短程硝化反硝化影響因素級控制

1、 短程硝化反硝化影響因素及控制摘要：硝化過程是將污水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過程，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，最終通過反硝化除去亞硝酸。而實(shí)現(xiàn)這一過程的關(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)和社會的發(fā)展，人們對水資源的需求越來越大，與此同時，對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題，比如

2、硝化細(xì)菌增殖速度慢引起總水力停留時間較長,高濃度氨氮進(jìn)水抑制硝化菌生長等。近幾年來人們開始重新審視傳統(tǒng)生物脫氮的過程,提出了多種脫氮新工藝,特別對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程中，起作用的兩種菌為氨氧化菌和亞硝酸氧化菌。因此，對這兩種微生物的生命活動產(chǎn)生影響的因素都會影響整個短程硝化反硝化過程的效果。2.1溫度微生物的最大比增長速率與溫度之間的關(guān)系可用修正的阿倫尼烏斯方程來描述： 其中mt為溫度為t時的微生物最大比增長速率，20為標(biāo)準(zhǔn)溫度20時的微生物最大比增長速率。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。國內(nèi)學(xué)者王淑瑩做過實(shí)驗(yàn)表明，水溫保持在30時水中氨氮的轉(zhuǎn)化類型為短程硝化過程；當(dāng)水溫在20.524.5時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划?dāng)溫度達(dá)到2930時， 硝化反應(yīng)為穩(wěn)定的亞硝酸型硝化。但在實(shí)際中，通過加熱提高污水溫度會消耗大量的能源，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的差異來控制反應(yīng)的類型和消化的產(chǎn)物。國內(nèi)學(xué)者王紅武等通過實(shí)驗(yàn)對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，大于該值時會抑制硝化細(xì)菌的生長,而不抑制亞硝化細(xì)菌的生長。 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，這樣勢必會增加處理成本。此外，硝酸菌對高pH 值有一個適應(yīng)過程,當(dāng)它逐漸適應(yīng)高pH 值和游離氨時,全程硝化就會出現(xiàn),因此,依靠pH 值實(shí)現(xiàn)短程硝化脫氮過程并不穩(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)對硝化作用有明顯的抑制作用，硝酸菌比亞硝酸菌對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、以上時才會對亞硝酸菌活性產(chǎn)生影響,當(dāng)達(dá)到40 mg/L才會嚴(yán)重抑制亞硝酸的形成。進(jìn)水氨氮濃度低時出水氨氮濃度也低,氨氮去除率高;當(dāng)提高進(jìn)水氨氮濃度時,游離氨超過亞硝化菌抑制濃度則會使亞硝化率降低而使得出水氨氮濃度增大,此時為達(dá)到較高的氨氮去除率須延長硝化時間。硝化時間增加使亞硝態(tài)氮的積累量增加,反硝化時間就會延長。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,時間一長系統(tǒng)中亞硝酸濃度和亞硝化率均下降,HNO2濃度增大。這說明硝酸菌對FA所產(chǎn)生的抑制作用會逐漸適應(yīng),

7、而且硝酸菌對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下降,使得整個硝化階段中氨氧化未受到很大影響,而低DO對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以上時才能很好地進(jìn)行硝化反應(yīng)。不過，高大文教授的SBR實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過控制溶解氧實(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間之間時,系統(tǒng)中的硝酸菌

8、會逐漸被/淘洗掉,使亞硝酸菌成為系統(tǒng)中優(yōu)勢硝化菌,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)開發(fā)的脫氮新工藝,短程硝化和短程反硝化在同一個裝置內(nèi)。其基本原理是利用在高溫(3035)下,亞硝酸菌的最小停留時間小于硝酸菌，可以通過“洗泥”的方式對菌種進(jìn)行篩選。2.6 有害物質(zhì)硝酸菌對環(huán)境較為敏感。廢水中酚、氰及重金屬等有害物質(zhì)對硝化過程有明顯抑制作用。相對于亞硝酸菌,硝酸菌對環(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,在廢水中加入5 mmol/L的氯酸鈉可抑制硝酸菌,但對亞硝酸菌無影響。因此，當(dāng)廢水中含有酚，

9、氫等有害物質(zhì)時，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。因此對于短程硝化反硝化過程而言，C/N過高，抑制短程硝化速率；C/N過低，降低反硝化的反應(yīng)速率。國內(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，當(dāng)增加到一定程度（>8)時，變化趨勢就不明顯了。3. 結(jié)語 (1)水溫保持在30時水中氨氮的轉(zhuǎn)化類型為短程硝化過程。在2930時，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環(huán)境敏感,在硝化過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題,無論從硝化時間、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)致硝化時間變長,而且,低溶解氧還易引發(fā)絲狀菌大量繁殖,嚴(yán)重時引起絲狀菌污泥膨脹.筆者認(rèn)為，將來在此工藝上的研究重點(diǎn)將會是培育能適應(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