味精生产废水主要指味精生产中发酵、提取、精制过程中产生的废水，具有COD高、氨氮高、悬浮固体高与盐分高的特点，是业内公认的难处理废水。近年来，越来越多的味精生产企业致力于废水处理达到《污水综合排放标准》（GB8978—2002）中一级A的直排标准，其中TN排放限值为15mg/L，这远高于《味精行业排放标准》（GB19431—2004）中对TN排放的的要求（小于50mg/L），使得废水中TN达标成为新的研究难点。
A/O法是一种简单、经济、高效的生物脱氮技术，被广泛应用于高氨氮废水处理领域。笔者以某味精精制废水处理项目为研究对象，该工程采用A/O工艺，调试成功至今，系统保持稳定运行，出水主要污染物均达到直排标准。在此基础上，笔者分别对A池与O池内的有机物与氮元素的降解进行了计算与分析，进一步阐明生化系统中的脱氮途径，以期明确A/O工艺高效脱氮的机理。
1、材料和方法
1.1 味精精制生产废水生物处理工程
笔者研究工程为山东济宁某味精生产企业的污水处理工程，废水主要来源于谷氨酸到味精的中和、脱色、浓缩和结晶等精制过程。该污水站设计流量为1500m3/d，设计进水水质COD为1500mg/L，总凯氏氮（TKN）为130mg/L；硝化液回流比为4.0，污泥回流比为1.0；设计出水水质达到《污水综合排放标准》（GB8978—2002）排放标准。该工程采用A/O工艺，处理流程见图1。
其中进水区有效容积为150m3，实现了进水与回流硝化液、回流二沉池污泥的充分混合；A池有效容积310m3，水流下进上出，有效保持了较高污泥浓度；O池有效容积3200m3；二沉池表面负荷为0.80m3/（m2•h），池型为辐流式，沉淀效果好，有效保障了生化系统的高污泥浓度。
1.2 A池污泥反硝化速率测定试验
采用批次试验对系统中的污泥进行反硝化速率测定。具体方法：在3000mL烧杯中加入1000mL系统进水与1000mL硝化回流液（O池末端混合液）；缺氧状态下搅拌，每隔10min取样适量混合液样品，加硫酸酸化至pH小于2，高速离心，测定上清液中COD、NO2--N、NO3--N、TKN的浓度。由于系统进水与硝化回流液混合后溶液所含NO3--N浓度较低，故在此基础上额外补充了10mg/LNO3--N以提高反硝化速率测定的准确性。
1.3 O池中污染物降解试验
为了考察污染物在O池中的降解过程，在O池中沿水流方向每隔10m设置1个取样点，分别标注0#、1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#取样点；并在二沉池出水处取样（9#取样点）。测定各取样点上清液中COD、NO2--N、NO3--N、TKN的浓度，分析其降解过程。
1.4 分析测定方法
废水水质的COD、NO2--N、NO3--N、TKN和pH以及表征污泥性质的混合液悬浮固体浓度（MLSS）均参照《水和废水监测分析方法（第四版）》测定；污泥含氮量参照《城市污水处理厂污泥检验方法》（CJ/T211—2005）测定。
需要指出的是，由于味精精制生产废水中的氮主要源自含氮有机物所以实验均用TKN进行研究。
2、结果与讨论
2.1 味精精制生产废水生物处理装置运行效果
该工程自2013年5月投入运行以来，运行稳定，考察生产过程中100d运行的监测数据。监测结果表明：废水流量为（1270±335）m3/d，原水COD为（1724±897）mg/L，TKN为（93.5±41.5）mg/L，pH为8.5±2.4，处理系统活性污泥的混合液悬浮固体质量浓度（MLSS）为（5.3±0.2）g/L。
进水水量水质波动很大，水量平均波动26.3%、平均COD波动52.0%、日COD负荷平均波动92%，但出水COD为（10.4±5.1）mg/L，平均COD去除率为99.4%，处理效果好而且稳定；出水TKN为（0.6±0.4）mg/L，平均TKN去除率为99.4%；出水TN为（7.2±1.5）mg/L，TN平均去除率为91.7%，说明系统不仅对氨氮、有机氮有极高的去除（硝化）作用，而且有很高的反硝化能力。
2.2 脱氮途径分析
对系统进行了30d的现场测定，包括进水流量、进出水水质、污泥浓度、污泥VSS/SS值、污泥含氮量、计算氮的去除总量、剩余污泥排放中氮的去除量。实验期间，为确保现场测定数据的准确性，将进水总污染负荷保持在一个较为稳定的状态。
统计30d的系统进出水数据可知，系统进水流量为（1400±45）m3/d，COD为（1256±64）mg/L，TKN为（84.7±6.0）mg/L，NO2--N、NO3--N未检出，故进水TN可用TKN代替；出水COD为（14±3）mg/L，TN为（7.4±1.9）mg/L。通过计算可得，系统平均COD、TN去除量分别为1739、108.2kg/d。
统计生化系统排泥数据得到：30d总计外运脱水污泥约9.6t，污泥含水率为84.5%±1.5%，VSS/SS为0.77±0.02，污泥含氮量为（54.6±1.1）mgN/gVSS。测定期间系统污泥浓度变化不大，在表观污泥产率系数计算中基本可以忽略；系统出水SS小于5mg/L，也忽略其对污泥浓度的影响。经统计计算可得，平均剩余污泥产量为208.7kgVSS/d，表观污泥产率系数为0.12kgVSS/kgCOD，泥龄约100d。
笔者研究中，认为该生化系统的脱氮总量M按发生的位置可以分为3个部分：（1）A池中的脱氮总量记为M1；（2）O池中的脱氮总量记为M2；（3）经剩余污泥排放的脱氮总量M3。其中系统M=M1+M2，M3是被包含在M1与M2中的，因缺氧状态与好氧状态污泥产率的差异导致无法区分。根据日均剩余污泥产量与污泥含氮量计算可得，通过剩余污泥排放的脱氮总量M3为11.4kg/d，约占TN去除总量的11%。
2.3 A池COD与氮降解分析
系统进水、硝化回流液和污泥回流液在A池前进水区混合均匀，此阶段A池进水流量为（8400±270）m3/d，混合后A池进水COD、TKN、NO3--N分别为（222±13）、（14.6±1.2）、（6.7±0.2）mg/L，A池出水COD、TKN、NO3--N分别为（125±11）、（13.9±1.2）、（0.2±0.1）mg/L，进出水均未检出NO2--N，COD、TN平均去除量分别为806.4、60.9kg/d。由此可知A池中M1为60.9kg/d，约占系统TN去除总量的56%。
A池出水NO3--N为（0.2±0.1）mg/L，NO2--N未检出，说明NO3--N在A池中几乎实现了完全反硝化。A池有效容积310m3，MLSS为5.3g/L，可计算出污泥反硝化速率为1.86mgN/（gSS•h）。
为了进一步了解污泥反硝化活性，采用1.2所述的方法对A池污泥最大反硝化速率进行了测定。混合液初始COD、NO3--N、TKN分别为638、14.1（含补充的10mg/LNO3--N）、43.3mg/L，MLSS为2.53g/L，VSS/SS为0.78，测定结果见图2。
由图2可知，COD在0~40min由638mg/L降至505mg/L，平均降解速率为78.7mgCOD/（gSS•h），之后浓度变化不大，出水COD为502mg/L。NO3--N在0~30min由14.1mg/L呈线性下降至1.6mg/L，平均降解速率为12.7mgN/（gVSS•h），之后缓慢降至0.2mg/L并保持稳定，出水NO3--N为0.2mg/L。在NO3--N下降的同时，NO2--N不断积累，30min时浓度上升至1.3mg/L，之后浓度迅速下降，出水NO2--N为0.03mg/L。TN在0~40min由57.4mg/L降至42.8mg/L。这说明，测试中，系统活性污泥最大反硝化速率（即0~30min阶段对应的为NO3--N快速下降阶段，此时反硝化不受碳源、NO3--N浓度限制，故又可称之为“反硝化活性”）为12.7mgN/（gVSS•h），而A池污泥实际的平均反硝化速率为1.86mgN/（gVSS•h），是其活性的1/7。这是因为A池反硝化效率的发挥总是会受NO3--N或反硝化所需碳源的限制。
2.4 O池COD与氮的降解分析
前面的研究发现，还有相当大的部分TN去除是在O池内发生的。为此，对O池进出水COD、TN进行测定与计算。
期间，进入O池流量为（8400±270）m3/d，进入O池COD、TKN、NO3--N分别为（125±11）、（13.9±1.2）、（0.2±0.1）mg/L，二沉池出水COD、TKN和NO3--N分别为（14±3）、（0.4±0.2）、（8.1±0.2）mg/L，进出水均未检出NO2--N，COD、TN去除总量平均分别为932.4、45.36kg/d。由此可知O池中脱氮总量M2为45.36kg/d，约占系统TN去除总量的44%。
O池出水TN下降了5.6mg/L，且系统中有44%的氮在O池中通过反硝化去除，这应该是O池发生了显著的同时硝化反硝化。
为了进一步研究O池中TN去除的具体过程，采用1.3所述的方法对O池中污染物的降解过程进行测定。测定当日系统污泥浓度为5.3g/L，VSS/SS为0.78。测定结果见图3。
由图3可知，0#取样点至1#取样点，COD由128mg/L快速降解至66mg/L，平均降解速率为8.0mgCOD/（gVSS•h），1#取样点至3#取样点，COD由66mg/L缓慢降至20mg/L并基本保持稳定，9#取样点COD为15mg/L。0#取样点至2#取样点，TKN由14.1mg/L呈线性下降至1.6mg/L，平均降解速率为0.80mgN/（gVSS•h），之后缓慢降解至0.6mg/L并保持稳定。0#取样点至2#取样点，NO3--N由0.2mg/L呈线性上升至7.5mg/L，之后小幅度上升并保持稳定，出水NO3--N为8.0mg/L。NO2--N在O池中位于检出限（0.02mg/L）以下。0#取样点至3#取样点，TN由14.3mg/L降至8.0mg/L，平均降解速率为0.24mgN/（gVSS•h），之后保持稳定，出水TN为7.9mg/L，说明同时硝化反硝化主要发生在O池前端。这是因为反硝化进行所需的2个必要条件：NO3--N与碳源。事实上，由于A池反硝化效率极高，O池进水端几乎没有NO3--N；随着O池内硝化过程的发生，产生了NO3--N，同时具备充足的反硝化菌可利用的碳源，反硝化过程得以进行。而后NO3--N继续上升后，TN保持稳定，这是由于COD已基本降解结束，反硝化又受到有机碳源的限制。
O池内发生显著的同时硝化反硝化脱氮现象，在抗生素废水处理工程实践中有同样的发现。另外，也有其他研究者作了相似的报道。
笔者所研究的系统TN去除率已高于90%，除了A池几乎实现了完全反硝化外，O池同时硝化反硝化脱氮约占TN去除总量的44%，说明O池前端发生显著的同时硝化反硝化能使A/O工艺打破硝化液回流比的限制、进一步提高TN去除率。
3、总结
系统高效脱氮是由于A池污泥浓度高、污泥反硝化活性高以及O池前端发生显著的同时硝化反硝化所致。系统通过A池反硝化与O池同时硝化反硝化脱氮分别占TN去除总量的56%与44%。O池前端发生显著的同时硝化反硝化能使A/O工艺满足更高的脱氮要求。这个发现对于今后的理论研究及工程实施都具有意义。（来源：上海博华环境科技有限公司，华东理工大学环境工程研究所）