污水处理技术之短程硝化进程6大影响因素

随着工业化进程的加快，氮磷污染日益严重。越来越多的国家和地区制定了更严格的污水氮磷排放标准。特别是氮素评价的内容也由单一的氨氮指标发展到总氮(氨氮、硝酸氦和有机氮的总和)。近年来，人们提出了一些新的理论，如短期硝化和反硝化废水反硝化。这不仅可以提高细菌的生长速度，缩短反应过程，从而减少反应体积，而且可以减少硝化的曝气量和反硝化有机物的投加量，降低运行成本。因此，近些年来，短程硝化已成为研究热点。

一、短程硝化机理

废水生物脱氮一般由硝化反硝化两个过程完成，硝化过程分为氨氧化阶段和亚硝酸盐氧化阶段。两个阶段分别由氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)催化。

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。

由于硝化是由两种具有完全不同生理特性的细菌催化的，因此有必要在适当的控制条件下控制NO2-N阶段的硝化反应，防止NO2-N进一步氧化，然后直接反硝化。这就是短切硝化和反硝化的机理。

第二，短程硝化的优点。

1。由于硝化和反硝化速度加快，反应时间缩短。

2。由于氨氧化菌(AOB)的周期短于亚硝酸盐氧化菌(NOB)，污泥龄短，反应器内微生物浓度升高。

3。硝化反应器容积可减少8%，反硝化反应器体积可减少33%，节约施工成本。

4。硝化过程节省了约25%的氧气供应，反硝化过程节省了约40%的碳源(以甲醇计算)，从而节省了运营成本。

5。硝化工艺将污泥产量减少24%至33%，反硝化工艺将污泥产量减少50%，显著减少了污泥排放，从而降低了污泥处理和处置成本。

三、短程硝化过程中的影响因素

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。

实验结果表明，短程硝化也可以在低温下实现。低温时，硝化细菌利用氨氮的能力大于硝化菌利用NO2-N的能力，导致NO2-N的积累。因此，短程硝化反应器需要在高温季节开始，缓慢降温，使AOB逐渐适应低温环境，保证氨氧化效果，在适宜条件下实现短程硝化，通过实时控制稳定优化污泥种群结构，在低温下保持短程硝化。为了解决低温实际应用的问题，还需要找出适合北方低温的氨氧化菌菌株。

2、DO浓度

控制DO以实现短程硝化是将该技术应用于实践的理想方法。它更适合作为未来实际工程的控制参数。由于控制曝气量，曝气频率和曝气方式，可以更好地实现短程硝化。

在生物膜反应器中，当溶解氧浓度控制在0.5 mg/L以下时，出水中的亚硝酸盐氮占总硝酸氮的90%以上。

采用间歇曝气、分级曝气等方法改变曝气方式和曝气频率，也可以实现短程硝化。这些方法的共同点是，反应器中的DO值按一定规律周期性地增加和减少，表明反应器在一段时间内处于厌氧状态。

DO浓度是影响AOB和NOB生长的重要因素之一。 AOB和NOB的氧饱和常数分别为：0.3和1.1mg / L.可以看出，AOB对氧的亲和力强于NOB。低DO浓度下NOB活性明显减弱，AOB生长速率高于NOB。虽然低DO浓度会削弱微生物的代谢活性，但硝化过程的氨氧化不受影响。影响显着，从而实现了大量的NO2 – N积累。

3、FA和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，通过选择性抑制FA或FNA可以抑制系统的NOB，并且不抑制AOB，从而在亚硝化阶段控制硝化作用;但如果反应器被短时间的硝化作用破坏，NOB对FA的抑制具有适应性。相关研究人员提出使用FA和FNA联合控制来实现稳定的短程硝化过程，即在反应器被激活后，废水中较高的FA浓度用于抑制NOB，并且较低的pH值被累积由于NO2-N的大量积累。该值将导致更高的FNA浓度，从而可以使用反应器早期的更高浓度的FA和后期的更高浓度的FNA来维持短程硝化过程。

4、PH值

由于硝酸细菌和亚硝酸盐细菌的酸碱值范围不同，通过控制酸碱值可以实现短切硝化。亚硝酸盐细菌的最佳pH值为7.0-8.5，亚硝酸盐细菌的最佳pH值为6.0-7.5。只要将pH值控制在7.5~8.5之间，就可以抑制亚硝酸盐细菌，达到亚硝酸盐积累的目的。

尽管在实际中pH易于控制，但它也有一些缺点。其缺点是需要对pH值进行实时监测，配合自动添加设备和混合设备，试剂成本也增加了反应器的运行成本，在一定程度上抵消了短程硝化本身的优点。

5、SRT

通过控制SRT不能实现亚硝酸的积累，SRT是反应器短程硝化稳定运行的重要控制参数。低污泥龄控制将导致硝酸盐和亚硝酸盐细菌的损失，导致反应器处理能力下降;污泥龄太高会增加硝酸盐细菌的数量，而在低负荷下，反应器很容易转化为硝化作用。选择合适的SRT值是稳定短程硝化的关键参数。

6、抑制剂

抑制硝化的物质是高浓度的游离氨、重金属、有毒有害物质和有机物质。重金属能抑制硝化作用，如银、汞、铬、锌等。它们的毒性由强到弱。当酸碱度由高到低时，毒性由弱到强。锌、铜、铅等重金属对硝化均有两个阶段的抑制作用，但抑制程度不同。

某些有机化合物，如苯胺、邻甲酚和苯酚对硝化细菌有毒性或抑制作用，因为催化硝化的酶含有CuI-CuII电子对。与酶中的蛋白质竞争或直接嵌入酶结构中的任何有机物将抑制硝化细菌。这些有机化合物对硝化细菌的抑制作用强于硝化细菌，从而在含有这种物质的污水生物脱氮过程中产生硝酸盐积累。