实现短程硝化反硝化生物脱氮的控制因子

实现短程硝化反硝化生物脱氮的控制因子

徐玉洁

徐州市环境监测中心站江苏徐州221006

摘要：本文从微生物角度、经济和技术上证明了短程硝化反硝化技术具有较高的可行性，从不同角度对成功实现短程硝化反硝化技术的几种关键因子进行讨论，并提出今后的研究方向。

关键词：短程硝化反硝化；生物可行性；控制因子

RealizeontheFactorsAffectingShortcut

Nitrification–Denitrification

XUYu-jie

（XuzhouEnvironmentalTestingCenterStation，Xuzhou，221006，China）

Abstract:Thispaperprovesthattheshort-cutnitrificationanddenitrificationtechnologyhashighfeasibilityfromtheperspectiveofmicroorganisms,economicsandtechnology.Thekeyfactorsofsuccessfulshort-cutnitrificationanddenitrificationtechnologyarediscussedfromdifferentangles,andthefutureresearchdirectionsareproposed.

Keywords:shortcutnitrification-deitrifieation；biologicalfeasibility；affectingfactors

随着新的微生物处理技术与工艺的发展，污水生物脱氮技术已成为目前国内外水污染控制领域中的一个重要研究方向，其中短程硝化反硝化生物脱氮工艺越来越受到学者们的关注。短程硝化反硝化生物脱氮工艺是指将硝化过程控制在亚硝酸根离子阶段，通过阻止亚硝酸根离子氧化为硝酸根离子，直接以亚硝酸根离子作为最终最终受氢体进行反硝化的工艺，即其脱氮途径为NH4+—NO2-—N2的过程[1]。

1短程硝化反硝化技术特点和生物可行性

亚硝酸菌世代周期比硝酸菌世代周期短，因此在用微生物处理废水的工艺中，有效控制在NO2-阶段不仅可以提高硝化反应速率、有效缩短硝化反应时间，还能降低硝化阶段反应器的容积及反应器材的造价[2]。另外，从亚硝酸菌的生物氧化反应可以看出，控制在亚硝酸型阶段可以有效降低NO2-转化为NO3-的需氧量[3]。再者，从反硝化的角度来看，从NO3-还原到N2比NO2-还原到N2需要的氢供体多，意味着短程反硝化更节能、产泥量更少[4]。

短程硝化反硝废水处理工艺在处理高氨氮和低C/N比的废水工艺中有着不可比拟的优点。无论是从经济角度、技术层面上考虑还是从生态学角度考虑，都具有一定的生物可行性。

2关键控制因子

短程硝化的核心是亚硝酸根离子的积累，实现短程硝化反硝化的关键就在于如何成功地控制硝化停止在亚硝酸根离子阶段。归根结底就是通过某些因素抑制两种硝化菌（亚硝酸盐氧化菌和氨氧化菌）活性，从而影响硝化形式，达到亚硝酸根离子积累的目的。其中关键控制因子包括溶解氧(DO)、pH值、温度、抑制剂等。

控制溶解氧可有效简化硝化和反硝化过程。亚硝酸细菌对氧的亲和力和耗氧速率均高于硝酸细菌，低溶解氧条件下，亚硝酸菌的增殖速率加快，硝酸菌代谢能力下降，其氧化亚硝酸根离子的能力减弱，从而造成体系中亚硝酸根离子的积累。而低溶解氧条件下，氨氧化菌种在硝化细菌中占有稳定的优势，且其世代周期比亚硝酸氧化菌短，故可有效缩短硝化反应时间。目前国内外学者关于溶解氧的临界值存在不一致的声音，但基本认可短程硝化发生在溶解氧浓度小于1.5mg/L的条件下，溶解氧大于该浓度亚硝酸根离子的积累可能被破坏。但在溶解氧较低的环境下，硝化速率会降低、活性污泥可能会解体、丝状菌膨胀，最终导致除氮以外的其他污染物去除效果降低。

pH值的微小变化对游离氨和亚硝酸根离子的浓度都会产生较大的影响。目前学者们对最佳pH值还存在不同看法。业内认可的一般是pH值小于7，硝化反应会受到抑制，高于8，亚硝酸根离子浓度升高。

游离氨对硝酸菌抑制浓度约在0.1~1.0mg/L的范围，对亚硝酸菌抑制浓度约在l0~150mg/L的范围。当游离氨的质量浓度介于两者之间时，亚硝酸菌能够正常增值和氧化，硝酸菌被抑制，就会产生亚硝酸盐积累[5]。

温度的控制对于短程硝化反硝化生物脱氮技术是一个关键因子所在。从生态角度出发，温度升高有利于加快亚硝化细菌的生长速率，进而筛选出亚硝化细菌，淘汰硝化细菌，并可有效控制活性污泥的泥龄。但这并不意味着温度越高越好，过高的温度不仅增加难度和成本，还有可能对形成稳定的短程硝化反硝化起到阻碍的作用。故其应该在一个合理的取值范围内。目前各界对最佳温度的取值范围并没有一个统一的说法。但业内人士从增长速率的角度考虑的话，普遍认为大于或等于25℃效果最佳。然而，由于水的比热较大(4.183kJ/(kg·K)，20℃)，对要处理的废水，特别是处理规模比较大的废水升温的话，无论是从经济上还是技术上，甚至从可操作性方面来说，都不是太可行。因此，研究人员可将研究重点及研究方向放在如何实现在常温或低温条件下，稳定高效地实现短程硝化反硝化。

抑制剂对稳定高效地实现短程硝化反硝化起到重要的作用。所谓的抑制剂其实是指对硝化反应有抑制作用的化学物质，如：过高质量浓度的NH3（特别是游离氨FA），重金属、酚、氰等有毒有害物质以及杀菌类物质。游离氨FA的抑制作用不稳定；重金属的抑制作用会随着pH值的变化而变化；酚、氰等有毒有害物质对生态环境和人类健康都害，在废水实际处理及运行中不会主动投加；杀菌类物质多为氧化剂，即经常用到的各种消毒剂，通过破坏生物分子中的酶来达到杀菌的目的。在使用过程中要考虑适量的问题，要严格控制抑制剂的使用量，避免造成不可恢复的破坏现象。

3结语

通过对实现短程硝化反硝化的几种关键控制因子地分析发现，虽然从微生物的种群类别的角度证明了分离亚硝化菌和硝化菌的可行性，但每一个控制因子都有一定的局限性。作者认为今后的研究方向和重点应该关注如何在常温或低温条件下，稳定、持久且高效地维持短程硝化反硝化，更好地去除污水中氮的含量。另外，在一些关键因子未得到明确证实的条件下，有些控制因子之间存在着千丝万缕的关系，甚至存在相互制衡的关系。在实际案例运行过程中要根据实际情况，综合考虑这些控制因子。

参考文献：

[1]李亚新.活性污泥法理论与技术[M].北京：中国建筑工业出版社.2007.

[2]高大文，彭永臻，王淑莹.控制pH实现短程硝化反硝化生物脱氮技术[J].哈尔滨工业大学学报，2005，37(12)：1664-1666.

[3]VOETJP,etal.Removalofnitrogenfromhighlynitrogenouswastewater[J].JWPCF.1975,47:394-398.