化學抑制劑對短程硝化工藝影響研究

摘要： 為了探究不同的抑制劑對短程硝化的體系影響，本實驗選擇添加聯氨（N2H4）、甲酸等兩種抑制劑，采用接種好氧污泥啟動運行并馴化，投加抑制劑，通過分析添加抑制劑后的氨氧化率和亞硝酸鹽積累率來判斷不同的抑制劑對短程硝化體系的影響。結果表明，添加5 mg·L-1的聯氨（N2H4）作為亞硝酸鹽氧化菌抑制劑，系統最終的氨氧化率和亞硝酸鹽積累率分別達到79.24%和78.31%，對比空白組的81.44%與60.79%氨氧化率下降，亞硝酸鹽積累率上升。添加甲酸時（添加量為3 0 mmol·L-1），系統的氨氧化率和亞硝酸鹽積累率分別達到80.14%和79.19%。

關鍵詞：短程硝化；聯氨；甲酸；抑制劑

中圖分類號：X703 文獻標志碼： A 文章編號： 1004-0935（2025）02-0277-04

短程硝化作為一種新型的廢水脫氮技術[1]，其最主要的原理是生物脫氮的硝化反應只進行到亞硝化過程，將傳統硝化反硝化脫氮停留在第一階段，即僅在AOB存在下使氨氮氧化成亞硝態氮而另NOB不再起作用。相比于傳統的廢水脫氮技術短程硝化具有曝氣量少，減少添加碳源節省能源的優點。影響短程硝化的因素有物理因素如溫度[2]，溶解氧濃度[3]，PH[4]，等，化學因素如FA[5]（游離氨）和FNA（游離亞硝酸），氯酸鹽[6]，聯氨[7]等，這些影響因素的根本是篩選出AOB（氨氧化菌）為優勢菌群，淘洗NOB（亞硝酸鹽氧化菌）。同時也因為AOB和NOB的適宜環境有著非常細微的差別[8-9]，所以難以準確控制溫度PH等物理因素的方法完全篩選出AOB同時抑制NOB活性。因此，本實驗采取低氧啟動短程硝化，同時添加聯氨、甲酸[10-11]等抑制劑的方法來富集AOB，去除NOB。

1實驗部分

短程硝化的啟動和操作采用序批式反應器（圖1），SBR反應器是瞬時進水、排水方式作業，反應周期時長結合實際情況進行設置，周期間是閑置期。一個周期進水，攪拌，曝氣、靜置，排水共5個環節。

實驗用水包含：進水氨氮按需要添加，以及必需微量元素。

2結果與討論

為了確保氨氧化細菌具有競爭優勢，本研究采用控制低溶解氧作為調控策略，將溶解氧濃度保持在（1±0.2）mg·L-1，設定溫度為（30±1）℃，pH值為（7.5±0.2）。實驗可分為以下階段：首先通過全程硝化恢復污泥的氨氧化活性，使用低氨氮濃度廢水作為介質，在無抑制劑的情況下以氨氧化率為主要指標，逐漸增加進水的氨氮濃度，提高系統的氮容積負荷，提升氨轉化能力，增加氨氧化菌數量，富集氨氧化細菌；在實現穩定高效的氨氧化率后，降低系統的溶解氧濃度，對亞硝酸鹽氧化菌產生抑制作用和淘洗作用，使氨氧化菌成為優勢菌種；根據實際反應情況調節反應周期，避免由于曝氣時間過長而造成的亞硝酸鹽氧化。

為防止亞硝酸鹽氧化菌活性的恢復或繼續增殖，從而確保系統獲得穩定的氨氮氧化率和亞硝酸鹽積累率。第1階段的實驗中，采用了全程硝化模式，曝氣時長設為6 h，以確保微生物有足夠的代謝時間來恢復污泥的硝化活性。每天運行3個周期，并檢測一個運行周期內進水和出水的水質。為了保證微生物有足夠的溶解氧供應，通過調節曝氣速率，控制反應器內溶解氧濃度保持在3～4 mg·L-1的范圍內。進水采用自來水調配，沒有加入有機碳源。在第2階段（第14～25天），繼續提高進水氨氮濃度，從62.84 mg·L-1逐步增加到101.53 mg·L-1。同時，將反應器內的溶解氧濃度控制在（1±0.2） mg·L-1的范圍內，以抑制亞硝酸鹽氧化菌的活性，并富集氨氧化細菌，以實現短程硝化。在第3階段（第26～50天），進一步提高了進水氨氮濃度，并將曝氣時長由6 h縮短至4.5 h。同時，調整為每日運行4個周期，在第4階段（第51～67天），反應器的運行周期調整為每日運行6個周期，曝氣時長為2.5 h。進一步提高了進水氨氮濃度至270 mg·L-1，而氨氮轉化率仍維持在90%左右。由此得到穩定的氨氮轉化率。

在保持低溶解氧穩定運行的基礎上，調整運行策略共設3組實驗，空白對照組A0，即不添加任何抑制劑，僅低溶解氧來控制短程硝化，添加聯氨組A1、添加甲酸組A2。

2.1聯氨對于短程硝化的影響

在第68天的時候改變反應策略，保持與之前相同的進水條件，pH控制在7.5±0.2，溶解氧控制在（1±0.2） mg·L-1。在進水中添加聯氨，采取加2 d停1 d的方式，N2H4投加濃度為5 mg·L-1。進水后反應器內平均氨氮濃度為270 mg·L-1。

根據圖2可知，在添加聯氨后，A1反應器內的出水亞硝氮濃度升高，在第70天時出水亞硝氮濃度達到最高為193 mg·L-1，出水硝氮濃度降低最低達到47 mg·L-1，隨后出水硝氮維持在60 mg·L-1，待反應繼續進行一段時間后至第88天時，出水的氨氮開始出現上升現象。

根據圖3可知，投加聯氨后短程硝化體系的平均氨氧化率保持為87.21%。反應器內的亞硝酸鹽積累率快速提高，最高在第79天的時候，亞硝酸鹽積累率達到了82.25%，并在之后亞硝酸鹽積累率穩定在79%。反應從第68天一直到第89天，一直保持著較高亞硝酸鹽積累率。添加聯氨組的氨氧化率相較于A0對照組出現了下降。分析這種現象的原因可能為長時間的低氧條件和聯氨的共同抑制使得AOB活性降低，導致出水氨氮濃度上升，氨氮轉化率下降。

2.2甲酸對于短程硝化的影響

在第68天的時候改變反應策略，保持與之前相同的進水條件，pH控制在7.5±0.2，溶解氧控制在（1±0.2） mg·L-1，在進水中添加甲酸，采取加2 d停1 d間歇投加抑制劑的方式，甲酸投加濃度為30 mmoL·L-1。進水后反應器內平均氨氮濃度為270 mg·L-1。

根據圖4在添加甲酸后，出水亞硝氮濃度提升較快，在第76天時出水亞硝氮濃度達到最高為198 mg·L-1，且出水硝氮濃度呈下降趨勢。出水氨氮濃度在第90天，略有上升。

通過對比分析圖5和圖6，在投加甲酸后短程硝化體系的平均氨氧化率保持為90.37%。反應器內的亞硝酸鹽積累率快速提高，最高在第76天的時候，亞硝酸鹽積累率達到了85%，并在之后亞硝酸鹽積累率穩定在82%。反應從第68天一直到第89天，相較于A0組，一直保持著較高的亞硝酸鹽積累率。甲酸組的氨氮轉化率與對照組氨氮轉化率十分相近。甲酸對NOB具有抑制作用，甲酸特異性抑制了亞硝酸鹽氧化還原酶編碼基因nxrB的轉錄進而降低了NOB基質氧化活性。

3結 論

1）在短程硝化工藝中添加聯氨后，氨氧化率為79.24%相較于對照組的81.44%出現下降趨勢，且屬于略微下降，亞硝酸鹽積累率為78.31%相較于對照組60.79%呈上升趨勢。

2）在短程硝化工藝中添加甲酸后，氨氧化率為80.14%相較于對照組的81.44%出現下降趨勢，且屬于略微下降，亞硝酸鹽積累率為79.19%相較于對照組60.79%呈上升趨勢。

3）根據A0組實驗發現，僅控制低溶解氧無法獲得穩定的氨氮轉化率和亞硝酸鹽積累率，所以可以采用低氧與抑制劑相結合的方式獲得較為穩定的短程硝化工藝。相較而言，甲酸對亞硝酸鹽積累率的促進作用比聯氨好，對氨氧化率的抑制作用比聯氨弱。

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1217.

Study on the Efficacy of Chemical Inhibitors in Short-range

Nitrification Process

GAN Donglin， WANG Yujia

（Shenyang Jianzhu University， Shenyang Liaoning 110168， China）

Abstract： To investigate the effects of different inhibitors on short-term nitrification systems， this experiment selected two inhibitors， hydroxylamine （N2H4） and formic acid. The system was initiated by inoculating aerobic sludge and acclimated， followed by the addition of inhibitors. The impact of the inhibitors on the short-term nitrification system was assessed by adding analyzing the subsequent of ammonia oxidation and nitrite accumulation. The results showed that the addition of 5 mg?L-1 of hydroxylamine （N2H4） as a nitrite-oxidizing bacteria inhibitor resulted in an ammonia oxidation rate and nitrite accumulation rate of 79.24% and 78.31%， respectively， compared to 81.44% and 60.79% in the blank group， showing a decrease in ammonia oxidation rate and an increase in nitrite accumulation rate. In the case of formic acid （at a concentration of 5 mg?L-1）， the system demonstrated an ammonia oxidation rate and nitrite accumulation rate of 80.14% and 79.19%.

Key words： Short-term nitrification; Hydroxylamine; Formic acid; Inhibitors