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1、 低溶氧短程硝化、反硝化在污水處理工藝中的應(yīng)用 【摘要】本文闡述了傳統(tǒng)硝化反硝化脫氮過程，并介紹了短程硝化反硝化生物脫氮機理及過程實現(xiàn)的工藝控制措施，就短程硝化反硝化脫氮的在污水處理中的實際應(yīng)用進行了闡述，希望能夠?qū)υ擁棏?yīng)用的探索與研究形成推廣和借鑒。 【關(guān)鍵詞】短程硝化反硝化；生物脫氮 傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)認為要完全去除水中的氨態(tài)氮就 必須要經(jīng)過完整的硝化與反硝化過程。而大量研究表明，好 氧硝化菌和兼性厭氧反硝化菌是可以在同一個反應(yīng)器里共 同起作用的。因為在整體和每一單元填料表

2、面所附著的生物 膜上都存在基質(zhì)和溶解氧的濃度梯度分布，這就為各種生態(tài) 類型的微生物在生物膜內(nèi)不同部位占據(jù)優(yōu)勢生態(tài)位提供了 條件。而且短程硝化反硝化脫氮比傳統(tǒng)的脫氮技術(shù)具有更多 的優(yōu)點。 1 傳統(tǒng)硝化反硝化脫氮機理 1.1 硝化反應(yīng) 包括兩個步驟：第一步為亞硝化過程，是將 NH4+ 氧化 成 NO2- ；第二步為硝化過程，由硝酸菌將亞硝酸鹽進一步氧化為 NO3- ，亞硝酸菌和硝酸菌統(tǒng)稱為硝化菌，都利用無 機碳化合物如 CO32- 、 HCO3- 和 CO2 作為碳源，從 NH3 、 N

3、H4+ 或 NO2- 的氧化反應(yīng)中獲取能量。當硝酸菌受到抑制的 時候，將會出現(xiàn) NO2- 的積累。很顯然，在傳統(tǒng)的硝化 -反硝 化脫氮過程中，在反硝化菌的作用下，反硝化過程既可從硝 酸鹽開始，也可以從亞硝酸鹽開始。 但由 NO2- 轉(zhuǎn)化為 NO3- ， 然后由 NO3- 再轉(zhuǎn)化為 NO2- 的重復(fù)轉(zhuǎn)化過程中，要消耗更多 的溶解氧和有機碳源。 1.2 反硝化反應(yīng) 主要過程是在缺氧的條件下，將硝化過程中產(chǎn)生的亞硝 酸鹽和硝酸鹽還原成氣態(tài)氮。反硝化過程中亞硝酸鹽和硝酸 鹽的轉(zhuǎn)化是通過反硝化細菌的同化作用和異化作用來

4、完成 的。異化作用就是將 NO2- 和 NO3- 還原為 NO 、N2O 、N2 等氣體物質(zhì)，主要是 N2 。而同化作用是反硝化菌將 NO2- 和 NO3- 還原成為 NH3-N ，供新細胞合成使用。 2 短程硝化反硝化機理 短程硝化反硝化生物脫氮也可稱為亞硝酸型生物脫氮， 它是通過控制特殊的環(huán)境條件抑制硝酸菌的生長，使系統(tǒng)中 的亞硝酸菌成為優(yōu)勢菌種，形成 NO2- 的積累，阻止亞硝酸 的進一步硝化，然后直接進行反硝化，形成 NH4+ → NO2- → N2 的脫氮過程。 其中反硝化菌直接以 NO2--N 為最終受氫體

5、 進行反硝化脫氮的過程。 3 短程硝化反硝化過程實現(xiàn)的控制因素 3.1 溫度 生物硝化反應(yīng)在 4～ 45℃內(nèi)均可進行，適宜溫度為 20～ 35℃，一般低于 15℃硝化速率降低， 并且低溫對硝化產(chǎn)物及 兩類硝化菌活性影響也不同。 12～14℃下活性污泥中硝酸菌 活性受到嚴重抑制，出現(xiàn)亞硝酸積累。 15～30℃范圍內(nèi)，硝 化過程中形成的亞硝酸可完全被氧化成硝酸。 溫度超過 30℃ 后又會出現(xiàn) HNO2 積累。 3.2 DO 濃度 亞硝酸菌和硝酸菌均是嚴格好氧菌，在生物膜和活性污

6、泥反應(yīng)器中當膜的厚度和活性污泥的尺度較大時，形成氧擴散梯度。因此，在活性污泥法和生物硝化系統(tǒng)中，盡管混合液中的溶解氧濃度可能較高，但絮體或生物膜內(nèi)部溶解氧的濃度由于擴散受阻，可能已達到限制其增長和硝化濃度。因此，在實際的硝化系統(tǒng)中，需要維持的溶解氧濃度應(yīng)由反應(yīng)器內(nèi)形成的絮體大小、生物膜的厚度以及相應(yīng)的混合強度來決定。絮體越大或生物膜越厚，混合強度越小，則擴散能力越差，相應(yīng)的混合液所需維持的溶解氧濃度就必須越高，否則硝化過程將受到抑制。在通常情況下，多數(shù)研究者建議， 在活性污泥法中要維持正常的硝化效果，一般至少應(yīng)使 DO 在 0.5mg/l 以上，否則硝化作用會受到抑制。

7、 3.3 ph 值 隨著硝化的進行，硝化過程產(chǎn)生的酸使廢水 pH 不斷降 低。亞硝酸菌要求的最適  pH  在  7.0～8.5  之間，硝酸菌為  6.0～ 7.5。反應(yīng)器中  pH  低于  7，則整個硝化反應(yīng)會受到抑制。  PH 升高到 8 以上，則 HNO2 濃度升高，硝化產(chǎn)物中亞硝酸比例 增加，出現(xiàn) HNO2 積累。 3.4 游離氨 游離氨對硝

8、酸菌和亞硝酸菌的抑制濃度分別 0.1mg/l ～ 1.0 mg/l 和 10mg/l ～150mg/l 。當游離氨的濃度介于兩者之間 時，亞硝酸菌能夠正常增殖和氧化，硝酸菌被抑制，發(fā)生亞 硝酸的積累。 3.5 有毒物質(zhì) 有毒物質(zhì)一般是指酚、氰及重金屬離子等，主要存在于 工業(yè)廢水中，由于硝酸菌對環(huán)境較為敏感，廢水中的毒性物 質(zhì)對亞硝酸鹽氧化過程有明顯的抑制作用。相對于亞硝酸 菌，硝酸菌對環(huán)境的適應(yīng)性慢，因而在接觸有害物質(zhì)的初期 會受到抑制，出現(xiàn)亞硝酸積累。但是毒性物質(zhì)由于對人體和 環(huán)境的有害性，不

9、適合投加到水中。 3.6 泥齡 亞硝酸菌的世代周期比硝酸菌的世代周期短，因此可以 通過縮短水力停留時間，使泥齡介于亞硝酸菌和硝酸菌的最 小停留時間之間，系統(tǒng)中硝酸菌就會逐漸被沖洗掉，亞硝酸 菌成為系統(tǒng)優(yōu)勢菌，從而形成亞硝酸型硝化。 4 短程硝化反硝化在污水處理廠中的應(yīng)用 石嘴山市第一污水處理廠通過調(diào)試、研究、運行，成功 實現(xiàn)了低溶氧短程硝化、反硝化在倒置 A2O 工藝中的應(yīng)用。 污水處理廠采用短程硝化、反硝化生物脫氮技術(shù)，將氨氮氧化控制在亞硝酸鹽氮階段，阻止亞硝酸鹽氮進一步氧化生成硝酸鹽氮

10、，此處理過程將大大縮短硝化反硝化時間，同時亞 硝酸菌氧飽和常數(shù)為 0.2-0.4mg/L ，通過長期維持較低濃度溶 解氧，不但降低了能耗，還能有效、穩(wěn)定的獲得亞硝酸鹽的 積累，從而來實現(xiàn)良好的短程硝化效果，為脫氮奠定了良好 的基礎(chǔ)。好氧段溶解氧控制在 0.5mg/l 以下，羅茨鼓風(fēng)機頻率控制在 40-45Hz 之間，平均為 43Hz，功率為 113kw 。短程硝化反硝化脫氮技術(shù)與傳統(tǒng)生物脫氮相比，工藝操作、反應(yīng) 器構(gòu)造、運行費用等都具有很大的優(yōu)越性。 并且有降低能耗、節(jié)省碳源、污泥產(chǎn)量少等特點，且對于含氨較高和碳源不足 的廢水具有很大

11、的應(yīng)用價值。石嘴山市第一污水廠短程硝化反硝化工藝的正常運行對減少該市水污染及提升該市節(jié)能減排水平發(fā)揮了積極作用。 參考文獻 [1] 伊學(xué)農(nóng)，宋桃莉，周偉博 .污水處理廠技術(shù)與工藝管理（第二版） [M]. 化學(xué)工業(yè)出版社， 2015.1 [2] 陳 ?B.城鎮(zhèn)污水處理及再生利用工藝分析與評價[M]. 中國建筑工業(yè)出版社， 2012.3 [3] 楊淑萍 .污水處理廠運行溫度對污水處理效果的影響 [J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技， 2012 年 10 期 [4] 馬瑞菊 .新型污水處理設(shè)施與傳統(tǒng)污水處理設(shè)施在工 程中的應(yīng)用比較 [J]. 城市建設(shè)理論研究， 2012 年 11 期 作者簡介：王春育（ 1977.02-），女，漢族，本科，寧夏 石嘴山市大武口人，給排水工程師，研究方向：城市給排水 管道設(shè)計與施工管理和污水工藝研究。