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，實現(xiàn)亞硝酸的積累，最終通過 反硝化除去亞硝酸。而實現(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

2、問題，比如硝化細(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: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

3、.短程硝化反硝化的影響因素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：z ex f (20-z) 20>exp 293/? (273+/)6其中pmt為溫度為t°c時的微生物最大比增長速率，p20為標(biāo)準(zhǔn)溫度 20°c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°c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)

4、學(xué)者王 淑瑩做過實驗表明，水溫保持在30°c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°c時硝化類型由短程硝化轉(zhuǎn)化為全程硝化；隨著溫度再次升高，硝化類型又逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎坛滔趸?；?dāng)溫度達(dá)到2930°c時，硝化反應(yīng)為穩(wěn)定的亞硝酸型硝化。但在實際中，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)點將不能得到充分發(fā)揮。因此，通過控制溫度實現(xiàn)短程硝化脫氮工藝僅適用于某些特種廢水(水溫在30°c左右)6 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7.0一7.5和6.57.5。在混合體系中，亞硝化細(xì)菌

5、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)者王紅武等通過實驗對常溫 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)

6、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

7、條件下，進(jìn)水氨氮 濃度（fa濃度）越低越能促進(jìn)hno2的積累.另外實驗中還發(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)，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

8、的sbr實驗結(jié)果表明，通過控制溶解氧實現(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 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°c） 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

9、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，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 菌所做的正交試驗表明，反硝化速率隨著c/n的增大有減小趨勢，

10、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°c時水中氨氮的轉(zhuǎn)化類型為短程硝化過程。在 2930°c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hn02的積累。ph值一方面是亞硝 酸菌生物限制性條件，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(4)亞硝酸菌對do的親和力較硝酸菌強，do控制在0.5 mg/l有利于hno2的積累。(5) 硝酸

11、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，2002 2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，2001，11 5高大文，彭永臻，王淑瑩.不同方式實現(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.2013.47.picioreanu c , van loosdrecht m