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短程硝化反硝化工艺的运行条件
李星星
一、短程硝化反硝化的脱氮机理及优势
短程硝化反硝化生物脱氮工艺
( Short Cut
Nitrificat ion and
Denitrification-
-SCND)
可称为亚硝
酸型生物脱氮,它是通过控制特殊的环境条件抑制硝酸菌的
生长,使系统中的亚硝酸菌成
为优势菌种,从而将废水中
NH
4
+<
/p>
-N
的氧化控制在
NO
< br>2
-
阶段,形成
NO
2
-
的积累,然后反硝化菌直接以
NO
2
-
-N
为最终氢受体进行
反硝化脱氮,及经过
NH
4
+
→
NO
2
-
→
N
< br>2
的途径完成。
短程硝化反硝化由于节省了氧化
NO
2
-
-N
为
N
O
3
-
-N
的
步骤,所以提高了硝
化反应速率,缩短硝化反应时间,减小反应池容积,节省基建投资。
可以节省
25%
的供氧量,
40%
p>
左右的有机碳源,并且在硝化过程减少产泥
24%
< br>~
33%
,反
硝化过程中减少产
泥
50%
。
二、短程硝化反硝化运行参数研究
1
、温度;生物硝化反应在
4
℃
~45
℃内均可进行,
适宜温度为
20
℃
~35
℃,
一般低于
15<
/p>
℃硝化菌受到严重抑制,速率降低。
15
℃
~ 25
℃下活性污泥中亚硝
酸菌活
性较硝酸菌差,不会发生亚硝酸盐的积累。温度超过
25
℃时会
发生亚硝
酸盐的积累,且当温度超过
30
℃后可获得更高的亚硝酸盐积累。升高温度不仅
能加快亚硝酸菌的生长速率,还能扩大
亚硝酸菌和硝酸菌在生长速率上的距
离。高温条件下,硝化菌的生长速度明显低于亚硝化
菌,有利于实现短程硝
化;但是大多数城市污水都属于低温低氨水,如果将大量的水升温
、保温在
30
~
35
< br>℃会增加污水处理成本。故短程硝化反硝化主要用来处理城市污水二级
处理系统中
污泥消化上清液和垃圾渗滤液等高温高氨废水,利用高温(
30
℃~
35
℃)下亚硝化菌的增殖速率高于硝酸菌的生理特征,通
过控制
HRT
大于亚硝
酸细菌的世代时
间并且小于硝酸菌的世代时间,淘汰硝酸菌,富集亚硝酸菌,
从而稳定地实现短程硝化反
硝化生物脱氮。
2
、
PH
值;当
pH
值较低时,水中较多的是氨离子和亚硝酸,有利于硝化过
程,因此无亚硝酸盐的
积累。当
pH
值较高时,废水中游离氨所占比例增加,而
分子态游离氨氮对硝化菌的抑制要强于亚硝化菌,故有可能积累亚硝酸盐;对
< br>适合于亚硝酸菌生长的最佳
pH
值尚无定论,但普遍认为
硝酸菌适宜的
pH
值为
6.0
~
7.5
,而亚硝酸菌适宜的
pH
值为
7.0
~
8.5
。于德爽等在中温(
20-30
℃)条
件下,通过控制进水的
PH
值为
7.5-8.8
来实现亚硝态氮的积累,且平均
亚硝化率
达到
95%
以上。
由于硝化过程消耗的碱度和反硝化过程产生的碱度是不平衡的,因此整个
反应过程的碱度是逐渐降低的,要想实现亚硝态氮的积累,必须在反应过程中
投加碱性物质或者使用高
pH
值废水;
3
、
DO
;亚硝酸菌氧饱和常数一般为
0
. 2mg/L~0. 4mg/L
,而硝酸菌氧饱和
常数为<
/p>
1.2mg/L~ 1.5mg/L
,在较低
DO
环境中硝酸菌受到严重抑制,亚硝酸菌占
优势地位,亚
硝酸盐积累率较高;在低
DO
(
<1.
0mg/L
)时,亚硝化菌和硝化菌
的增长速率都会由于溶解氧
的下降而下降,但是硝化菌的下降要比亚硝化菌快
(当
DO
p>
为
0.5mg/L
时,亚硝化菌增值速率为
正常值的
60%
,而硝化菌不超过正
常
值的
30%
),使亚硝化菌成为主体,实现亚硝态氮的累积。<
/p>
Bernet
利用生物膜反应器进行
试验,结果表明,在
DO<0.5mg/L
的条件下可
以实现短程硝化,出水
NO2
-
-N
的比例在
90%
以上
。
Keisuke
等的研究结果也
表
明,当溶解氧浓度低于
0.5mg/L
时,反应器中氨氧化菌
的亚硝化速率并未受
到影响。同时应该注意的是,低溶解氧虽能实现亚硝酸盐的积累,但
易引起活
性污泥易发生解体和丝状菌膨胀。
< br>4
、污泥龄;由于亚硝酸菌的世代周期比硝酸菌的世代时间短(相差
10
倍
以上),因此,若泥龄介于亚硝酸菌和硝酸
菌的最小世代时间之间时,系统中
硝酸菌会逐渐被淘汰,使亚硝酸菌成为优势菌,从而形
成亚硝酸型硝化,维持
稳定的亚硝酸氮的积累。
当污泥龄很长时如
35d
,亦能发生短程硝化反硝化
,此时硝化菌和反硝化菌
可长期共存;发生短程硝化反硝化的原因主要因为泥龄太长所产
生的微生物代
谢产物抑制了硝化菌生长,而非硝化菌的减少。
5
、分子态游离氨影响
( FA)
p>
;现有研究表明,对于氨氧化细菌来说,
FA
才
是其真正的底物,而不是
NH
4<
/p>
+
。
FA
对硝酸细菌的抑制浓度为
0.1mg/L~1.0mg
/L
,对亚硝化细菌的抑制浓度为
10mg/
L~150mg/L
,较高浓度
FA
有
利于亚硝酸盐
的积累。
6
、投加抑制剂;①
无机氮化物;硝酸菌对游离氨的敏感性要高于亚硝酸
菌,当硝化基质(
FA
)浓度超过硝酸菌的抑制浓度阈值而低于亚硝酸菌的抑制
浓度阈值时,就会使反应器的亚硝酸菌占优势,实现亚硝酸盐的积累。他的试
验结果显示,
0.6mg/L
的游离氨几乎可以全部抑制硝
酸菌的活性,而只有当游
离氨浓度大于
5mg/L
时才会对亚硝酸菌的活性产生影响,达到
40mg/L
才会严重
抑制亚硝酸盐氮的生成。
Nthon
isen
等研究认为游离氨浓度在
0.1~1.0mg/L
p>
时就会
抑制硝化菌活性,而当浓度达到
10
~150mg/L
时才会抑制亚硝化菌活性。游离氨
一般控制在
5
~
10mg/L
范围内,有利于实现短程硝化。
当废水中
NH3
浓度较高、
pH
值偏
于碱性时,易形成亚硝酸型硝化,在相反
条件下,则形成硝酸型硝化的倾向很大。另外氨
氮负荷过高时,在系统进行初
期有利于繁殖较快的亚硝酸菌增长,使亚硝酸产生量大于消
耗量而出现积累。
但是硝化菌对游离氨具有适应性,即游离氨浓度对硝化菌的抑制浓度随
反应时
间变化可以不断提高,因此由此实现的短程硝化在长时间内是不稳定的。
②
毒性物质;有毒
物质一般是指酚、氰及重金属离子等,主要存在于工业
废水中,由于硝酸菌对环境较为敏
感,废水中的毒性物质对亚硝酸盐氧化过程
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