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摘要：本文主要针对SBR处理合成氨废水的中试展开了探讨，结合了一系列具体的实验研究，系统概述了中试系统的概况，并对实验研究所得结果作了阐述和讨论，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：合成氨废水；SBR；中试
所谓的SBR，是一种高效的生物脱氮工艺，具有投资小、结构紧凑、耐冲击负荷能力强等优点，在合成氨废水的处理中有着广泛的应用。而中试就是产品正式投产前的试验，即中间阶段的试验，是产品在大规模量产前的较小规模试验。为了进一步强化SBR工艺处理合成氨废水的效果，本文通过结合一系列具体的中试试验对SBR处理合成氨废水进行了探讨，相信对加强SBR的处理能力有一定的帮助。
1 中试系统概况
1.1 原水水质及种泥
供试废水取自某化工厂物化调节池，水质如表1所示。试验中所用接种污泥取自该化工厂现有A/O工艺中的回流污泥，污泥质量浓度为3000mg/L左右，污泥外观呈黄褐色，镜检原生动物相较为丰富，其菌胶团结构紧密。
SBR反应器的有效容积为31m3，处理水量为5～10m3/d，池体由钢板焊制，内壁进行防腐处理。SBR池中加装球形漂浮填料以强化硝化菌的新陈代谢，好氧状态下水中DO控制在2～3mg/L。废水先经格栅后直接进入调节池进行水量和水质调节；此后，鼓风机启动，进行曝气（好氧硝化）并投加合适的碱度以防止废水酸化；在曝气结束后，启动搅拌器并投加甲醇（缺氧反硝化），以达到废水同时去除有机物和脱氮的目的；静置沉淀后，采用虹吸方式排水。
1.3 分析方法
试验中COD，NH4+-N，NO3--N，NO2--N和TN等指标根据《水和废水监测分析方法》（第四版）进行测定。
2 结果与讨论
2.1 进水负荷对SBR工艺的影响
进水负荷是SBR工艺重要的影响因素。研究表明只要负荷足够高，在任何DO质量浓度和曝气条件下都可能发生污泥膨胀，进而影响SBR工艺的处理效果。试验进水量变化与COD和NH4+-N去除率关系如图2所示。图中Vin为进水体积，η为去除率，t为时间。进水量从8m3提高到9.5m3的过程中，反应器COD和NH4+-N的去除率均下降，当水量继续增加到10m3，COD和NH4+-N的去除率下降到80%左右。此时COD和NH4+-N的出水质量浓度分别为97mg/L和29mg/L，NH4+-N的出水质量浓度较高，高于排放标准。
2.2 曝气时间和曝气量对SBR工艺的影响
有研究表明曝气时间短，系统供氧不足，微生物的新陈代谢将受到影响；曝气时间过长，微生物进行消耗性内源呼吸，活性污泥量减少，均影响SBR工艺的去除效果。等研究指出，曝气量的大小对SBR工艺同步脱氮除磷的效果有较大的影响，曝气量在28L/h时，SBR工艺对氮、磷及COD的去除效果最佳。
经研究发现曝气130min后COD的去除较为理想，其质量浓度已降到60mg/L左右，达到合成氨废水排放标准，其原因主要归结于好氧阶段初期活性污泥良好的吸附能力以及降解作用。但随着曝气时间的延长，COD质量浓度基本保持稳定，曲线趋于平稳。
综上分析，选定SBR工艺的曝气量为80m3/h，曝气时间为9h。
2.3 废甲醇的投加量对SBR工艺的影响
厌氧环境下，污水中的有机碳源可以作为反硝化菌的电子供体，通过微生物的代谢作用，硝态氮最终还原成氮气。有研究表明，投加甲醇能够强化反硝化能力，提高SBR工艺的脱氮效果。
经过实验 当废甲醇的投加量分别为12L和14L时，出水TN质量浓度在20mg/L左右，TN去除效果较好，但出水COD质量浓度较高，分别在125和160mg/L左右。当废甲醇的投加量为10L时，出水的TN和COD质量浓度分别低于25和80mg/L，均能够达到排放标准。在反硝化阶段投加10L废甲醇较为适宜。
2.4 缺氧时间对SBR工艺的影响
大多数反硝化细菌是异氧型兼性厌氧细菌，其适宜条件为缺氧环境，进而也决定了脱氮的效果。为了确定合适的缺氧时间，在缺氧搅拌阶段，监测分析了废水中的COD，NH4+-N，NO2--N和N NO3-N的变化情况，经结果发现反应器在缺氧搅拌开始的1.5h时间内，反硝化速率较快，主要原因可能为废甲醇作为反硝化的碳源，促进硝化产物亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在生物膜内实现快速的反硝化，同时COD的质量浓度也由初始的380mg/L降低到78mg/L；但随着搅拌时间的增加，反硝化速率和COD的质量浓度基本稳定。
综上分析，SBR最佳运行方式为：进水1.5h→好氧曝气9h（曝气量80m3/h）→缺氧搅拌3h→沉淀50min→出水1.5h。
2.5 SBR反应器对COD的去除效果
SBR工艺进出水COD的质量浓度监测结果如图3所示。图中ρinCOD，ρoutCOD，η分别为进水COD浓度、出水COD浓度、COD去除率。
由此可见，SBR工艺对废水中的COD具有较好的去除效率且抗冲击负荷能力较佳。其原因在于SBR反应器内的球形漂浮填料为微生物提供了良好的生长环境，工艺兼具活性污泥法和生物膜法的優势，并且能够使好氧阶段废水中DO稳定在2～3mg/L，从而保证了运行期间稳定的COD去除效果。研究表明由于闲置的活性污泥具有较强的吸附能力，故在SBR工艺运行周期内COD的去除主要发生在进水后较短时间内。在67～88d，出水COD质量浓度维持在40～89mg/L，COD的去除率在85%～93%，能够达到相应的排放标准。
2.6 SBR反应器对氨氮的去除效果
SBR工艺对合成氨废水中NH4+-N的去除如图4所示，图中ρin氨氮，ρout氨氮分别为进水氨氮浓度和出水氨氮浓度。可见，在54～62d的运行期间，NH4+-N的去除率基本在85%以上，最高可达92%，说明硝化细菌的活性较高，NH4+-N的去除效果较好。但在63～65d期间，NH4+-N去除率有所下降。原因是进水中的污染物负荷突然增大，NH4+-N质量浓度骤增。研究表明SBR工艺中NH4+-N负荷率过高会严重影响脱氮效果，最佳NH4+-N负荷率应低于0.063g/（g·d）。有研究表明，碱度不足也会影响硝化反应的进行。但由于反应器内设有球形漂浮填料，硝化细菌的种群数量得到优化，硝化菌的活性得到加强；同时，在好氧曝气阶段投加适宜碱度，防止硝化导致废水酸化，保证系统具有良好的NH4+-N去除效果。连续2d的冲击负荷过后，NH4+-N去除率趋于平稳，出水氨氮质量浓度维持在10～19mg/L，NH4+-N的去除率在84%～92%范围内。本研究与已有的研究趋势相一致。
3结语
综上所述，SBR工艺是一种高效的生物脱氮工艺，凭借其具有投资小、结构紧凑、耐冲击负荷能力强等优点，在废水脱氮的处理中有着广泛的应用。通过上述对SBR工艺中试的研究探讨，相信对强化SBR工艺脱氮效果并简化其操作会有一定的参考作用。
参考文献：
[1]曹铁然.影响SBR除磷率相关因素的探讨[J].黑龙江纺织.2013（01）.
[2]万丽艳.生物脱氮工艺在合成氨废水处理中的应用[J].广东化工.2013（19）.
[3]蔡木林，江跃林，裴健，龚革，张本兰，二级SBR法处理高浓度氨氮化工废水研究[J].应用与环境生物学报，2000.06
[4]李士安，吕峰，张晓丽，合成氨废水生物脱氮处理工艺综述[J].环境工程，2009.S1
关键词：合成氨废水；SBR；中试
所谓的SBR，是一种高效的生物脱氮工艺，具有投资小、结构紧凑、耐冲击负荷能力强等优点，在合成氨废水的处理中有着广泛的应用。而中试就是产品正式投产前的试验，即中间阶段的试验，是产品在大规模量产前的较小规模试验。为了进一步强化SBR工艺处理合成氨废水的效果，本文通过结合一系列具体的中试试验对SBR处理合成氨废水进行了探讨，相信对加强SBR的处理能力有一定的帮助。
1 中试系统概况
1.1 原水水质及种泥
供试废水取自某化工厂物化调节池，水质如表1所示。试验中所用接种污泥取自该化工厂现有A/O工艺中的回流污泥，污泥质量浓度为3000mg/L左右，污泥外观呈黄褐色，镜检原生动物相较为丰富，其菌胶团结构紧密。
SBR反应器的有效容积为31m3，处理水量为5～10m3/d，池体由钢板焊制，内壁进行防腐处理。SBR池中加装球形漂浮填料以强化硝化菌的新陈代谢，好氧状态下水中DO控制在2～3mg/L。废水先经格栅后直接进入调节池进行水量和水质调节；此后，鼓风机启动，进行曝气（好氧硝化）并投加合适的碱度以防止废水酸化；在曝气结束后，启动搅拌器并投加甲醇（缺氧反硝化），以达到废水同时去除有机物和脱氮的目的；静置沉淀后，采用虹吸方式排水。
1.3 分析方法
试验中COD，NH4+-N，NO3--N，NO2--N和TN等指标根据《水和废水监测分析方法》（第四版）进行测定。
2 结果与讨论
2.1 进水负荷对SBR工艺的影响
进水负荷是SBR工艺重要的影响因素。研究表明只要负荷足够高，在任何DO质量浓度和曝气条件下都可能发生污泥膨胀，进而影响SBR工艺的处理效果。试验进水量变化与COD和NH4+-N去除率关系如图2所示。图中Vin为进水体积，η为去除率，t为时间。进水量从8m3提高到9.5m3的过程中，反应器COD和NH4+-N的去除率均下降，当水量继续增加到10m3，COD和NH4+-N的去除率下降到80%左右。此时COD和NH4+-N的出水质量浓度分别为97mg/L和29mg/L，NH4+-N的出水质量浓度较高，高于排放标准。
2.2 曝气时间和曝气量对SBR工艺的影响
有研究表明曝气时间短，系统供氧不足，微生物的新陈代谢将受到影响；曝气时间过长，微生物进行消耗性内源呼吸，活性污泥量减少，均影响SBR工艺的去除效果。等研究指出，曝气量的大小对SBR工艺同步脱氮除磷的效果有较大的影响，曝气量在28L/h时，SBR工艺对氮、磷及COD的去除效果最佳。
经研究发现曝气130min后COD的去除较为理想，其质量浓度已降到60mg/L左右，达到合成氨废水排放标准，其原因主要归结于好氧阶段初期活性污泥良好的吸附能力以及降解作用。但随着曝气时间的延长，COD质量浓度基本保持稳定，曲线趋于平稳。
综上分析，选定SBR工艺的曝气量为80m3/h，曝气时间为9h。
2.3 废甲醇的投加量对SBR工艺的影响
厌氧环境下，污水中的有机碳源可以作为反硝化菌的电子供体，通过微生物的代谢作用，硝态氮最终还原成氮气。有研究表明，投加甲醇能够强化反硝化能力，提高SBR工艺的脱氮效果。
经过实验 当废甲醇的投加量分别为12L和14L时，出水TN质量浓度在20mg/L左右，TN去除效果较好，但出水COD质量浓度较高，分别在125和160mg/L左右。当废甲醇的投加量为10L时，出水的TN和COD质量浓度分别低于25和80mg/L，均能够达到排放标准。在反硝化阶段投加10L废甲醇较为适宜。
2.4 缺氧时间对SBR工艺的影响
大多数反硝化细菌是异氧型兼性厌氧细菌，其适宜条件为缺氧环境，进而也决定了脱氮的效果。为了确定合适的缺氧时间，在缺氧搅拌阶段，监测分析了废水中的COD，NH4+-N，NO2--N和N NO3-N的变化情况，经结果发现反应器在缺氧搅拌开始的1.5h时间内，反硝化速率较快，主要原因可能为废甲醇作为反硝化的碳源，促进硝化产物亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在生物膜内实现快速的反硝化，同时COD的质量浓度也由初始的380mg/L降低到78mg/L；但随着搅拌时间的增加，反硝化速率和COD的质量浓度基本稳定。
综上分析，SBR最佳运行方式为：进水1.5h→好氧曝气9h（曝气量80m3/h）→缺氧搅拌3h→沉淀50min→出水1.5h。
2.5 SBR反应器对COD的去除效果
SBR工艺进出水COD的质量浓度监测结果如图3所示。图中ρinCOD，ρoutCOD，η分别为进水COD浓度、出水COD浓度、COD去除率。
由此可见，SBR工艺对废水中的COD具有较好的去除效率且抗冲击负荷能力较佳。其原因在于SBR反应器内的球形漂浮填料为微生物提供了良好的生长环境，工艺兼具活性污泥法和生物膜法的優势，并且能够使好氧阶段废水中DO稳定在2～3mg/L，从而保证了运行期间稳定的COD去除效果。研究表明由于闲置的活性污泥具有较强的吸附能力，故在SBR工艺运行周期内COD的去除主要发生在进水后较短时间内。在67～88d，出水COD质量浓度维持在40～89mg/L，COD的去除率在85%～93%，能够达到相应的排放标准。
2.6 SBR反应器对氨氮的去除效果
SBR工艺对合成氨废水中NH4+-N的去除如图4所示，图中ρin氨氮，ρout氨氮分别为进水氨氮浓度和出水氨氮浓度。可见，在54～62d的运行期间，NH4+-N的去除率基本在85%以上，最高可达92%，说明硝化细菌的活性较高，NH4+-N的去除效果较好。但在63～65d期间，NH4+-N去除率有所下降。原因是进水中的污染物负荷突然增大，NH4+-N质量浓度骤增。研究表明SBR工艺中NH4+-N负荷率过高会严重影响脱氮效果，最佳NH4+-N负荷率应低于0.063g/（g·d）。有研究表明，碱度不足也会影响硝化反应的进行。但由于反应器内设有球形漂浮填料，硝化细菌的种群数量得到优化，硝化菌的活性得到加强；同时，在好氧曝气阶段投加适宜碱度，防止硝化导致废水酸化，保证系统具有良好的NH4+-N去除效果。连续2d的冲击负荷过后，NH4+-N去除率趋于平稳，出水氨氮质量浓度维持在10～19mg/L，NH4+-N的去除率在84%～92%范围内。本研究与已有的研究趋势相一致。
3结语
综上所述，SBR工艺是一种高效的生物脱氮工艺，凭借其具有投资小、结构紧凑、耐冲击负荷能力强等优点，在废水脱氮的处理中有着广泛的应用。通过上述对SBR工艺中试的研究探讨，相信对强化SBR工艺脱氮效果并简化其操作会有一定的参考作用。
参考文献：
[1]曹铁然.影响SBR除磷率相关因素的探讨[J].黑龙江纺织.2013（01）.
[2]万丽艳.生物脱氮工艺在合成氨废水处理中的应用[J].广东化工.2013（19）.
[3]蔡木林，江跃林，裴健，龚革，张本兰，二级SBR法处理高浓度氨氮化工废水研究[J].应用与环境生物学报，2000.06
[4]李士安，吕峰，张晓丽，合成氨废水生物脱氮处理工艺综述[J].环境工程，2009.S1