影響氨氮含量較低污水厭氧氨氧化的因素分析

摘 要：與傳統(tǒng)脫氮工藝相比較，厭氧氨氧化工藝凈化污水具有較多的優(yōu)點(diǎn)，也存在著一定的缺點(diǎn)。文章分別從NO2--N、無機(jī)碳、有機(jī)碳、溫度、pH等方面對(duì)厭氧氨氮氧化的影響進(jìn)行了認(rèn)真的研究，為厭氧氨氧化凈化氨氮含量較低污水提供了參考。

關(guān)鍵詞：氨氮含量較低污水；厭氧氨氧化；影響因素

當(dāng)前，我國(guó)城市污水中C/N比值普遍偏低，再加上我國(guó)污水排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸提高，傳統(tǒng)脫氮工藝難以實(shí)現(xiàn)污水總氮、氨氮達(dá)標(biāo)。厭氧氨氧化作為新型生物脫氮技術(shù)，能夠分別以污水中的氨、亞硝酸鹽作為電子供體、受體，并在厭氧狀態(tài)下將污水中的氮除去。和傳統(tǒng)脫氮工藝相比較，厭氧氨氧化不但不需要外加碳源，能夠節(jié)約50%堿消耗量、62.5%供氧量，且短程硝化的產(chǎn)泥量約為傳統(tǒng)脫氮工藝的15%。但是，厭氧氨氧化也存在著厭氧氨氧化工藝細(xì)菌生長(zhǎng)速度相對(duì)緩慢，污水中氨氮含量高，脫氮需于無單質(zhì)氧狀態(tài)下進(jìn)行等缺點(diǎn)[1]。為拓展厭氧氨氧化的應(yīng)用范圍，將其應(yīng)用于氨氮含量較低的污水之中，我單位展開影響氨氮含量較低污水厭氧氨氧化的因素研究，現(xiàn)總結(jié)報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 裝置

實(shí)驗(yàn)裝置使用有機(jī)玻璃制造的下向流生物膜濾池，高2m，內(nèi)徑7cm，填料為粒徑2.5-5mm的頁巖顆粒，填料高度1.6m。

1.2 試驗(yàn)原水

實(shí)驗(yàn)選擇我單位所在地污水處理廠沉池出水，其中TOC：9.02-12.21mg/L，COD25.23-44.67mg/L，NH3-N：14.89-40.12mg/L，pH值：7.39-7.84，水溫：25-28℃。

1.3 細(xì)菌培養(yǎng)

接種污泥選擇主要含硝化細(xì)菌的污泥，為達(dá)到厭氧氨氧化工藝要求，實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中需在原水中加入亞硝酸鹽。進(jìn)水中NH3-N：NO2-N=1：1.3，濾速：2.49m/h。培養(yǎng)2-3個(gè)月，當(dāng)原水中NH3-N維持40.12mg/L，濾池NH3-N穩(wěn)定去除率≥98%，培養(yǎng)結(jié)束。

1.4 分析指標(biāo)

分析COD、TOC、IC、NH3-N、PH值、NO2--N、溫度等指標(biāo)。

2 結(jié)果及分析

2.1 NO2--N對(duì)厭氧氨氮氧化的影響

隨著進(jìn)水中 NO2--N濃度的不斷增加，去除氨氮的速率也逐漸增加，當(dāng) NO2--N達(dá)到120.43mg/L時(shí)，去除氨氮的速率也達(dá)到最大值3.30mg/L·min，當(dāng)去除氨氮的速率達(dá)到最大值后，若繼續(xù)增加進(jìn)水中NO2--N的濃度，去除氨氮的速率卻不增反降，但是去除氨氮的速率仍然比NO2--N濃度為61.23mg/L時(shí)去除氨氮的速率高。這充分說明NO2--N的濃度對(duì)厭氧氨氮氧化需控制在一定濃度范圍內(nèi)，濃度越高，厭氧氨氮氧化速率就越快，當(dāng)達(dá)到峰值后，濃度越高反而會(huì)抑制厭氧氨氮氧化速率的特點(diǎn)。究其原因主要為，在未達(dá)到峰值前，隨著NO2--N濃度的逐漸升高，參與厭氧氨氮氧化的細(xì)菌活性逐漸增加，當(dāng)達(dá)到峰值后，盡管參與厭氧氨氮氧化的細(xì)菌活性被抑制，但其活性并沒有完全喪失，反而維持在較高的水平。

2.2 碳對(duì)厭氧氨氮氧化的影響

2.2.1 無機(jī)碳對(duì)厭氧氨氮氧化的影響

隨著進(jìn)水中無機(jī)碳濃度的不斷增加，去除氨氮的速率也逐漸增加，當(dāng)無機(jī)碳達(dá)到56.03mg/L時(shí)，去除氨氮的速率也達(dá)到最大值5.01mg/L·min，當(dāng)去除氨氮的速率達(dá)到最大值后，若繼續(xù)增加進(jìn)水中無機(jī)碳的濃度，去除氨氮的速率卻呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)。在一定濃度范圍內(nèi)，適當(dāng)增加無機(jī)碳的濃度能夠促進(jìn)厭氧氨氮氧化的進(jìn)行，當(dāng)反應(yīng)速率達(dá)到峰值后再增加無機(jī)碳的濃度，其反應(yīng)速率將隨著無機(jī)碳濃度的增加而逐漸下降。其原因主要為，當(dāng)無機(jī)碳的濃度在一定范圍內(nèi)，厭氧型氨氮氧化細(xì)菌將大量繁殖，進(jìn)而促進(jìn)反應(yīng)的快速進(jìn)行。當(dāng)無機(jī)碳的濃度超過一定范圍，異養(yǎng)型反硝化細(xì)菌將大量繁殖，并爭(zhēng)奪厭氧型氨氮氧化細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的基質(zhì)，從而導(dǎo)致厭氧氨氮氧化速率下降[2]。

2.2.2 有機(jī)碳對(duì)厭氧氨氮氧化的影響

在保證進(jìn)水中氨氮濃度不變的情況下，當(dāng)進(jìn)水中有機(jī)碳的濃度越高，去除氨氮的速率卻逐漸下降。有機(jī)碳的濃度對(duì)于厭氧氨氮氧化反應(yīng)具有抑制作用。究其原因，主要包括兩個(gè)方面：（1）厭氧氨氧化細(xì)菌為化能自養(yǎng)型專性厭氧菌，在有機(jī)碳存在條件下時(shí)，反應(yīng)容器內(nèi)異養(yǎng)菌的繁殖速度遠(yuǎn)大于厭氧氨氧化細(xì)菌，異養(yǎng)菌占有的基質(zhì)就越多，從而對(duì)厭氧氨氧化細(xì)菌的繁殖形成抑制作用，并且有機(jī)碳濃度越高，異養(yǎng)菌的繁殖速度越大，厭氧氨氧化數(shù)量就越少，厭氧氨氧化效率就越低。（2）大量繁殖的異養(yǎng)菌對(duì)NO2--N產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性爭(zhēng)奪，導(dǎo)致厭氧氨氧化細(xì)菌能夠利用的NO2--N顯著減少，致使厭氧氨氧化速率降低。本研究還發(fā)現(xiàn)，在較高無機(jī)碳濃度條件下，厭氧氨氧化細(xì)菌在較短時(shí)間內(nèi)的生長(zhǎng)繁殖盡管被抑制，但生長(zhǎng)繁殖仍然可以進(jìn)行，但當(dāng)較高無機(jī)碳濃度持續(xù)時(shí)間在14d以上，厭氧氨氧化細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖能力則會(huì)完全喪失，即使無機(jī)碳濃度降低，厭氧氨氧化細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖能力也無法恢復(fù)[3]。

2.3 溫度對(duì)厭氧氨氮氧化的影響

在維持進(jìn)水NH3-N不變的條件下，在15.00-28.00℃溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的逐漸升高，去除氨氮的速率也逐漸增大，此外，在進(jìn)水的溫度發(fā)生變化時(shí)，反應(yīng)濾池內(nèi)氨氮容積負(fù)荷率也隨著水溫的變化而變化，水溫逐漸升高，容積負(fù)荷率也隨之逐漸升高，反之，水溫逐漸降低，容積負(fù)荷率也隨之逐漸降低。這充分說明，在一定溫度范圍內(nèi)，厭氧氨氧化細(xì)菌對(duì)于溫度的變化非常敏感，溫度升高，厭氧氨氧化細(xì)菌活性增加，溫度降低，厭氧氨氧化細(xì)菌活性降低，可見，低溫環(huán)境對(duì)于厭氧氨氧化反應(yīng)具有抑制作用。鄭平等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，厭氧氨氧化細(xì)菌活性較高的溫度范圍為30℃-40℃，溫度高于40℃或者低于15℃，厭氧氨氧化細(xì)菌的活性就會(huì)顯著降低。本研究結(jié)果與上述研究結(jié)論基本一致，為鄭平等學(xué)者的研究提供了支撐。

2.4 pH對(duì)厭氧氨氮氧化的影響

當(dāng)進(jìn)水pH值介于6.5-7.0之間時(shí)，去除氨氮的速率基本無變化，當(dāng)進(jìn)水pH值逐漸增大至弱堿性時(shí)，去除氨氮的速率逐漸增大，當(dāng)進(jìn)水pH=8時(shí)，去除氨氮的速率達(dá)到峰值，再繼續(xù)增加進(jìn)水pH值至8.5，去除氨氮的速率則顯著降低。這充分說明，厭氧氨氧化反應(yīng)最適合的pH值約在8左右，保持弱堿性環(huán)境，能夠提高厭氧氨氮氧化反應(yīng)的速率。Strous等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，由于厭氧氨氮氧化反應(yīng)是于自養(yǎng)型細(xì)菌的作用下進(jìn)行的，在反應(yīng)進(jìn)行過程中，必須一定的二氧化碳作為碳源才能維持反應(yīng)的進(jìn)行，盡管厭氧氨氮氧化細(xì)菌異化作用對(duì)pH值不會(huì)產(chǎn)生影響，但是自養(yǎng)型細(xì)菌卻能夠固定二氧化碳導(dǎo)致環(huán)境pH略增大，并且在這種弱堿性環(huán)境中活性最大。為此，盡管大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為在厭氧氨氮氧化過程中無需使用酸堿中和劑，但是本研究發(fā)現(xiàn)，保持環(huán)境為弱堿性能夠促進(jìn)厭氧氨氮氧化反應(yīng)的發(fā)生。

3 結(jié)束語

總之，NO2--N、碳、溫度、pH均會(huì)對(duì)氨氮含量較低污水厭氧氨氧化產(chǎn)生一定的影響，為此，在氨氮含量較低污水厭氧氨氧化處理過程中，必須對(duì)這些因素的影響進(jìn)行充分考慮，提高厭氧氨氧化的反應(yīng)速率，進(jìn)而達(dá)到處理氨氮含量較低污水處理的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]付麗霞，吳立波，張怡然，等.低含量氨氮污水厭氧氨氧化影響因素研究[J].水處理技術(shù)，2010，36（4）：50-55.

[2]李亞峰，張文靜，馬晨曦，等.厭氧氨氧化脫氮性能及主要影響因素的試驗(yàn)[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，29，2：333-337.

作者簡(jiǎn)介：龔君玉，漢族，江蘇吳江，本科學(xué)歷，學(xué)習(xí)單位：蘇州科技學(xué)院，研究方向：水污染控制工程。