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近年来,随着人民生活水平和质量的不断提高,所产生污水中的成分愈来愈复杂,废水经处理后氨氮难以达标成为普遍现象。特别是高浓度有机废水经厌氧工艺处理后,出水水质呈现有机物少、碳氮比低的特点,给后续生物脱氮造成了极大的困难。针对企业遇到的问题和目标废水进行实验室研究,本试验结合厌氧处理工艺出水特点,研究与之配套的后续脱氮处理工艺,优化控制条件以达到高效脱氮的目的。本试验研究以人工配制的不同碳氮比的水果废水作为研究对象,采用时控机械式间歇搅拌曝气反应器(自控间歇式进水分段曝气处理系统,专利号ZL201510432180.5;实验室用直曝式曝气设备,专利号ZL201510431817.9)作为试验装置,该装置经课题组内成员的试验验证,在常规水处理过程中具有良好的除碳脱氮功能。研究内容主要是利用该装置循环曝停,提供抑制亚硝酸盐氧化菌生存条件,促进其他脱氮机理脱氮,实现低碳脱氮。反应系统中溶解氧浓度由曝气装置的转速大小和停曝比决定,探究转速与停曝比对除碳脱氮效果的影响,寻求最佳运行工况;建立对应的基质降解动力学公式,验证试验结果。本试验历时122天,实验结果表明:(1)在反应器内接种活性污泥启动试验,进水量由10L/d提升为20L/d,COD浓度从627mg/L升至1170mg/L,历时22天完成污泥驯化。该阶段数据显示COD、氨氮的去除率都在97%以上,出水浓度分别为25mg/L、3.8mg/L,可达标排放。在显微镜下可以明显观察到大量钟虫,说明试验完成启动和驯化过程。(2)试验完成驯化之后,提高废水中氨氮的比例,在碳氮比分别为10和7(进水COD浓度约为1100mg/L,进水氨氮浓度分别为108mg/L、146mg/L)的条件下,改变运行工况找到适合此类废水的工况控制范围。试验数据表明在转速为450r/min和以曝气15min、沉淀25min的时间设定循环曝停条件下,COD、氨氮、总氮的出水浓度分别在40mg/L、2.5mg/L、11mg/L以下,去除率分别保持在97%、98%、90%,说明反应器可以有效地进行除碳脱氮。(3)进水量由20L/d升高至40L/d,在碳氮比分别为11、6.5、4.5(COD浓度约为1100mg/L,进水氨氮浓度分别为106mg/L、170mg/L、240mg/L)的条件下,对停曝比微调,以求总氮达到良好的去除效果。碳氮比为11时,试验最佳工况是转速450r/min,循环曝停时间设定为曝气15min、静置25min;碳氮比分别为6.5、4.5时,最佳工况是转速450r/min,循环曝停时间设定为曝气20min、静置20min。(4)本试验完成了对水果废水碳氮比分别为11、6.5、4.5时的除碳脱氮研究。与常规水处理相比,在未投加碳源条件下,本试验处理高氨氮废水时通过控制运行工况,使处理后出水COD、氨氮、总氮浓度均在排放标准以下,根据一个周期内各组分浓度变化,证明在反应过程发生短程硝化反硝化。(5)整理碳氮比为4.5时试验数据,对莫诺(Monod)方程式进行推论,利用图解法解得动力学参数,建立了该反应器处理含氮水果废水的基质降解动力学模型。COD降解动力学模型为(?);氨氮降解动力学模型为(?);总氮降解动力学模型为(?)。