1.1 试验药剂

生物活性氮(SN):密度为1.30 mg/L，总氮含量约为30%，淡黄色液体，无毒无害。

尿素(Urea): 密度为1.335 mg/L，总氨含量约为46.7%，白色晶体，无毒无害。

1.2 使用方法

进行试验的制浆企业产能100万t/a，其制浆原料主要为木材、废纸和芦苇。废水处理系统的运行工艺流程为:废水→初沉池→冷却塔→选择池→厌氧池→好氧池→二沉池→深度处理(超效浅层气浮系统) →达标排放。该企业好氧系统长期稳定运行时，二沉池出水CODCr稳定在250 mg/L以下。

废水处理系统进水CODCr保持在1250mg/L，BOD/COD为0.45，每天进水量为45000m3，进水总氮值为2mg/L.需要补充氮磷营养，经计算每天需每天尿素用量为2100 kg。

在废水处理不同时期，SN 可发挥不同形态氮的协同效应，显著提高氮的利用率。为了确定SN能够高效地替代尿素，在产品开发阶段，以废水处理系统为研究对象，使用SN替代尿素，在废水中含有相同量的BOD时，尿素用量按照理论营养需求m(BOD5): m(N):m(P) =100:5:1计算，经计算，最终确定本试验的SN总用量为原尿素用量的1/3 (以尿素质量计)时。即SN总用量为2100kg×1/3=700kg。

试验中使用SN时，采取逐步替代尿素的方法，即分三个阶段在选择池投加SN和尿素，最终使SN完全替代尿素。由于SN是液态，可直接泵入选择池;尿素则需要先在尿素罐中溶解，再泵入选择池。表1为三个阶段中SN和尿素的用量。

2 检测方法

SN作为一类新型氮源药剂， 无毒无害，能够高效少量地替代传统氮源。目前评判SN的高效性和安全性主要为二沉池出水的氨氮浓度、二沉池出水CODCr、好氧池末端SV30(污泥沉降比)和生物相。

本试验取样地点为初沉池出口、选择池出口、好氧池出口、二沉池。水质检测项目、检测频次和检测方法见表2。

3.1氨氨浓度

氨氮是指水中以游离氨和铵离子形式存在的氮，是微生物和水体生态植物等最易吸收利用的氮源。当水体中氨氮浓度过高时，会导致水体富营养化，对鱼类及某些水生生物有害，所以工业废水处理后需要达到一定的限值才能排放。该制浆造纸企业废水处理氨氮浓度排放标准依据GB/T3544-2008中现有企业排放限值为10 mg/L，结合当地环保部门的规范，实际排放限值为8 mg/L。

图1为在使用SN期间废水处理生化系统进、出水的氨氨浓度。从图1可以看出，SN 逐步替代尿素时，在不同替代阶段，其氨氮浓度呈现不同的规律。

第一阶段，用233kg的SN替代中试前尿素用量中的1/3 (即700kg尿素)，其他氮源仍为尿素，在此阶段，选择池出水氨氮浓度比较低，平均为7.9 mg/L，二沉池出水氨氮浓度波动较大。出现此类规律的原因主要为:①此阶段SN仅替代了中试前尿素用量中的1/3尿素，而SN中含有部分氨态氮，剩下的为其他形态的氮，再加上初沉池废水中的氨氨含量，导致选择池出水氨氮浓度较初沉池废水更高，随着SN逐步替代尿素，选择池出水氨氮也逐渐增大，最终趋于稳定。②SN为液体氮源，其中氮形态丰富，使用它替代尿素时，系统需要短暂的适应期，从而导致二沉池出水氨氮浓度波动较大。第二阶段，用466 kg的SN替代中试前尿素用量中的2/3 (即 1400kg尿素)，其他氮源仍为尿素，在此阶段，选择池出水氨氨浓度均值为8.9 mg/L，二沉池出水氨氮浓度波动较小，呈下降的趋势，主要原因在于系统逐步适应了SN作为氮源。第三阶段，用700 kg SN完全替代中试前尿素用量(即2100 kg尿素)，在此阶段，选择池出水氨氮浓度均值高达12.2 mg/L，高氨氮含量的主要来源为SN中的氨态氯及初沉池度水中的氨态氮。但在此阶段，二沉池出水氨氮浓度平稳，均值仅为1. 8 mg/L, 远远低于排放限值标准。其结果表明，SN能够安全地替代尿素，用量仅为原尿素用量的1/3时，二沉池出水达到排放标准。系统出水氨氮浓度稳定，即SN能够很好地被微生物利用。

3.2 CODCr去除效率

CODCr是废水处理厂运行管理中一个重要的有机物污染指标。图2为使用SN中试期间，废水处理系统CODCr的去除情况。

从图2可以看出，该制浆企业废水处理系统初沉池CODCr在1100-1350 mg/L,波动不大，说明该企业废水处理系统废水水质比较稳定，系统不会受到水力负荷冲击，在此情况下使用SN，避免了水力负荷冲击的影响。从二沉池出水CODCr曲线可以看出，使用SN逐步替代尿素的过程中，第一阶段和第二阶段系统CODCr稍有偏高，但总体趋于稳定。当系统外加氮源全部为生物活性氮时，废水处理系统CODCr完全低于250 mg/L,期间最高为248 mg/L最低为220 mg/L，平均值为238.1mg/L。就CODCr去除效果而言，第三阶段，即系统外加氮源全部为SN时，CODCr去除率为80.5%，高于第一阶段的79. 9%和第二阶段的79. 4%，说明外加SN作为废水处理系统的氮源，能够安全地替代尿素，且能够提高系统的处理效率。

3.3 SV30

SV30是分析活性污泥沉降性最简便的方法，SV30值越小，污泥沉降性能越好，SV30值越大，沉降性能越差，以致出现活性污泥膨胀现象。废水处理系统中营养比例相当重要，一般细菌营养比例为m(BOD5) :m(N) :(P) =100:5:1.如果氮营养缺乏时，可能会产生膨胀现象。因为若缺氮，微生物新陈代谢过程中，不能充分利用碳源合成细胞物质，过量的碳源将被转化为多糖类胞外贮存物，这种贮存物是高度亲水型化合物，易形成结合水，从而影响污泥的沉降性能，产生高黏性的污泥膨胀。当用SN替代尿素，用量仅为尿素用量的1/3时，从总氮含量上，SN总氮含量低于尿素总氮含量:但从吸收效率上看，SN更加容易被利用。

图3为逐步使用SN过程中，好氧池活性污泥的SV30变化情况。从图3中可以看出，在第一阶段，SV30与中试前的SV30(为33%)相当；当进行第二阶段时，SV30偏高。但没有出现活性污泥膨胀现象。出现SV30偏高的原因主要是活性污泥处于适应SN作为氮营养的一个过程，数据显示，第二阶段末期，SV30恢复为35%。当SN完全替代尿素时，SV30一直稳定在30% -35%，与只用尿素时相比，SV30没有发生太大的变化。总之，尿素和SN这两类氮营养物质，作为微生物营养时，都能够满足微生物的营养需求，只是SN能够高效少量地替代尿素。

3.4生物相

在使用SN逐步替代尿素期间，每天观察好氧池活性污泥的生物相， 结果为:菌胶团结构较密实，没有发现太多从菌胶团中伸出的丝状菌;能够观察到活跃的原生动物和后生动物，其中数量较多的原生动物为钟虫、累枝虫和循纤虫，数量较多的后生动物为轮虫。由生物相可以反映出生物处理系统运行正常，即说明SN能够安全稳定地替代尿素。

4.1  SN作为一种新的液态氮源，完全能够替代传统氮源尿素。当SN用量仅为尿素用量的1/3 (质量计)时，CODCr去除效果良好，二沉池出水氨氮浓度低于标准限值排放，SV30基本稳定。

4.2  SN 能够高效地替代尿素，主要归结于SN中携带的有机酸小分子片段，这些有机酸小分子片段充当运输载体，运送氮源至细胞体内，促进氮源的高效吸收。

4.3  SN 为液态氮源，投加方便，可节省溶解尿素的电力与人工成本，适合大量投加氮源的废水处理厂。