氨氮的去除是通過硝化和反硝化兩個相互獨立的過程實現的，由于對環境條件的要求不同，這兩個過程不能同時發生，而只能序列式進行，即硝化反應發生在好氧條件下，反硝化反應則發生在嚴格的缺氧或厭氧條件下。在這種理論指導下，傳統的生物脫氮工藝都是將缺氧區(或厭氧區) 與好氧區分隔開，如A/O系統[1]，在好氧區供氧充足，氨氮被硝化菌群氧化成硝酸鹽氮，然后混合液一般被回流至前置式缺氧段; 在缺氧條件下，反硝化菌利用硝酸鹽氮和原污水中的有機物完成反硝化過程，達到脫氮的目的。而在后置式反硝化場合，因為混合液中有機物的缺乏，一般還需要人工投加碳源，但脫氮效果可高于前置式，理論上可達到近于百分之百的脫氮[2]。
在SBR 法處理生產生活污水的實際運行過程中，經常出現碳源不足，使得在反消化過程中有機物不足，這就需要補充碳源，控制影響工藝有效運行、相互制約的各種因素，而其中最主要的是碳氮磷的比值。如果在SBR 處理工藝中控制好比值，同時控制好其他環境因素，使各制約因素得到統一，則脫氮就會取得較好的效果。
1 工藝流程和裝置介紹
1．1 裝置介紹
SBR 反應器總容積為2 × 1440 m3 ，采用碟式射流曝氣器、鼓風機曝氣。
1．2 工藝流程介紹(圖1)
氣化廢水由廠區管道直接泵入廢水調節池，其他廠區收集的生產廢水以及生活污水由污水管路經過一道人工格柵，去除污水中較大的顆粒物和漂浮物質，自流入污水處理站的生活污水格柵井，直接由泵泵入后續均衡池。氣化廢水在調節池中實現水質水量的均化。同時在廢水調節池中設置穿孔管路進行曝氣攪拌，防止懸浮固體和顆粒在池底沉積。然后廢水由兩臺提升泵提升至一級攪拌反應槽內，并向其中投加磷酸和氫氧化鈉，充分攪拌混合反應后流入二級攪拌反應槽，同時投加混凝劑和絮凝劑繼續混合反應。出水流入濃密池中實現固液沉淀分離，濃密池中安裝有專利型高效濃密機，以獲得較高的沉淀效果。
預處理系統濃密池出水自流入均衡池，污水在均衡池中一方面實現水質均化，另一方面根據運行情況投加甲醇和氫氧化鈉，以補充后續生化需要的碳源和堿度，提高SBR 工藝對NH3-N的去除效率。均衡池設置空氣攪拌對污水和投加的藥劑進行均勻混合，同時安裝兩臺二級提升泵提升污水至SBR 反應器。污水在SBR 反應器中發生生化反應，COD、氨氮等在微生物的作用下得到充分的降解，在一定的時序內由安裝于反應池末端的潷水器將上層的清水排出。兩組SBR 反應器交替工作，按周期運行。一個工作周期為8 個小時。進水階段同時進行曝氣。每組池內設置碟式射流曝氣機以及剩余污泥泵等。出水由潷水器排入排水監測池，最終排出處理站界外。如果排水監測指標不合格，可以將其回流至預處理段重復處理。
圖1 工藝流程框
Fig．1 process flowsheet
生產污水水質見表1，運行方式及參數分別見表2、表3。
表1 德士古氣化水質
Tab．1 Texaco gasification waste water
表2 運行方式
Tab．2 Operation mode
表3 運行參數
Tab．3 Operation parameters
以上數據為最佳工況、穩定運行時的參數。水質分析方法均采用國家標準分析方法。
2 結果與討論
2．1 SBR 工藝的處理效果
SBR 工藝的處理效果見表4，其出水的COD、BOD5、NH3-N濃度都達到了國家二級排放標準(COD = 150 g /L、BOD5 =30 mg /L、NH3-N = 25 mg /L) [3]。SBR 工藝德士古氣化污水的處理效果很好，特別是氮的處理效果更為突出。進水氨氮濃度為208 mg /L 時，出水氨氮濃度在2．83～9．23 mg /L 之間，去除率為95%～97%，此系最佳工況運行期間的進、出水水質。
表4 SBR 工藝的處理效果
Tab．4 Treatment efficiency
2．2 氮的去除及轉化
圖2 是一個運行周期內氮的轉化情況。
圖2 一個周期氨氮的變化
Fig．2 transformation of ammonia nitrogen within a cycle
2．2．1 硝化
進水NH3-N 在經過硝化反應后變成了硝態氮，氨氮轉化的第一個過程就是硝化。硝化菌把氨氮轉化成硝酸鹽的過程稱為硝化。硝化是一個兩步的過程，分別利用了兩類微生物，亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌。這些細菌所利用的碳源是CO2 －3 、HCO －3和CO2等無機碳，不是有機碳。第一步首先由亞硝酸鹽菌將氨氮轉化成亞硝酸鹽。把亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽是由硝酸菌完成的。亞硝酸鹽菌和硝酸菌稱為硝化菌。硝化菌是專性的自養革蘭陰性好氧菌。它們利用氨氮轉化過程中釋放的能量作為自身新陳代謝的能源，硝化菌對環境非常敏感，其產率與去除BOD 的異養菌相比要低[4]。
2．2．2 TN(總氮) 的去除
在厭氧階段總氮濃度的降低主要是混合稀釋作用和硝態氮的去除造成的。在進行的好氧曝氣段，總氮也得到了一定的去除，主要是其中一部分被同化。
2．2．3 反硝化
污水進入反應裝置后，將原有的硝酸鹽濃度稀釋，同時借助水中的碳源，使剩余混合液中的硝酸鹽發生反硝化反應。在厭氧段的前10 min，反硝化反應迅速，該階段利用厭氧發酵產物作為碳源，其反硝化速率是第二階段(10～30 min) 反硝化速率的3倍左右[5]。硝酸鹽在經過約50 min 的厭氧反硝化后，其濃度＜ 0．007 mg /L 水中原有的硝酸鹽在缺氧的情況下，則被還原成氣態N2后從水中逸出，從而達到國家二類排放標準。若在最佳工況運行則出水氨氮可以未檢出。
2．3 影響硝化效果的因素
2．3．1 沖擊負荷
運行中發現當進水氨氮濃度突然升高時，系統對氨氮的去除效果明顯下降，污泥負荷甚至出現負值(這是因為異養菌受沖擊負荷影響比硝化菌小，進水中的有機氮繼續被異養菌轉化為氨氮，從而使出水氨氮高于好氧攪拌完氨氮) [6]，需要經過一段時間才能恢復。
2．3．2 pH 值
系統對氨氮的處理效果與出水pH 值密切相關。進水氨氮為122 mg /L 左右時出水氨氮濃度與pH 值的關系見圖。
圖3 出水氨氮濃度與pH 的關系
Fig 3 the relationship of effluent ammonia concentration with pH
當pH ＞ 8．1 時出水氨氮才能降至10 mg /L 左右。同時發現進水氨氮濃度越大，在保證處理效果的前提下出水pH 值會越高(見表5) 。試驗中還發現，pH 值對硝化的影響是暫時的。
表5 進、出水氨氮和出水pH 值
Tab．5 the ammonia nitrogen concentration of water inlet、outlet and the pH of water outlet
2．3．3 溫度
運行初期水溫＞20 ℃時基本保持了良好的硝化效果，當溫度低于15 ℃時，硝化菌生長速率降低[7]。由于硝酸鹽細菌對溫度變化比亞硝酸鹽細菌敏感，溫度小幅降低將首先影響硝酸鹽細菌，使NO2 －N積累，但氨氮去除率未受大的影響; 當溫度持續降低時(低于20 ℃) 亞硝酸鹽細菌也受到影響，氨氮的去除率也逐漸減小直至硝化作用完全停止。當溫度回升至23 ℃時硝化作用開始恢復，并且出水氨氮迅速降至1 mg/L 以下，NO2 －N 持續積累。根據幾年地運行發現當水溫控制在10 ～35 ℃之間處理效果相對穩定。
2．3．4 DO(溶解氧)
在好氧保持DO 2～4 mg /L，滿足通常的硝化反應DO ＞2 mg /L 的要求。當系統DO ＜ 1 mg /L，出水硝化效果明顯變差，氨氮去除率從99%降至32%。在厭氧減短DO ＜ 0．5 mg /L 反硝化過程要在缺氧狀態下進行，溶解氧不能超過0．5 mg /L，否則反硝化過程就得停止。反硝化過程分為兩步進行[8]，第一步由硝酸鹽轉化為亞硝酸鹽，第二步由亞硝酸鹽轉化為一氧化氮、二氧化氮和氮氣。
2．3．5 微生物活性
運行過程中發現，系統運行初期進水氨氮為200 mg /L 左右，在未受到沖擊負荷、溫度和pH 值的影響時氨氮去除率＞ 99%，硝化效果良好; 運行300 d 以后，當系統進水氨氮為120 mg /L時出水氨氮為10 mg /L 左右，而且出水中多為NO2-N。這是因為運行初期微生物活性較高，隨著運行時間的增加和污泥濃度的升高，死亡后的細胞殘留物和微生物代謝產物在反應器內的濃度逐漸積累升高，而這些物質大部分為高分子物質，在反應器內積累到一定程度就會對硝化產生抑制。由于硝酸鹽細菌對環境比亞硝酸鹽細菌敏感，因而硝酸鹽細菌的活性幾乎完全被抑制，出水中NO3-N 含量很低，從氨氮的去除情況來看，亞硝酸鹽細菌也受到了影響。因此我們要根據處理效果，污泥顏色．污泥濃度等及時排泥防止污泥老化。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
3 結論
(1) SBR 工藝在去除有機物的同時可以完成脫氮。試驗結果表明，出水COD 濃度為10．7 ～32．2 mg/L，去除率可達89% ～87%; 出水BOD5濃度為5．2～13．62 mg/L，去除率可達88%～89%; 出水NH3 －N 濃度為2．83 ～9．23 mg/L，去除率可達95% ～97%。
(2) 在SBR 工藝處理生產污水過程中，SBR 水處理抗沖擊性差，要對污水進行進水水質監控和提高操作工的經驗根據水質的情況進行更改負荷大小。
(3) 調整好水中的碳氮磷，厭氧消化池中，細菌生長所需營養由污泥提供。合成細胞所需的碳源擔負著雙重任務，其一是作為反應過程的能源，其二是合成新細胞。我們要通過對進水COD 的分析及時投加營養液(硝酸銨、尿素、磷酸鈉、磷酸一氫鈉) [9]或者甲醇給反消化提供充足的碳源。
(4) 溫度在污水處理中的一項重要指標，要對溫度控制在10～35 ℃，溫度低于此范圍影響微生物的生長速度。
(5) DO 濃度也是污水處理中的一項重要指標，在好氧間段控制在2～4 mg /L[10]如果低使氨氮不能夠氧化成硝酸根和亞硝酸根。厭氧間段控制在0．5 以下，為反消化創造有利地條件。
