短程硝化介紹及影響短程硝化的6大因素

由于工業(yè)化進(jìn)程的加速，氮、磷的污染問(wèn)題日益尖銳化。越來(lái)越多的國家地區制定了更為嚴格的污水氮、磷的排放標準。尤其是氮的考核內容也從單一的氨氮指標發(fā)展到總氮(氨態(tài)氮、硝態(tài)氦和有機氮的總和)的考核指標。由于近年來(lái)一些新理論的提出，如使污水脫氮實(shí)現短程硝化反硝化。這樣不僅可以提高細菌的增長(cháng)速度、縮短反應進(jìn)程，從而減少反應容積;而且同時(shí)減少了硝化的曝氣量和反硝化有機物的投加量，減少了運行費用。所以短程硝化成為了近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。

一、短程硝化機理

廢水生物脫氮，一般由硝化和反硝化兩個(gè)過(guò)程完成，而硝化過(guò)程分為氨氧化階段和亞硝酸鹽氧化階段。這兩個(gè)階段分別由氨氧化菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)獨立催化完成。第一階段是在A(yíng)OB的作用下，將氨氮NH4+―N氧化為亞硝態(tài)氮NO2――N;而第二階段是在NOB的作用下，將亞硝態(tài)氮NO2――N氧化為硝態(tài)氮NO3――N。由于硝化反應是由兩類(lèi)生理特性完全不同的細菌獨立催化完成的不同反應，所以需要通過(guò)適當控制條件，可以將硝化反應控制在NO2――N階段，阻止NO2――N的進(jìn)一步氧化，隨后直接進(jìn)行反硝化，這就是短程硝化反硝化的作用機理。

二、短程硝化的優(yōu)點(diǎn)

1、由于硝化和反硝化速率加快，所以縮短了反應時(shí)間。

2、由于氨氧化菌(AOB)的周期比亞硝酸鹽氧化菌(NOB)短，所以污泥齡短，提高反應器微生物濃度。

3、硝化反應器容積可減少8%，反硝化反應器容積可減少33%，可節省了建筑費用。

4、硝化過(guò)程節省約25%供氧量，反硝化過(guò)程節省約40%外加碳源(以甲醇計)，所以節省了運行費用。

5、硝化過(guò)程減少產(chǎn)泥24%一33%，反硝化過(guò)程減少產(chǎn)泥50%，明顯降低了污泥排放量，進(jìn)而減少污泥處理處置費用。

三、短程硝化過(guò)程中的影響因子

生物脫氮的硝化過(guò)程是由AOB和NOB共同完成的;AOB的真正基質(zhì)是水溶液中的游離氨，而NOB的真正基質(zhì)是水溶液中的游離亞硝酸;AOB和NOB的生長(cháng)還受到溫度、pH值、DO、抑制物等因子影響。

1、溫度

在4～45℃內，氨氧化細菌和硝化細菌均可進(jìn)行。但在12～14℃時(shí)，此時(shí)的溫度會(huì )嚴重抑制活性污泥中硝化菌的活性，出現NHO2―的積累;15～30℃時(shí)，硝化過(guò)程形成的NO2―完全被氧化成NO3―;當溫度超過(guò)30℃后又出現NO2―的積累。細菌在高溫和低溫均可較好地實(shí)現亞硝酸鹽的積累。

實(shí)驗表明，低溫也可實(shí)現短程硝化。在低溫時(shí)，亞硝酸鹽氧化菌利用氨氮的能力大于硝化細菌利用NO2-N的能力，從而造成NO2―的累積。所以，短程硝化反應器需要在較高溫度的季節啟動(dòng)，緩慢降溫，使AOB漸漸適應低溫環(huán)境，保證氨氧化效果;在適宜的條件下實(shí)現短程硝化，同時(shí)通過(guò)實(shí)時(shí)控制使其穩定并優(yōu)化污泥種群結構，進(jìn)而在低溫條件下維持短程硝化。要解決實(shí)際應用低溫的問(wèn)題，還需要尋找出適應北方低溫的氨氧化細菌的菌株來(lái)。

2、DO濃度

對DO的控制實(shí)現短程硝化是將該技術(shù)應用于實(shí)際的一種較為理想的方法。它比較適合作為未來(lái)實(shí)際工程的控制參數，因為控制好曝氣量、曝氣頻率以及曝氣方式，就可較好地實(shí)現短程硝化。

在生物膜反應器中，當DO的濃度控制在0.5mg/L以下時(shí)，就可以使出水中亞硝酸氮占總硝態(tài)氮的90%以上。

使用間歇曝氣，階段曝氣等方法，來(lái)改變曝氣方式以及曝氣頻率也可實(shí)現短程硝化。這些方法的共同點(diǎn)是使反應器內的DO值按一定規律周期性地升高降低，指示在一段時(shí)間內反應器處于厭氧狀態(tài)。

DO濃度是AOB和NOB生長(cháng)的重要影響因素之一，AOB和NOB的氧飽和常數分別為：0.3和1.1mg/L。可見(jiàn)AOB對氧的親合力較NOB強，在低DO濃度下NOB的活性會(huì )顯著(zhù)減弱，使AOB生長(cháng)速率大于NOB;雖然低DO濃度會(huì )使微生物代謝活動(dòng)減弱，但硝化過(guò)程的氨氧化作用未受到明顯影響，從而實(shí)現NO2――N的大量積累。

3、FA及FNA的影響

實(shí)驗表明，FA對NOB和AOB產(chǎn)生抑制作用的濃度分別為0.1～1.1mg/L和10～15mg/L。而最新研究結果表明，FA濃度達到6 mg/L 時(shí)可完全抑制NOB的生長(cháng);FNA完全抑制NOB和AOB生長(cháng)的濃度分別為0.02 mg/L和0.4 mg/L。因此可以利用FA或FNA的選擇抑制作用使系統中的NOB受到抑制而AOB不受抑制，從而將硝化控制在亞硝化階段;但NOB對FA的抑制具有適應性，若反應器長(cháng)期運行短程硝化會(huì )被破壞。有相關(guān)研究者提出利用FA與FNA聯(lián)合控制實(shí)現穩定的短程硝化過(guò)程，即在反應器啟動(dòng)初期利用廢水中較高的FA濃度使NOB受到抑制之后，由于NO2――N大量積累，較低的pH值會(huì )導致較高的FNA濃度，從而可利用反應器前期較高濃度的FA和后期較高濃度的FNA共同維持短程硝化過(guò)程。

4、PH值

由于硝酸菌和亞硝酸菌適宜生長(cháng)的pH值范圍不同，所以可以利用控制PH值的方法實(shí)現短程硝化。亞硝酸菌的適宜PH值在7.0～8.5，而硝酸菌的適宜PH值在6.0～7.5。只要將PH值控制在7.5～8.5就可較好地抑制硝酸菌，實(shí)現亞硝酸的累積。

PH雖然是實(shí)際中較容易控制的，但它也存在一定的缺點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是需要PH的實(shí)時(shí)監控，和相配套的藥劑自動(dòng)投加設備及攪拌設備，并且藥劑費用也增添了反應器運行費用，這些在一定程度上抵消了短程硝化本身的優(yōu)勢。

5、SRT

通過(guò)SRT的控制是無(wú)法實(shí)現亞硝酸的積累的，SRT卻是反應器短程硝化穩定運行的重要控制參數。泥齡控制偏低會(huì )導致硝酸菌和亞硝酸菌的流失，導致反應器處理能力的降低;泥齡過(guò)高會(huì )提高硝酸菌的數量，在低負荷下，反應器容易向全程硝化轉化。選擇適宜的SRT值是穩定實(shí)現短程硝化的關(guān)鍵參數。

6、抑制劑

對硝化反應有抑制作用的物質(zhì)有：過(guò)高質(zhì)量濃度的游離氨、重金屬、有毒有害物質(zhì)以及有機物。重金屬會(huì )對硝化反應產(chǎn)生抑制，如Ag、Hg、Cr、Zn等，其毒性作用由強到弱;當pH由高到低時(shí)，毒性由弱到強.鋅、銅和鉛等重金屬對硝化反應的兩個(gè)階段都有抑制，但抑制程度不同。某些有機物如苯胺、鄰甲酚和苯酚等對硝化細菌具有毒害或抑制作用，因為催化硝化反應的酶內含Cu I一Cu II電子對，凡是與酶中的蛋白質(zhì)競爭Cu或直接嵌入酶結構的有機物，均會(huì )對硝化細菌發(fā)生抑制作用。這些有機物對硝化菌的抑制作用要比亞硝化菌強，所以會(huì )在對含這類(lèi)物質(zhì)的污水生物脫氮中產(chǎn)生亞硝酸鹽積累現象。