氨氮的去除是通过硝化和反硝化两个相互独立的过程实现的，由于对环境条件的要求不同，这两个过程不能同时发生，而只能序列式进行，即硝化反应发生在好氧条件下，反硝化反应则发生在严格的缺氧或厌氧条件下。在这种理论指导下，传统的生物脱氮工艺都是将缺氧区(或厌氧区) 与好氧区分隔开，如A/O系统[1]，在好氧区供氧充足，氨氮被硝化菌群氧化成硝酸盐氮，然后混合液一般被回流至前置式缺氧段; 在缺氧条件下，反硝化菌利用硝酸盐氮和原污水中的有机物完成反硝化过程，达到脱氮的目的。而在后置式反硝化场合，因为混合液中有机物的缺乏，一般还需要人工投加碳源，但脱氮效果可高于前置式，理论上可达到近于百分之百的脱氮[2]。
在SBR 法处理生产生活污水的实际运行过程中，经常出现碳源不足，使得在反消化过程中有机物不足，这就需要补充碳源，控制影响工艺有效运行、相互制约的各种因素，而其中最主要的是碳氮磷的比值。如果在SBR 处理工艺中控制好比值，同时控制好其他环境因素，使各制约因素得到统一，则脱氮就会取得较好的效果。
1 工艺流程和装置介绍
1．1 装置介绍
SBR 反应器总容积为2 × 1440 m3 ，采用碟式射流曝气器、鼓风机曝气。
1．2 工艺流程介绍(图1)
气化废水由厂区管道直接泵入废水调节池，其他厂区收集的生产废水以及生活污水由污水管路经过一道人工格栅，去除污水中较大的颗粒物和漂浮物质，自流入污水处理站的生活污水格栅井，直接由泵泵入后续均衡池。气化废水在调节池中实现水质水量的均化。同时在废水调节池中设置穿孔管路进行曝气搅拌，防止悬浮固体和颗粒在池底沉积。然后废水由两台提升泵提升至一级搅拌反应槽内，并向其中投加磷酸和氢氧化钠，充分搅拌混合反应后流入二级搅拌反应槽，同时投加混凝剂和絮凝剂继续混合反应。出水流入浓密池中实现固液沉淀分离，浓密池中安装有专利型高效浓密机，以获得较高的沉淀效果。
预处理系统浓密池出水自流入均衡池，污水在均衡池中一方面实现水质均化，另一方面根据运行情况投加甲醇和氢氧化钠，以补充后续生化需要的碳源和碱度，提高SBR 工艺对NH3-N的去除效率。均衡池设置空气搅拌对污水和投加的药剂进行均匀混合，同时安装两台二级提升泵提升污水至SBR 反应器。污水在SBR 反应器中发生生化反应，COD、氨氮等在微生物的作用下得到充分的降解，在一定的时序内由安装于反应池末端的滗水器将上层的清水排出。两组SBR 反应器交替工作，按周期运行。一个工作周期为8 个小时。进水阶段同时进行曝气。每组池内设置碟式射流曝气机以及剩余污泥泵等。出水由滗水器排入排水监测池，最终排出处理站界外。如果排水监测指标不合格，可以将其回流至预处理段重复处理。
图1 工艺流程框
Fig．1 process flowsheet
生产污水水质见表1，运行方式及参数分别见表2、表3。
表1 德士古气化水质
Tab．1 Texaco gasification waste water
表2 运行方式
Tab．2 Operation mode
表3 运行参数
Tab．3 Operation parameters
以上数据为最佳工况、稳定运行时的参数。水质分析方法均采用国家标准分析方法。
2 结果与讨论
2．1 SBR 工艺的处理效果
SBR 工艺的处理效果见表4，其出水的COD、BOD5、NH3-N浓度都达到了国家二级排放标准(COD = 150 g /L、BOD5 =30 mg /L、NH3-N = 25 mg /L) [3]。SBR 工艺德士古气化污水的处理效果很好，特别是氮的处理效果更为突出。进水氨氮浓度为208 mg /L 时，出水氨氮浓度在2．83～9．23 mg /L 之间，去除率为95%～97%，此系最佳工况运行期间的进、出水水质。
表4 SBR 工艺的处理效果
Tab．4 Treatment efficiency
2．2 氮的去除及转化
图2 是一个运行周期内氮的转化情况。
图2 一个周期氨氮的变化
Fig．2 transformation of ammonia nitrogen within a cycle
2．2．1 硝化
进水NH3-N 在经过硝化反应后变成了硝态氮，氨氮转化的第一个过程就是硝化。硝化菌把氨氮转化成硝酸盐的过程称为硝化。硝化是一个两步的过程，分别利用了两类微生物，亚硝酸盐菌和硝酸盐菌。这些细菌所利用的碳源是CO2 －3 、HCO －3和CO2等无机碳，不是有机碳。第一步首先由亚硝酸盐菌将氨氮转化成亚硝酸盐。把亚硝酸盐转化为硝酸盐是由硝酸菌完成的。亚硝酸盐菌和硝酸菌称为硝化菌。硝化菌是专性的自养革兰阴性好氧菌。它们利用氨氮转化过程中释放的能量作为自身新陈代谢的能源，硝化菌对环境非常敏感，其产率与去除BOD 的异养菌相比要低[4]。
2．2．2 TN(总氮) 的去除
在厌氧阶段总氮浓度的降低主要是混合稀释作用和硝态氮的去除造成的。在进行的好氧曝气段，总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
污水进入反应装置后，将原有的硝酸盐浓度稀释，同时借助水中的碳源，使剩余混合液中的硝酸盐发生反硝化反应。在厌氧段的前10 min，反硝化反应迅速，该阶段利用厌氧发酵产物作为碳源，其反硝化速率是第二阶段(10～30 min) 反硝化速率的3倍左右[5]。硝酸盐在经过约50 min 的厌氧反硝化后，其浓度＜ 0．007 mg /L 水中原有的硝酸盐在缺氧的情况下，则被还原成气态N2后从水中逸出，从而达到国家二类排放标准。若在最佳工况运行则出水氨氮可以未检出。
2．3 影响硝化效果的因素
2．3．1 冲击负荷
运行中发现当进水氨氮浓度突然升高时，系统对氨氮的去除效果明显下降，污泥负荷甚至出现负值(这是因为异养菌受冲击负荷影响比硝化菌小，进水中的有机氮继续被异养菌转化为氨氮，从而使出水氨氮高于好氧搅拌完氨氮) [6]，需要经过一段时间才能恢复。
2．3．2 pH 值
系统对氨氮的处理效果与出水pH 值密切相关。进水氨氮为122 mg /L 左右时出水氨氮浓度与pH 值的关系见图。
图3 出水氨氮浓度与pH 的关系
Fig 3 the relationship of effluent ammonia concentration with pH
当pH ＞ 8．1 时出水氨氮才能降至10 mg /L 左右。同时发现进水氨氮浓度越大，在保证处理效果的前提下出水pH 值会越高(见表5) 。试验中还发现，pH 值对硝化的影响是暂时的。
表5 进、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 温度
运行初期水温＞20 ℃时基本保持了良好的硝化效果，当温度低于15 ℃时，硝化菌生长速率降低[7]。由于硝酸盐细菌对温度变化比亚硝酸盐细菌敏感，温度小幅降低将首先影响硝酸盐细菌，使NO2 －N积累，但氨氮去除率未受大的影响; 当温度持续降低时(低于20 ℃) 亚硝酸盐细菌也受到影响，氨氮的去除率也逐渐减小直至硝化作用完全停止。当温度回升至23 ℃时硝化作用开始恢复，并且出水氨氮迅速降至1 mg/L 以下，NO2 －N 持续积累。根据几年地运行发现当水温控制在10 ～35 ℃之间处理效果相对稳定。
2．3．4 DO(溶解氧)
在好氧保持DO 2～4 mg /L，满足通常的硝化反应DO ＞2 mg /L 的要求。当系统DO ＜ 1 mg /L，出水硝化效果明显变差，氨氮去除率从99%降至32%。在厌氧减短DO ＜ 0．5 mg /L 反硝化过程要在缺氧状态下进行，溶解氧不能超过0．5 mg /L，否则反硝化过程就得停止。反硝化过程分为两步进行[8]，第一步由硝酸盐转化为亚硝酸盐，第二步由亚硝酸盐转化为一氧化氮、二氧化氮和氮气。
2．3．5 微生物活性
运行过程中发现，系统运行初期进水氨氮为200 mg /L 左右，在未受到冲击负荷、温度和pH 值的影响时氨氮去除率＞ 99%，硝化效果良好; 运行300 d 以后，当系统进水氨氮为120 mg /L时出水氨氮为10 mg /L 左右，而且出水中多为NO2-N。这是因为运行初期微生物活性较高，随着运行时间的增加和污泥浓度的升高，死亡后的细胞残留物和微生物代谢产物在反应器内的浓度逐渐积累升高，而这些物质大部分为高分子物质，在反应器内积累到一定程度就会对硝化产生抑制。由于硝酸盐细菌对环境比亚硝酸盐细菌敏感，因而硝酸盐细菌的活性几乎完全被抑制，出水中NO3-N 含量很低，从氨氮的去除情况来看，亚硝酸盐细菌也受到了影响。因此我们要根据处理效果，污泥颜色．污泥浓度等及时排泥防止污泥老化。。
3 结论
(1) SBR 工艺在去除有机物的同时可以完成脱氮。试验结果表明，出水COD 浓度为10．7 ～32．2 mg/L，去除率可达89% ～87%; 出水BOD5浓度为5．2～13．62 mg/L，去除率可达88%～89%; 出水NH3 －N 浓度为2．83 ～9．23 mg/L，去除率可达95% ～97%。
(2) 在SBR 工艺处理生产污水过程中，SBR 水处理抗冲击性差，要对污水进行进水水质监控和提高操作工的经验根据水质的情况进行更改负荷大小。
(3) 调整好水中的碳氮磷，厌氧消化池中，细菌生长所需营养由污泥提供。合成细胞所需的碳源担负着双重任务，其一是作为反应过程的能源，其二是合成新细胞。我们要通过对进水COD 的分析及时投加营养液(硝酸铵、尿素、磷酸钠、磷酸一氢钠) [9]或者甲醇给反消化提供充足的碳源。
(4) 温度在污水处理中的一项重要指标，要对温度控制在10～35 ℃，温度低于此范围影响微生物的生长速度。
(5) DO 浓度也是污水处理中的一项重要指标，在好氧间段控制在2～4 mg /L[10]如果低使氨氮不能够氧化成硝酸根和亚硝酸根。厌氧间段控制在0．5 以下，为反消化创造有利地条件。
