短程硝化反硝化影響因素級(jí)控制

1、 短程硝化反硝化影響因素及控制摘要：硝化過(guò)程是將污水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過(guò)程，包括由氨氧化菌（AOB）參與的將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應(yīng)及由亞硝酸氧化菌（NOB）參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的兩個(gè)基本反應(yīng)。短程硝化是將硝化反應(yīng)控制在亞硝酸階段，實(shí)現(xiàn)亞硝酸的積累，最終通過(guò)反硝化除去亞硝酸。而實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的關(guān)鍵是亞硝酸的積累。分析影響亞硝酸根積累因素，包括溫度、游離氨、pH值、溶解氧、有害物質(zhì)和泥齡，探討實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化的途徑。關(guān)鍵詞：短程硝化反硝化 亞硝酸 影響因素隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)水資源的需求越來(lái)越大，與此同時(shí)，對(duì)廢水的脫氮處理也顯得格外重要。傳統(tǒng)的廢水脫氮工藝存在一些問(wèn)題，比如

2、硝化細(xì)菌增殖速度慢引起總水力停留時(shí)間較長(zhǎng),高濃度氨氮進(jìn)水抑制硝化菌生長(zhǎng)等。近幾年來(lái)人們開(kāi)始重新審視傳統(tǒng)生物脫氮的過(guò)程,提出了多種脫氮新工藝,特別對(duì)短程硝化反硝化生物脫氮方面進(jìn)行了深入的研究。1.短程硝化反硝化原理及優(yōu)點(diǎn)短程硝化反硝化生物脫氮就是將硝化過(guò)程控制在HNO2階段,隨后在缺氧條件下進(jìn)行反硝化,也就是不完全硝化反硝化生物脫氮。短程硝化反硝化與傳統(tǒng)硝化反硝化生物脫氮相比,具有許多優(yōu)點(diǎn):對(duì)于活性污泥法,可節(jié)省氧供應(yīng)量約25%,降低能耗;節(jié)省反硝化所需碳源,在C/N比一定的情況下提高TN去除率;減少污泥生成量可達(dá)50%;減少投堿量;縮短反應(yīng)時(shí)間,相應(yīng)反應(yīng)器容積減少。2.短程硝化反硝化的影響因素

3、在短程硝化和反硝化過(guò)程中，起作用的兩種菌為氨氧化菌和亞硝酸氧化菌。因此，對(duì)這兩種微生物的生命活動(dòng)產(chǎn)生影響的因素都會(huì)影響整個(gè)短程硝化反硝化過(guò)程的效果。2.1溫度微生物的最大比增長(zhǎng)速率與溫度之間的關(guān)系可用修正的阿倫尼烏斯方程來(lái)描述： 其中mt為溫度為t時(shí)的微生物最大比增長(zhǎng)速率，20為標(biāo)準(zhǔn)溫度20時(shí)的微生物最大比增長(zhǎng)速率。E為反應(yīng)活化能，R為氣體常數(shù)。在20以下，硝化細(xì)菌的生產(chǎn)速率大于亞硝化細(xì)菌，亞硝化細(xì)菌產(chǎn)生的亞硝酸鹽很容易被硝化細(xì)菌繼續(xù)氧化成硝酸鹽。國(guó)內(nèi)學(xué)者王淑瑩做過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，水溫保持在30時(shí)水中氨氮的轉(zhuǎn)化類型為短程硝化過(guò)程；當(dāng)水溫在20.524.5時(shí)硝化類型由短程硝化轉(zhuǎn)化為全程硝化；隨著溫度再

4、次升高，硝化類型又逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎坛滔趸?；?dāng)溫度達(dá)到2930時(shí)， 硝化反應(yīng)為穩(wěn)定的亞硝酸型硝化。但在實(shí)際中，通過(guò)加熱提高污水溫度會(huì)消耗大量的能源，這樣，短程硝化工藝的優(yōu)點(diǎn)將不能得到充分發(fā)揮。因此，通過(guò)控制溫度實(shí)現(xiàn)短程硝化脫氮工藝僅適用于某些特種廢水（水溫在30左右）。2.2 pH值 通常條件下，亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌適宜生長(zhǎng)的pH值范圍分別是7.07.5和6.57.5。在混合體系中，亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的pH分別在8.0和7.0附近。因此，可根據(jù)這兩種細(xì)菌適宜pH的差異來(lái)控制反應(yīng)的類型和消化的產(chǎn)物。國(guó)內(nèi)學(xué)者王紅武等通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)常溫下生活廢水短程硝化反硝化生物脫氮的研究表明：最佳短程硝化反硝化反應(yīng)條件為

5、pH值大于8.5，大于該值時(shí)會(huì)抑制硝化細(xì)菌的生長(zhǎng),而不抑制亞硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)。 實(shí)際應(yīng)用中，要控制廢水的pH值，很可能需要投加相應(yīng)的酸或堿，這樣勢(shì)必會(huì)增加處理成本。此外，硝酸菌對(duì)高pH 值有一個(gè)適應(yīng)過(guò)程,當(dāng)它逐漸適應(yīng)高pH 值和游離氨時(shí),全程硝化就會(huì)出現(xiàn),因此,依靠pH 值實(shí)現(xiàn)短程硝化脫氮過(guò)程并不穩(wěn)定.因此,此工藝僅適合于含高pH值的廢水.2.3 游離氨 廢水中氨隨pH值不同分別以分子態(tài)和離子態(tài)形式存在。分子態(tài)游離氨(FA)對(duì)硝化作用有明顯的抑制作用，硝酸菌比亞硝酸菌對(duì)FA更敏感。0.6 mg/L的FA幾乎可以抑制硝酸菌的活性,從而使HNO2氧化受阻,出現(xiàn)HNO2積累。只有當(dāng)FA達(dá)到5 mg/L

6、以上時(shí)才會(huì)對(duì)亞硝酸菌活性產(chǎn)生影響,當(dāng)達(dá)到40 mg/L才會(huì)嚴(yán)重抑制亞硝酸的形成。進(jìn)水氨氮濃度低時(shí)出水氨氮濃度也低,氨氮去除率高;當(dāng)提高進(jìn)水氨氮濃度時(shí),游離氨超過(guò)亞硝化菌抑制濃度則會(huì)使亞硝化率降低而使得出水氨氮濃度增大,此時(shí)為達(dá)到較高的氨氮去除率須延長(zhǎng)硝化時(shí)間。硝化時(shí)間增加使亞硝態(tài)氮的積累量增加,反硝化時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)。所以,如果將溫度、DO和pH值控制在有利于HNO2積累的條件下,進(jìn)水氨氮濃度(FA濃度)越低越能促進(jìn)HNO2的積累.另外實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),高濃度FA抑制所造成的HNO2積累并不穩(wěn)定,時(shí)間一長(zhǎng)系統(tǒng)中亞硝酸濃度和亞硝化率均下降,HNO2濃度增大。這說(shuō)明硝酸菌對(duì)FA所產(chǎn)生的抑制作用會(huì)逐漸適應(yīng),

7、而且硝酸菌對(duì)FA適應(yīng)是不可逆轉(zhuǎn)的,即便再進(jìn)一步提高FA濃度,亞硝化比率也不會(huì)增加。2.4 溶解氧（DO）低溶解氧下亞硝酸菌增殖速率加快,補(bǔ)償了由于低氧所造成的代謝活動(dòng)下降,使得整個(gè)硝化階段中氨氧化未受到很大影響,而低DO對(duì)硝酸菌有明顯抑制作用,因而低溶解氧有利亞硝酸積累。目前普遍認(rèn)為，DO濃度在0.5mg/L以上時(shí)才能很好地進(jìn)行硝化反應(yīng)。不過(guò)，高大文教授的SBR實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)控制溶解氧實(shí)現(xiàn)短程硝化脫氮存在這硝化速率低，污泥沉降性變差等不足，所以在實(shí)際工作中不宜采用這種工藝。2.5 泥齡 亞硝酸菌的世代較硝酸菌短,在懸浮處理系統(tǒng)中若泥齡介于硝酸菌和亞硝酸菌的最小停留時(shí)間之間時(shí),系統(tǒng)中的硝酸菌

8、會(huì)逐漸被/淘洗掉,使亞硝酸菌成為系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)硝化菌,硝化產(chǎn)物以HNO2為主。例如SHARON工藝是由荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)的脫氮新工藝,短程硝化和短程反硝化在同一個(gè)裝置內(nèi)。其基本原理是利用在高溫(3035)下,亞硝酸菌的最小停留時(shí)間小于硝酸菌，可以通過(guò)“洗泥”的方式對(duì)菌種進(jìn)行篩選。2.6 有害物質(zhì)硝酸菌對(duì)環(huán)境較為敏感。廢水中酚、氰及重金屬等有害物質(zhì)對(duì)硝化過(guò)程有明顯抑制作用。相對(duì)于亞硝酸菌,硝酸菌對(duì)環(huán)境適應(yīng)性慢,因而在接觸有害物質(zhì)的初期受抑制,出現(xiàn)亞硝酸積累。Hynens等人發(fā)現(xiàn)硝酸菌與亞硝酸菌并存時(shí),在廢水中加入5 mmol/L的氯酸鈉可抑制硝酸菌,但對(duì)亞硝酸菌無(wú)影響。因此，當(dāng)廢水中含有酚，

9、氫等有害物質(zhì)時(shí)，要先將這些有害物質(zhì)去除后再進(jìn)行短程硝化反硝化。2.7 C/N在反硝化過(guò)程中，反硝化細(xì)菌屬于異養(yǎng)菌，必須在有機(jī)碳源下生長(zhǎng)。因此對(duì)于短程硝化反硝化過(guò)程而言，C/N過(guò)高，抑制短程硝化速率；C/N過(guò)低，降低反硝化的反應(yīng)速率。國(guó)內(nèi)學(xué)者周莉?qū)兎N氨氧化菌所做的正交試驗(yàn)表明，反硝化速率隨著C/N的增大有減小趨勢(shì)，當(dāng)增加到一定程度（>8)時(shí)，變化趨勢(shì)就不明顯了。3. 結(jié)語(yǔ) (1)水溫保持在30時(shí)水中氨氮的轉(zhuǎn)化類型為短程硝化過(guò)程。在2930時(shí)，將pH值、進(jìn)水氨氮和DO控制在有利條件下,可以發(fā)生穩(wěn)定的亞硝酸型硝化。 (2)pH值在8.5附近有利于HNO2的積累。pH值一方面是亞硝酸菌生物限制

10、性條件,另一方面影響游離氨濃度,從而影響亞硝酸菌的活性。 (3)FA濃度一般控制在5 mg/L以下,將溫度、DO和pH值控制在有利條件下,進(jìn)水氨氮濃度(FA濃度)不能太高才能促進(jìn)HNO2的積累。 (4)亞硝酸菌對(duì)DO的親和力較硝酸菌強(qiáng), DO控制在0.5 mg/L有利于HNO2的積累。 (5)硝酸菌與亞硝酸相比對(duì)環(huán)境敏感,在硝化過(guò)程中可以添加抑制劑,促進(jìn)HNO2的積累。(6) 亞硝酸菌的世代性比硝酸菌短,選擇合適泥齡,可淘洗硝酸菌,促進(jìn)HNO2的積累。（7）對(duì)控制溫度、溶解氧和 pH 值實(shí)現(xiàn)的短程硝化脫氮工藝進(jìn)行比較研究,發(fā)現(xiàn)控制溶解氧實(shí)現(xiàn)的短程硝化脫氮工藝存在許多問(wèn)題,無(wú)論從硝化時(shí)間、硝化速

11、率還是從污泥沉降性能上,該工藝均不如控制溫度和pH值實(shí)現(xiàn)的短程硝化脫氮工藝.它不但硝化速率低,從而導(dǎo)致硝化時(shí)間變長(zhǎng),而且,低溶解氧還易引發(fā)絲狀菌大量繁殖,嚴(yán)重時(shí)引起絲狀菌污泥膨脹.筆者認(rèn)為，將來(lái)在此工藝上的研究重點(diǎn)將會(huì)是培育能適應(yīng)正常水溫，且其他要求條件不是很苛刻的AOB和NOB菌種，結(jié)合SHARON工藝，可以大大減小運(yùn)行成本，這樣，短程硝化和反硝化會(huì)得到更大的推廣。 參考文獻(xiàn)1 肖錦.城市污水處理及回用技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20022 于德爽,等.中溫短程硝化反硝化的影響因素研究.中國(guó)給水排水,2003,13 徐冬梅.亞硝酸型硝化的試驗(yàn)研究.給水排水,1999,25(7)4 唐光臨.亞硝化反硝化生物脫氮.工業(yè)水處理,2001,115 高大文,彭永臻,王淑瑩.不同方式實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化生物脫氮工藝的比較,20046 周莉.純種氨氧化菌短程反硝化特性.2013.4 7.Picioreanu C，Van Loosdrecht