1材料與方法
進行試驗的製漿企業產能100萬t/a，商品漿產能40萬t/a。製漿原料主要爲木材、廢紙和蘆葦。廢水處理系統的運行工藝流程爲:廢水→初沉池→冷卻塔→選擇池→厭氧池→好氧池→二沉池→深度處理(超效淺層氣浮系統)→達標排放。該企業好氧系統長期穩定運行時，二沉池出水CODCr穩定在250mg/L以下。廢水處理系統進水CODCr保持在1250mg/L，BOD/COD爲0.45，每天進水量爲45000m3，進水總氮值爲2mg/L，需要補充氮磷營養，經計算每天需要投加1012kg氮源，換算成尿素爲2154kg，實際每天尿素用量爲2100kg。在廢水處理不同時期，SN可發揮不同形態氮的協同效應，顯著提高氮的利用率。爲了確定SN能夠高效地替代尿素，在產品開發階段，以廢水處理系統爲研究對象，使用SN替代尿素，在廢水中含有相同量的BOD時，尿素用量按照理論營養需求m(BOD)∶m(N)∶m(P)=100∶5∶1計算，經計算，最終確定本試驗的SN總用量爲原尿素用量的1/3(以尿素質量計)，即SN總用量爲2100kg×1/3=700kg。試驗中使用SN時，採取逐步替代尿素的方法，即分三個階段在選擇池投加SN和尿素，最終使SN完全替代尿素。由於SN是液態，可直接泵入選擇池;尿素則需要先在尿素罐中溶解，再泵入選擇池。表1爲三個階段中SN和尿素的用量。
2檢測方法
SN作爲一類新型氮源藥劑，無毒無害，能夠高效少量地替代傳統氮源。目前評判SN的高效性和安全性主要爲二沉池出水的氨氮濃度、二沉池出水CODCr、好氧池末端SV30(污泥沉降比)和生物相。本試驗取樣地點爲初沉池出口、選擇池出口、好氧池出口、二沉池。水質檢測項目、檢測頻次和檢測方法。
3結果與討論
3.1氨氮濃度
氨氮是指水中以遊離氨(NH3)和銨離子(NH4+)形式存在的氮，是微生物和水體生態植物等最易吸收利用的氮源。當水體中氨氮濃度過高時，會導致水體富營養化，對魚類及某些水生生物有害，所以工業廢水處理後需要達到一定的限值才能排放。該製漿造紙企業廢水處理氨氮濃度排放標準依據GB/T3544—2008中現有企業排放限值爲10mg/L［8］，結合當地環保部門的規範，實際排放限值爲8mg/L。圖1爲在使用SN期間廢水處理生化系統進、出水的氨氮濃度。從圖1可以看出，SN逐步替代尿素時，在不同替代階段，其氨氮濃度呈現不同的規律。第一階段，用233kg的SN替代中試前尿素用量中的'1/3(即700kg尿素)，其他氮源仍爲尿素，在此階段，選擇池出水氨氮濃度比較低，平均爲7.9mg/L，二沉池出水氨氮濃度波動較大。出現此類規律的原因主要爲:①此階段SN僅替代了中試前尿素用量中的1/3尿素，而SN中含有部分氨態氮，剩下的爲其他形態的氮，再加上初沉池廢水中的氨氮含量，導致選擇池出水氨氮濃度較初沉池廢水更高，隨着SN逐步替代尿素，選擇池出水氨氮也逐漸增大，最終趨於穩定。②SN爲液體氮源，其中氮形態豐富，使用它替代尿素時，系統需要短暫的適應期，從而導致二沉池出水氨氮濃度波動較大。第二階段，用466kg的SN替代中試前尿素用量中的2/3(即1400kg尿素)，其他氮源仍爲尿素，在此階段，選擇池出水氨氮濃度均值爲8.9mg/L，二沉池出水氨氮濃度波動較小，呈下降的趨勢，主要原因在於系統逐步適應了SN作爲氮源。第三階段，用700kgSN完全替代中試前尿素用量(即2100kg尿素)，在此階段，選擇池出水氨氮濃度均值高達12.2mg/L，高氨氮含量的主要來源爲SN中的氨態氮及初沉池廢水中的氨態氮。但在此階段，二沉池出水氨氮濃度平穩，均值僅爲1.8mg/L，遠遠低於排放限值標準。其結果表明，SN能夠安全地替代尿素，用量僅爲原尿素用量的1/3時，二沉池出水達到排放標準。系統出水氨氮濃度穩定，即SN能夠很好地被微生物利用。
3.2CODCr去除效率
CODCr是廢水處理廠運行管理中一個重要的有機物污染指標。爲使用SN中試期間，廢水處理系統CODCr的去除情況。該製漿企業廢水處理系統初沉池CODCr在1100～1350mg/L，波動不大，說明該企業廢水處理系統廢水水質比較穩定，系統不會受到水力負荷衝擊，在此情況下使用SN，避免了水力負荷衝擊的影響。從二沉池出水CODCr曲線可以看出，使用SN逐步替代尿素的過程中，第一階段和第二階段系統CODCr稍有偏高，但總體趨於穩定。當系統外加氮源全部爲生物活性氮時，廢水處理系統CODCr完全低於250mg/L，期間最高爲248mg/L，最低爲220mg/L，平均值爲238.1mg/L。就CODCr去除效果而言，第三階段，即系統外加氮源全部爲SN時，CODCr去除率爲80.5%，高於第一階段的79.9%和第二階段的79.4%，說明外加SN作爲廢水處理系統的氮源，能夠安全地替代尿素，且能夠提高系統的處理效率。
3.3SV30SV
30是分析活性污泥沉降性最簡便的方法，SV30值越小，污泥沉降性能越好，SV30值越大，沉降性能越差，以致出現活性污泥膨脹現象。廢水處理系統中營養比例相當重要，一般細菌營養比例爲m(BOD5)∶m(N)∶(P)=100∶5∶1。如果氮營養缺乏時，可能會產生膨脹現象。因爲若缺氮，微生物新陳代謝過程中，不能充分利用碳源合成細胞物質，過量的碳源將被轉化爲多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高度親水型化合物，易形成結合水，從而影響污泥的沉降性能，產生高黏性的污泥膨脹［9］。當用SN替代尿素，用量僅爲尿素用量的1/3時，從總氮含量上，SN總氮含量低於尿素總氮含量;但從吸收效率上看，SN更加容易被利用。圖3爲逐步使用SN過程中，好氧池活性污泥的SV30變化情況。從圖3中可以看出，在第一階段，SV30與中試前的SV30(爲33%)相當;當進行第二階段時，SV30偏高，但沒有出現活性污泥膨脹現象。出現SV30偏高的原因主要是活性污泥處於適應SN作爲氮營養的一個過程，數據顯示，第二階段末期，SV30恢復爲35%。當SN完全替代尿素時，SV30一直穩定在30%～35%，與只用尿素時相比，SV30沒有發生太大的變化。總之，尿素和SN這兩類氮營養物質，作爲微生物營養時，都能夠滿足微生物的營養需求，只是SN能夠高效少量地替代尿素。圖3使用SN期間好氧池SV30的變化
3.4生物相
在使用SN逐步替代尿素期間，每天觀察好氧池活性污泥的生物相，結果爲:菌膠團結構較密實，沒有發現太多從菌膠團中伸出的絲狀菌;能夠觀察到活躍的原生動物和後生動物，其中數量較多的原生動物爲鍾蟲、累枝蟲和楯纖蟲，數量較多的後生動物爲輪蟲。由生物相可以反映出生物處理系統運行正常，即說明SN能夠安全穩定地替代尿素。
4結論
選用生物活性氮(SN)部分替代尿素作爲氮營養，應用於某製漿造紙企業的廢水處理系統，分析和總結了SN與尿素的應用特點。
4.1SN作爲一種新的液態氮源
完全能夠替代傳統氮源尿素。當SN用量僅爲尿素用量的1/3(質量計)時，CODCr去除效果良好，二沉池出水氨氮濃度低於標準限值排放，SV30波動不大。
4.2SN能夠高效地替代尿素
主要歸結於SN中攜帶的有機酸小分子片段，這些有機酸小分子片段充當運輸載體，運送氮源至細胞體內，促進氮源的高效吸收。
4.3SN爲液態氮源
投加方便，可節省溶解尿素的電力成本，適合大量投加氮源的廢水處理廠。
