污水處理中硝化細菌生存的影響因素及控制

硝化細菌 ( Nitrifying bacteria ) 是一類(lèi)好氧性細菌，包括亞硝酸菌和硝酸菌。生活在有氧的水中或砂層中，在氮循環(huán)水質(zhì)凈化過(guò)程中扮演著(zhù)很重要的角色。

今天就探討一下污水處理中關(guān)于硝化細菌的影響因素及控制，希望能夠給大家帶來(lái)一定的參考價(jià)值。

污泥負荷Ns

硝化細菌更多的還是在伴隨著(zhù)菌膠團的生存，有機物的去除是先進(jìn)行碳氧氧化，再進(jìn)行氮氧化。有機物先通過(guò)菌膠團分解氧化生成二氧化碳與水，部分作為自身能量消耗。只有有機負荷降低到一定程度，硝化細菌才開(kāi)始工作進(jìn)行硝化反應。對于這個(gè)污泥負荷，設計值及經(jīng)驗值一般小于0.15kgBOD5/KgMLss.d。通過(guò)介紹相信大家也能知道污泥負荷對于硝化細菌，硝化反應是尤為重要！

污泥齡（SRT）

首先簡(jiǎn)單介紹一下污泥齡:污泥齡是指曝氣池中活性污泥的總量與每日排放的剩余污泥的比值，穩定運行時(shí)剩余污泥量就是新增長(cháng)的活性污泥量。因此，污泥齡也是新增長(cháng)的活性污泥在曝氣池中的平均停留時(shí)間，也可以理解為污泥總量增長(cháng)一倍也就是繁殖一代所需要的時(shí)間。

泥齡ts是活性污泥在曝氣池中的平均停留時(shí)間，即曝氣池中的活性污泥量/每天從曝氣池系統排出的剩余污泥量

TS=（X*VT）/（QS*XR+Q*XE）

式中:

tS——泥齡，d

X——曝氣池中的活性污泥濃度，即 MLSS，kg/m3

VT——曝氣池總體積，m3

QS——每天排出的剩余污泥體積，m3/d

XR——剩余污泥濃度，kg/m3

Q——設計污水流量，m3/d

XE——二沉池出水的懸浮固體濃度，kg/m3

為了保證好氧系統的微生物中有足夠的硝化菌，需要增加硝化菌的繁殖數量，為此雖然硝化菌的繁殖周期在5d，但是為了提高硝化菌的濃度，通常將污泥齡控制在繁殖周期的 2 倍。有些資料也顯示是10～15d。

案例分享：某生活污水處理廠(chǎng)，主要工藝為A2O工藝，進(jìn)水水量5000m3/d，進(jìn)水 COD300-400mg/l 進(jìn)水氨氮為 20mg/l，出水在16-20mg/l，氨氮出水要求 5mg/l。從去除率來(lái)看脫氮效果不明顯，幾乎沒(méi)有經(jīng)過(guò)現場(chǎng)詢(xún)問(wèn)運營(yíng)人員，運行管理人員平時(shí)運行，如果出水 COD 升高，檢測SV30 為 85%時(shí)，他們就采取排泥措施，還有DO偏高，污泥沉降性能不好，他們也會(huì )排泥，基本 1-2d 排一次泥，根據現場(chǎng)分析判斷，排泥太勤，污泥齡短硝化菌流失，硝化效率低下甚至無(wú)去除率。

針對現場(chǎng)情況建議：

1.條件允許的情況下投泥。

2.減少排泥時(shí)間，甚至不排。提高污泥齡。

有毒有害物質(zhì)（抑制物）

有毒有害物質(zhì)對于所有微生物，細菌都是致命的作用。硝化細菌也不例外。下面介紹一下有毒有害物質(zhì):有毒有害物質(zhì)是指抗生素等殺菌物質(zhì)，也包含影響硝化反應酶活性的物質(zhì)，比如重金屬及其有機化合物。盡量防止這些物質(zhì)進(jìn)入系統。

抑制性物質(zhì) : 抑制硝化的物質(zhì)主要有重金屬、酚、硫脲及其衍生物、 游離氨、雙氧水等。有毒有害物質(zhì)對于微生物是致命的，所以在處理一些含有毒有害物質(zhì)的污水時(shí)一定要做好預處理，防止有毒有害物質(zhì)進(jìn)入生化池！

PH值

污水處理中PH至關(guān)重要，同理pH值酸堿度也是影響硝化作用的重要因素。硝化菌對pH反應很敏感，在pH中性或微堿性條件下（pH為8～9的范圍內），其生物活性最強，硝化過(guò)程最迅速。

關(guān)于PH值，污師們都知道硝化反應會(huì )消耗堿度，致使PH值會(huì )降低。但是PH降低不一定就是因為硝化反應引起。接下來(lái)分析一下關(guān)于PH降低的原因：PH下降的原因可能有兩個(gè)：

一是進(jìn)水中有強酸排入，導致人流污水pH降低，因而混合液的pH也隨之降低。

二是由硝化方程式可知，隨著(zhù)NH3-N被轉化成NO3-N，會(huì )產(chǎn)生部分酸度H+，這部分酸度將消耗部分堿度，每克NH3-N轉化成NO3-N約消耗 7.14g堿度(以CaC03計)。因而當污水中的堿度不足而TKN負荷又較高時(shí)，便會(huì )耗盡污水中的堿度，使混合液中的pH 值降低至7.0 以下，使硝化速率降低或受到抑制。

如果無(wú)強酸排人，正常的城市污水應該是偏堿性的，即PH一般都大于 7.0，此時(shí)的pH則主要取決于污水中堿度的大小。

而對于工業(yè)廢水，PH波動(dòng)較大，所以進(jìn)入好氧池中的PH要時(shí)常監測。硝化菌的最佳 PH值范圍是 7.5-8.0，PH太高或者太低都會(huì )影響。硝化菌的生長(cháng)，從我們的運營(yíng)經(jīng)驗來(lái)看PH低于6.8時(shí)硝化菌的生長(cháng)就會(huì )收到抑制。同時(shí)不能高于8.9。

案例分享：某城市污水處理廠(chǎng)（生活+工業(yè)）日處理量2萬(wàn)m3/d，工藝;水解酸化+A2/O進(jìn)水指標COD:200~300mg/L，氨氮NH3-N：15~20mg/L，TN:25mg/L ,TP:1mg/L。排放標準一級A。

情況描述;系統一直運行正常，忽然一夜之間氨氮升高，直到基本無(wú)去除率，曝氣池污泥顏色不正常發(fā)暗，無(wú)土腥味，二沉池飄泥。COD出水指標升高。由于事故發(fā)生在第二天才發(fā)現指標異常。經(jīng)詢(xún)問(wèn)當班人員頭天沒(méi)有發(fā)現異常。唯一不正常就是發(fā)現旋流沉砂池表面有大量泡沫。由于系統惡化比較快，初步懷疑有毒有害物資進(jìn)入，有大量異常工業(yè)廢水進(jìn)入。通過(guò)檢測水解池出口PH：4.5~5.0 曝氣池PH：5.5~5.8 溶解氧：5.0~5.8 通過(guò)分析得出由于工業(yè)酸性廢水進(jìn)入，導致系統PH降低，微生物得到抑制，菌膠團趨于解體。硝化細菌死亡，氨氮無(wú)去除率，COD超標。為了盡快恢復系統決定停止進(jìn)水，排空水解池，調節進(jìn)水PH，開(kāi)大污泥回流系統稀釋中和生化系統PH，提高曝氣池污泥濃度。投加部分污泥，5天左右系統恢復正常。同時(shí)向環(huán)保局報告排查異常水質(zhì)來(lái)源。

溫度（T）

對于溫度的要求也是至關(guān)重要！

硝化菌的比生長(cháng)速率u：

μ=0.47*1.103（T-15）

由上面式子可以看出硝化菌的生長(cháng)速率和溫度成正比關(guān)系，溫度高于15℃，隨著(zhù)溫度的升高，硝化速率也會(huì )增長(cháng)，小于 15℃，隨著(zhù)溫度的降低，硝化速率也會(huì )急劇下降。根據我們的經(jīng)驗，溫度低于 15℃， 硝化速率下降 30%，溫度低于 10℃，硝化速率下降 70%。在 10-15℃， 會(huì )出現亞硝酸氮的積累會(huì )導致亞硝酸化的進(jìn)行速度。

所以溫度很重要：

1.每個(gè)菌種都有一個(gè)最適生長(cháng)溫度，溫度過(guò)高或者過(guò)低都會(huì )影響菌種活性，硝化菌的最適生長(cháng)溫度為 25-30℃。

2.一般情況現場(chǎng)出現的問(wèn)題是水溫過(guò)低，那么水溫過(guò)低我們該如何運營(yíng)？我們通常采取如下措施：

提高外回流比，適當增加污泥濃度，提高硝化菌濃度。

適當延長(cháng)好氧池曝氣時(shí)間，(曝氣也會(huì )產(chǎn)生熱量雖然微弱）。需要注意曝氣時(shí)間，防止曝氣過(guò)量污泥解絮。

溶解氧（DO）

首先介紹下溶解氧很多人認為是溶解在水中的氧，其實(shí)不然我們將它定義為溶解在水中的氧經(jīng)過(guò)微生物氧化反應利用后水中剩余的氧量。

溶解氧過(guò)高或者過(guò)低對硝化反應的影響？

溶解氧過(guò)高：溶解氧過(guò)高對硝化反應沒(méi)有明顯的抑制，但是好氧池是個(gè)大家庭，溶解氧過(guò)高會(huì )導致污泥老化，菌膠團解體，硝化菌流失。同時(shí)也是對能源的一種浪費。

溶解氧過(guò)低：好氧菌與硝化菌惡性競爭，硝化菌如此嬌貴，如何競爭的過(guò)強大的好氧軍團。根據多年經(jīng)驗溶解氧低于1.5mg/l，硝化細菌便會(huì )收到抑制，低于0.5mg/l，硝化反應基本停止。一般把溶解氧控制在 2-3mg/l 左右為佳。

營(yíng)養物質(zhì)

微生物的生長(cháng)繁殖也離不開(kāi)營(yíng)養物質(zhì)。營(yíng)養物質(zhì)的均衡決定了微生物的生長(cháng)情況。關(guān)于營(yíng)養物質(zhì)也就是碳，氮，磷等物質(zhì)。硝化細菌是自養菌，需要無(wú)機碳源，水中自帶的碳酸根及碳酸氫根以及曝氣和異養菌代謝產(chǎn)生的CO2完全可以滿(mǎn)足硝化細菌的需要，而有機碳源（BOD）對硝化卻是一個(gè)威脅，有機碳源過(guò)多，導致異養菌爭奪氧氣和優(yōu)勢菌種的地位，所以，一般進(jìn)硝化池BOD不大于80PPM，而脫氮系統不缺N源，不需要考慮，磷酸鹽的話(huà)，硝化細菌在菌膠團中比例很小，而且合成慢，基本上都可以滿(mǎn)足需要。

進(jìn)水氨氮的濃度

硝化反應是將氨態(tài)氮轉化為亞硝態(tài)氮，再亞硝酸菌氧化為硝態(tài)氮。有研究表明當氨氮濃度較低時(shí)，隨著(zhù)濃度的增加，氨氧化速率和亞硝酸氧化速率均增加，而且亞硝酸氧化速率增長(cháng)較快，當濃度增大到一定程度，反應速率均減小。

平常運營(yíng)過(guò)程中，總結的經(jīng)驗為氨氮起始濃度（好氧池前端）市政高于 100mg/l 硝化反應，工業(yè)高于 150mg/l 將受到一定程度抑制。（高氮氮廢水可以通過(guò)回流稀釋等避免起始濃度的影響，比如養殖，垃圾滲濾液等）

鹽分

在生物法處理高鹽含氮廢水的過(guò)程中，鹽分能夠直接影響溶解氧濃度及氧氣轉移到液相的能力，引起硝化微生物新陳代謝功能、活性污泥沉降性、顆粒污泥以及生物膜結構改變，導致生物絮體或胞外聚合物解體從而影響硝化效率。

根據經(jīng)驗：硝化反應的氯小于2000mg/l 的情況下正常進(jìn)行 ;當然如果進(jìn)水比較穩定，可以馴化耐鹽，耐氯，氯在5000mg/L也能正常進(jìn)行。氯的影響在于波動(dòng)性，如果進(jìn)水波動(dòng)大，硝化受的影響就大，很容易流失！

堿度

在硝化過(guò)程中需要消耗一定量的堿度，如果污水中沒(méi)有足夠的堿度，硝化反應將導致pH值的下降，使反應速率減緩，所以硝化反應要順利進(jìn)行就必須使污水中的堿度大于硝化所需的堿度。

對于典型的城市污水，進(jìn)水中NH3-N濃度一般為 20～40mg／L。TKN 約 50～60mg／L，堿度約200mg／L(以Ca2CO3計)左右。

在硝化反應中每硝化1gNH3-N 需要消耗7.14g堿度，所以硝化過(guò)程中需要的堿度量可按下式計算：

堿度=7.14×QΔCNH3-N×10-3

式中：

Q 為進(jìn)入濾池的日平均污水量，m3／d；

ΔCNH3-N 為進(jìn)出NH3-N濃度的差值，mg／L；

7.14 為硝化需堿量系數，kg 堿度／kgNH3-N。

Ø 對于含氨氮濃度較高的工業(yè)廢水，通常需要補充堿度才能使硝化反應器內的pH值維持在7.2～8.0之間。計算公式如下：

堿度＝K×7.14×QΔCNH3-N×10—3

式中：K 為安全系數，一般為 1.2～1.3。

實(shí)際工程中進(jìn)行堿度核算應考慮以下幾部分：入流污水中的堿度，生物硝化消耗的堿度，分解 BOD5 產(chǎn)生的堿度，以及混合液中應保持的剩余堿度。要使生物硝化順利進(jìn)行，必須滿(mǎn)足下式：

原水總堿度＋BOD5 分解產(chǎn)生的堿度＞硝化消耗的堿度＋混合液應保持的堿度如果堿度不足，要使硝化順利進(jìn)行，則必須投加純堿，補充堿度。

投加的堿量可按下式計算：

補充堿度＝（硝化消耗的堿度＋混合液應保持的堿度）—（原水總堿度＋BOD5 分解產(chǎn)生的堿度

式中：

系統應補充的堿度，mg／L；

硝化消耗的堿度一般按硝化每kgNH3-N消耗 7.14kg堿計算。（以 CaCo3）；

混合液應保一般按曝氣池排出的混合液中剩余 50mg/L 堿度(以 CaCO3 計)計算；

BOD5 分解過(guò)程中產(chǎn)生的堿量與系統的 SRT 有關(guān)系：

當 SRT＞20d 時(shí)，可按降解每千克 BOD5 產(chǎn)堿 0.1kg 計算；

當 SRT＝10～20d 時(shí)，按 0.05kgALK/kgBOD5；

當 SRT＜10d 時(shí)，按 0.01gALK/kgBOD5。