同步硝化反硝化的影響因素研究

徐超+王晨

作者簡(jiǎn)介：徐超（1980—），男，湖北武漢人,工程師,主要從事給排水設(shè)計(jì)工作。中圖分類號(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944(2014)05031202

1引言

同步硝化反硝化(SND) 是指在空間上沒有明顯缺氧和好氧分區(qū)或者在時(shí)間上沒有缺氧/好氧交替的條件下,硝化和反硝化反應(yīng)在空間和時(shí)間上同步進(jìn)行的生物脫氮過程［1］。同步硝化反硝化作為一種經(jīng)濟(jì)有效的脫氮工藝具有明顯的優(yōu)越性。它簡(jiǎn)化了生物脫氮工藝流程,縮短了廢水處理周期,在一定程度上減小了污水處理占地面積、降低了處理能耗,進(jìn)而大大提高了生物脫氮效率,目前已成為研究熱點(diǎn),并受到國(guó)內(nèi)外的廣泛重視［2］。同步硝化反硝化與多種因素有關(guān),例如,DO、C/N、pH、有機(jī)碳源、溫度、污泥齡、水力停留時(shí)間等。本文對(duì)幾種常見的影響因素加以闡述,為同步硝化反硝化在水處理中的應(yīng)用加以指導(dǎo)。

2同步硝化反硝化的影響因素

2.1DO

榮宏偉等［3］研究了序批式生物膜反應(yīng)器(SBBR)同步硝化反硝化生物脫氮城市污水處理工藝。試驗(yàn)結(jié)果表明:DO 是影響SBBR 工藝實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的一個(gè)重要因素,將DO 控制在2.8~4.0mg/L 的范圍內(nèi),可以取得較好同步硝化反硝化效果,總氮去除率可達(dá)67%以上。SBBR工藝同步硝化反硝化主要是由微環(huán)境引起的,生物膜在好氧條件下能創(chuàng)造缺氧微環(huán)境,DO 濃度直接影響生物膜內(nèi)部好氧區(qū)與缺氧區(qū)比例的大小,進(jìn)而影響硝化和反硝化的效果。

馬放等［4］利用培養(yǎng)馴化出高效同步硝化反硝化活性污泥,研究有機(jī)物負(fù)荷、溶氧和溫度等因素對(duì)SBR 反應(yīng)器同步硝化反硝化脫氮效能的影響。結(jié)果表明:當(dāng)溫度為25~30 ℃、pH值為7~9時(shí),系統(tǒng)脫氮效果較好;當(dāng)碳氮比在1∶1~8∶1 時(shí),COD、氨氮、TN 去除率隨著碳氮比的升高而降低,分兩次投加有機(jī)物有利于提高好氧反硝化同步脫氮效果;當(dāng)曝氣量在0.12~0.80L/min時(shí),氨氮去除率隨曝氣量的升高而升高,最后穩(wěn)定在99.8% 以上;TN 去除率隨曝氣量升高先升高后降低,在曝氣量為0.2 L/min時(shí)達(dá)到最大值95.52%;COD 去除率一直穩(wěn)定在91% 以上,曝氣量的改變對(duì)COD 去除率的影響不明顯。系統(tǒng)溫度為25~30 ℃、碳氮比為1.5∶1、曝氣量為0.2 L/min、pH值為7~9時(shí),分兩次投加有機(jī)物同步脫氮效果最優(yōu)。其他一些學(xué)者也報(bào)道了DO對(duì)SBR反應(yīng)器同步硝化反硝化的影響［5,6］。羅思音［7］研究了DO對(duì)SBR反應(yīng)器短程同步硝化反硝化除磷工藝的影響,同時(shí)對(duì)短程同步硝化反硝化和反硝化除磷的機(jī)理進(jìn)行探討。試驗(yàn)表明:控制DO濃度可在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)既實(shí)現(xiàn)短程同步硝化反硝化反應(yīng)又達(dá)到反硝化除磷的效果。

2.2水力停留時(shí)間

張楠［8］研究了不同水力停留時(shí)間對(duì)于膜生物反應(yīng)器中同步硝化反硝化效果的影響。結(jié)果表明,隨著水力停留時(shí)間的減少,同步硝化反硝化效果在增加。在COD/TN為8~10,COD容積負(fù)荷為3.36kg/(m3.d),HRT為2.5h,SRT為45d,DO為0.2~0.3mg/L,pH值為7.0~8.0時(shí),COD的去除率達(dá)到96.3%,硝化率達(dá)到91.7%,同步硝化反硝化率為56.7%。

2.3pH值

張志等［9］從反應(yīng)器脫氮性能和好氧顆粒污泥理化性狀方面研究了pH 值對(duì)好氧顆粒污泥同步硝化反硝化脫氮過程的影響。結(jié)果表明:好氧顆粒污泥微生態(tài)環(huán)境的形成,大大增強(qiáng)其耐酸堿沖擊負(fù)荷能力,在pH 值8~9 范圍內(nèi)氨氮去除率均達(dá)到95%以上。在pH 值6~9 范圍內(nèi),好氧顆粒污泥理化性狀穩(wěn)定,沒有發(fā)生解體現(xiàn)象。方茜等［10］也發(fā)現(xiàn)pH 值在中性和略偏堿性的范圍內(nèi)有利于SBR反應(yīng)器內(nèi)SND的發(fā)生。彭趙旭等［11］發(fā)現(xiàn)pH 處于7.6~8.4 的情況下,SND 率隨著pH 的增加先升高后下降,當(dāng)pH 處于8 時(shí),SND 率達(dá)到最高。

2.4溫度

溫度也可以對(duì)同步硝化反硝化的發(fā)生產(chǎn)生影響,張可方等［12］發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度為21~35℃時(shí)均能實(shí)現(xiàn)亞硝酸型同步硝化反硝化。隨著溫度的上升,氨氧化速率及對(duì)TN 的去除速率均加快,31℃時(shí)達(dá)到最大值,其中氨氧化速率為4.71mgNH+4-N / (L.h),對(duì)TN 的去除率為84.8%;但當(dāng)溫度升高到35℃時(shí)去除速率會(huì)略有下降,且所需反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)。張?zhí)m河等［13］也考察了溫度對(duì)SBR反應(yīng)器工藝同步硝化反硝化的影響。

2.5碳源

魏海娟等［14］利用序批式移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器研究了有機(jī)碳源對(duì)低碳氮比ρC/ρN (指ρCOD /ρTN,以下同) 生活污水同步硝化反硝化脫氮的影響,結(jié)果表明,在無外加碳源時(shí),同步硝化反硝化條件下TN去除率為59.8%,COD平均去除率為83.12%,NH+4-N去除率為94.9%(最高達(dá)到99.8%);分別以淀粉、葡萄糖和甲醇為外加碳源,ρC/ρN=7時(shí),發(fā)現(xiàn)投加外碳源有利于有機(jī)物、NH+4-N和TN的降解和轉(zhuǎn)化,NH+4-N轉(zhuǎn)化受碳源種類影響不大,投加淀粉時(shí)有機(jī)物降解不完全導(dǎo)致系統(tǒng)有惡化趨勢(shì),投加甲醇碳源時(shí)系統(tǒng)脫氮效率最高,TN去除率達(dá)84.5%,投加葡萄糖時(shí),TN去除率為8055%,從安全和經(jīng)濟(jì)方面考慮,確定投加葡萄糖較為合適。也有其他關(guān)于報(bào)道碳源［15］、碳源濃度［16］、碳源利用方式［17］對(duì)同步硝化反硝化的影響。

2.6C/N

趙冰怡等［18］研究了C/N比和曝氣量對(duì)同步硝化反硝化的影響,結(jié)果表明,在環(huán)境溫度13~23℃,MLSS為6.0~6.8g/L,進(jìn)水NH+4-N 濃度50mg/L,曝氣量0.5m3/h,HRT為6h實(shí)驗(yàn)條件下,總氮去除率隨著進(jìn)水C/N比的增加而增加,在C/N比為6∶1~8∶1時(shí),TN去除率達(dá)到79%~89%,低的C/N比抑制反硝化,過高的C/N比增加了碳源補(bǔ)加的成本。改變反應(yīng)曝氣量,當(dāng)C/N比為6∶1,曝氣量為0.4m3/h時(shí),TN的去除率達(dá)到了最大值85%。曝氣量過高或過低,TN去除率均下降。馬志華等［19］研究了不同DO和C/N對(duì)側(cè)溝式一體化OCO反應(yīng)器同步硝化反硝化和COD降解效果的影響。蔣勝韜等［20］通過膜生物反應(yīng)器的連續(xù)運(yùn)行,研究了DO、C/N比、F/M和pH等影響因子對(duì)膜生物反應(yīng)器同步硝化反硝化的影響,并對(duì)其影響機(jī)制進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,DO、C/N比、F/M和pH是同步硝化反硝化效果的重要影響因子。

2.7其他

陳英文等［21］利用自培養(yǎng)硝化污泥與實(shí)驗(yàn)室篩選的1株反硝化細(xì)菌共培養(yǎng)形成共生污泥,構(gòu)建膜生物反應(yīng)器(MBR)單一反應(yīng)體系同步硝化反硝化系統(tǒng),得到系統(tǒng)良好同步硝化反硝化曝氣量和污泥濃度的最優(yōu)條件。方茜等［22］在不同間歇曝氣(IA)模式下,采用序批式活性污泥法(SBR)處理模擬低碳城市污水,并考察了ORP和pH 值的變化規(guī)律與同步硝化反硝化(SND)持續(xù)穩(wěn)定性之間的關(guān)系。運(yùn)行結(jié)果表明,低曝氣百分?jǐn)?shù)和高曝氣頻率的間歇曝氣模式有利于SND過程的持續(xù)穩(wěn)定,且ORP 均值的均化程度與ORP和pH 值的穩(wěn)定性可控制SND過程的穩(wěn)定性。

3結(jié)語

盡管國(guó)內(nèi)外已對(duì)該理論開展了一系列研究,今后在以下兩個(gè)方面還值得作進(jìn)一步深入的研究:如何將脫氮除磷有機(jī)的結(jié)合起來,探索一種可持續(xù)城市污水生物處理技術(shù)。闡明同步硝化反硝化反應(yīng)的機(jī)理及微生物特性,為今后研究及工程化應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

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