微反应器下的间歇硝化工艺优化与效果分析

戈宇杰¹，黄成杰²

（1.嘉兴国力注册安全工程师事务所有限公司，浙江 嘉兴 314200；

2.浙江天谱安全技术有限公司，浙江 嘉兴 314001）

摘  要：为提升间歇硝化工艺的脱氪性能，采用500mL微反应器系统，对曝气/缺氧时长比及进水氨氟负荷2个关键参数进行了优化。实验结果表明，当曝气时长为4h、缺氧时长为3.33h时，硝化与反硝化过程达到较好的协同，总氪去除效果最佳。进水氨氪负荷的研究发现，50mg/L是兼顾处理效率与系统稳定性的适宜浓度。在优化参数条件下，系统连续稳定运行30d，出水氨氟平均浓度为1.96mg/L，总氪平均浓度为10.73mg/L，平均去除率分别达到96.1%和78.6%。研究成果为实现间歇硝化工艺的高效稳定运行提供了一些参考。

关键词：微反应器;间歇硝化；脱氪；工艺优化；氨氪

0 引言

废水中的氨氮是引起水体富营养化的重要因素之一，生物脱氮技术是其主流处理方法。间歇硝化工艺通过在单一反应器内交替营造好氧与缺氧环境，能够实现同步硝化反硝化，具有流程简单、占地少的特点。该工艺的脱氮效率高度依赖于曝气与缺氧时长分配、进水负荷等运行参数的精确调控。在传统研究中，对这些参数的优化往往面临周期长、控制精度不足的问题。微反应器技术因其具备自动化程度高、环境条件易于精确控制等特性，为生物处理过程的精细化研究和参数的快速筛选提供了有效平台。因此，利用微反应器系统探究间歇硝化工艺的最佳运行条件，对于提升其脱氮稳定性和效率具有现实意义。

1 实验与方法

1.1 微反应器硝化系统的构建

实验所用的间歇式微反应器由有机玻璃制成，有效容积为500mL，内径8cm，高10cm。整个系统由蠕动泵控制的进出水单元、反应单元和在线监测单元组成。进水流速设定为5ml/min。反应单元底部设有直径0.5mm微孔的曝气盘，连接至空气压缩机与气体质量流量计，可将曝气量在0~100ml/min范围内精确调控，曝气阶段溶解氧（Dissolved Oxygen,DO)控制在2.0~3.0mg/L。反应器中心设置四氟乙烯材质的搅拌桨，转速恒定为60r/min，以确保泥水混合物处于完全混合状态。系统中集成瑞士梅特勒-托利多公司的DO和酸碱度（pH）在线探头，实时监测反应进程。为排除温度变化的影响，整个反应器置于恒温水浴锅中，将温度严格控制在（25±1)℃。通过时间继电器对蠕动泵、曝气泵和搅拌器进行编程，实现进水、曝气、缺氧、沉淀、排水周期的全自动控制。

1.2 实验用硝化污泥的富集

实验接种污泥取自某城市污水处理厂二沉池的回流活性污泥，初始混合液悬浮固体浓度（MixedLiquorSuspendedSolids,MISS)为4250mg/L混合液挥发性悬浮固体浓度（MixedLiquorVolatileSuspendedSolids，MLVSS)与MLSS的比值约为0.7。污泥富集培养在微反应器中以序批式方式进行。首先将污泥在反应器中连续曝气48h以激活其生物活性。随后，开始投加人工配制的模拟废水，其组成为乙酸钠640mg/L，氯化铵191mg/L(提供50mg/L的氨氮），磷酸二氢钾22mg/L，碳酸氢钠500mg/L（提供碱度）及1mL/L的微量元素溶液。通过每日更换上清液并补充新鲜废水的方式进行培养，污泥龄控制在约20d。培养期间，每日监测出水氨氮（NH⁺₄-N)浓度。

经过约35d的驯化，污泥颜色由黄褐色转变为深褐色，沉降性能良好，MISS稳定在3500mg/L左右，对NH⁺₄-N的去除率稳定超过95%，标志着硝化功能菌群已成功富集并适应实验环境。

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