氮效率要比单通道系统高得多，也稳定得多。

Orbal系统的脱氮性能主要受SND的影响，SND取决于外通道硝化和反硝化速率的动态平衡，即受DO影响较大。然而，由于硝化与反硝化过程中氧与有机底物需求的冲突，优化SND的DO浓度一般在一个较窄的范围内，因此，除非能够准确控制DO，否则平衡无法稳定维持。实际上，在一些实际的Orbal氧化沟渠中，第一沟道要么是由于氧气不足而发生局部硝化，要么是由于氧气过量而导致的反硝化减少，而剩下的两条沟道只有在高氧条件下才能完成硝化，因此单靠SND稳定地获得满意的TN去除效果并不总是如预期的那样。与缺氧/缺氧(A/O)工艺类似，将好氧通道中的混合液循环添加到曝气-缺氧通道中，似乎是提高Orbal工艺中SND失效时反硝化效率的一种可行的替代方案。然而，有效预反硝化所需要的高循环流量必然会恶化反硝化，因为从加气通道向缺氧通道输送了大量的氧气，增加了内部再循环的能耗。因此，在这样低的循环率下，Orbal沟渠的TN去除率很难进一步提高。