影响活性污泥短程硝化反应的6大因素

洒家是环境人 2019-08-23 PM 41℃ 0条

由于工业化进程的加速,氮、磷的污染问题日益尖锐化。越来越多的国家地区制定了更为严格的污水氮、磷的排放标准。尤其是氮的考核内容也从单一的氨氮指标发展到总氮(氨态氮、硝态氦和有机氮的总和)的考核指标。由于近年来一些新理论的提出,如使污水脱氮实现短程硝化反硝化。这样不仅可以提高细菌的增长速度、缩短反应进程,从而减少反应容积;而且同时减少了硝化的曝气量和反硝化有机物的投加量,减少了运行费用。所以短程硝化成为了近年来的研究热点。 
 

一、短程硝化机理 

  

废水生物脱氮,一般由硝化和反硝化两个过程完成,而硝化过程分为氨氧化阶段和亚硝酸盐氧化阶段。这两个阶段分别由氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)独立催化完成。


第一阶段是在AOB的作用下,将氨氮NH3-N氧化为亚硝态氮NO2―N;而第二阶段是在NOB的作用下,将亚硝态氮NO2―N氧化为硝态氮NO3―N。


由于硝化反应是由两类生理特性完全不同的细菌独立催化完成的不同反应,所以需要通过适当控制条件,可以将硝化反应控制在NO2―N阶段,阻止NO2―N的进一步氧化,随后直接进行反硝化,这就是短程硝化反硝化的作用机理。 
 

二、短程硝化的优点 

  

1、由于硝化和反硝化速率加快,所以缩短了反应时间。 
  

2、由于氨氧化菌(AOB)的周期比亚硝酸盐氧化菌(NOB)短,所以污泥龄短,提高反应器微生物浓度。 
  

3、硝化反应器容积可减少8%,反硝化反应器容积可减少33%,可节省了建筑费用。 
  

4、硝化过程节省约25%供氧量,反硝化过程节省约40%外加碳源(以甲醇计),所以节省了运行费用。 
  

5、硝化过程减少产泥24%一33%,反硝化过程减少产泥50%,明显降低了污泥排放量,进而减少污泥处理处置费用。 
  

三、短程硝化过程中的影响因子 

  

生物脱氮的硝化过程是由AOB和NOB共同完成的;AOB的真正基质是水溶液中的游离氨,而NOB的真正基质是水溶液中的游离亚硝酸;AOB和NOB的生长还受到温度pH值、DO、抑制物等因子影响。 
  

1、温度 
  

在4~45℃内,氨氧化细菌和硝化细菌均可进行。但在12~14℃时,此时的温度会严重抑制活性污泥中硝化菌的活性,出现NHO2―的积累;15~30℃时,硝化过程形成的NO2―完全被氧化成NO3―;当温度超过30℃后又出现NO2―的积累。细菌在高温和低温均可较好地实现亚硝酸盐的积累。 

 

实验表明,低温也可实现短程硝化。在低温时,亚硝酸盐氧化菌利用氨氮的能力大于硝化细菌利用NO2-N的能力,从而造成NO2―的累积。所以,短程硝化反应器需要在较高温度的季节启动,缓慢降温,使AOB渐渐适应低温环境,保证氨氧化效果;在适宜的条件下实现短程硝化,同时通过实时控制使其稳定并优化污泥种群结构,进而在低温条件下维持短程硝化。要解决实际应用低温的问题,还需要寻找出适应北方低温的氨氧化细菌的菌株来。 

2、DO浓度 
  

对DO的控制实现短程硝化是将该技术应用于实际的一种较为理想的方法。它比较适合作为未来实际工程的控制参数,因为控制好曝气量、曝气频率以及曝气方式,就可较好地实现短程硝化。 
  

生物膜反应器中,当DO的浓度控制在0.5mg/L以下时,就可以使出水中亚硝酸氮占总硝态氮的90%以上。 
  

使用间歇曝气,阶段曝气等方法,来改变曝气方式以及曝气频率也可实现短程硝化。这些方法的共同点是使反应器内的DO值按一定规律周期性地升高降低,指示在一段时间内反应器处于厌氧状态。 
 

DO浓度是AOB和NOB生长的重要影响因素之一,AOB和NOB的氧饱和常数分别为:0.3和1.1mg/L。可见AOB对氧的亲合力较NOB强,在低DO浓度下NOB的活性会显著减弱,使AOB生长速率大于NOB;虽然低DO浓度会使微生物代谢活动减弱,但硝化过程的氨氧化作用未受到明显影响,从而实现NO2――N的大量积累。 

3、FA及FNA的影响 
  

实验表明,FA对NOB和AOB产生抑制作用的浓度分别为0.1~1.1mg/L和10~15mg/L。而最新研究结果表明,FA浓度达到6 mg/L 时可完全抑制NOB的生长;FNA完全抑制NOB和AOB生长的浓度分别为0.02 mg/L和0.4 mg/L。因此可以利用FA或FNA的选择抑制作用使系统中的NOB受到抑制而AOB不受抑制,从而将硝化控制在亚硝化阶段;但NOB对FA的抑制具有适应性,若反应器长期运行短程硝化会被破坏。有相关研究者提出利用FA与FNA联合控制实现稳定的短程硝化过程,即在反应器启动初期利用废水中较高的FA浓度使NOB受到抑制之后,由于NO2――N大量积累,较低的pH值会导致较高的FNA浓度,从而可利用反应器前期较高浓度的FA和后期较高浓度的FNA共同维持短程硝化过程。 


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