生活污水生物脫氮技術(shù)影響因素研究

吳新年 郭家磊 郭倩倩 王杰

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展及人口的增長，生活污水對環(huán)境的破壞越來越嚴(yán)重。氮元素的去除是生活污水污水處理中的關(guān)鍵技術(shù)。本文介紹了部分環(huán)境因素對生活污水生物脫氮技術(shù)的影響，主要有溫度，溶解氧，pH，游離態(tài)氨和游離態(tài)亞硝酸濃度等。

Abstract： With the rapid development of China's economy and population growth， domestic sewage damage to the environment is becoming more and more serious. Nitrogen removal is a key technology in sewage treatment. This paper introduces the influence of some environmental factors on biological denitrification technology of domestic sewage， including temperature， dissolved oxygen， pH， free ammonia and free nitrite concentration.

關(guān)鍵詞：生物脫氮;溫度;溶解氧;pH;游離態(tài)氨;游離態(tài)亞硝酸

Key words： biological denitrification;temperature;dissolved oxygen;pH;free ammonia;free nitrite concentration

中圖分類號：X703.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）11-0215-02

0? 引言

氨氮廢水在未經(jīng)處理或處理未達(dá)標(biāo)排放進(jìn)入水體以后導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致水體中藍(lán)藻等浮游生物的大量繁殖，導(dǎo)致水體水質(zhì)惡化，水體生態(tài)環(huán)境失衡。氨氮進(jìn)入水體以后在水體中溶解氧充足的情況下，氨氧化細(xì)菌能夠利用水體中的溶解氧將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，如硝酸根和亞硝酸根，其中亞硝酸根對人體具有致癌作用。

傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)主要包括好氧硝化和厭氧反硝化兩個過程。硝化過程是由硝化細(xì)菌在好氧條件下通過氨化細(xì)菌將氨氮氧化成亞硝態(tài)氮，然后又亞硝化細(xì)菌將亞硝態(tài)氮氧化成硝態(tài)氮。氨化細(xì)菌及亞硝化細(xì)菌均屬于自養(yǎng)型細(xì)菌。反硝化過程是反硝化細(xì)菌在缺氧條件下通過還原反應(yīng)將水體中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾倪^程，大多數(shù)反硝化菌屬于兼性厭氧菌，即在無分子態(tài)氧存在的環(huán)境下利用有機(jī)物作為碳源和電子供體選擇硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮作為電子受體實(shí)現(xiàn)硝態(tài)氮的最終還原[1][2]。

近年來各國學(xué)者對生物脫氮技術(shù)不斷深化研究，發(fā)現(xiàn)硝化過程中不僅有自養(yǎng)細(xì)菌的參與，而且異養(yǎng)細(xì)菌也能參與硝化過程;好氧條件下某些微生物在也能夠進(jìn)行反硝化作用;尤其是發(fā)現(xiàn)了氨、亞硝酸鹽及硝酸鹽在缺氧條件下同時被轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾倪^程[3]。

微生物的新陳代謝及生長繁殖受到環(huán)境因素的影響。溫度、溶解氧、pH、有毒物質(zhì)、負(fù)荷及游離氨等都對氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌及反硝化細(xì)菌具有一定的影響。

1? 影響因素

1.1 溫度? 溫度對硝化與反硝化過程具有重要的影響。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)境溫度溫度為25℃時，氨氧化的速率是15℃時的1.5倍[4]，但是亞硝酸鹽的積累率卻從90%升高到95%。同時研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度在20～35℃時，氨氧化所需的活化能較低，而環(huán)境溫度在5～20℃時較高。有研究表明，在SBR短程硝化系統(tǒng)處理高氨氮廢水過程中，當(dāng)環(huán)境溫度升高時，能夠促進(jìn)短程硝化，環(huán)境溫度為30℃時，其穩(wěn)定性能較好，氨氮和亞硝態(tài)氮的積累率達(dá)到最大[5]。

1.2 溶解氧? 有研究表明，氨氧化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌的氧飽和常數(shù)分別為0.2～0.4mg/L和1.2～1.5mg/L，表明氨氧化細(xì)菌氧消耗速率及氧親和性均高于亞硝化細(xì)菌[6]。當(dāng)水體中溶解氧較低時，亞硝化細(xì)菌對溶解氧競爭力低于氨氧化細(xì)菌，因此當(dāng)溶解氧較低時亞硝化細(xì)菌的活性受到抑制。當(dāng)溶解氧濃度低于1.5mg/L時，氨氧化細(xì)菌的氧化速率降低，亞硝態(tài)氮的積累率降低，因此在處理高氨氮廢水時，為了使氨氮得到充分降解，有必要為微生物提供充足的氧氣[7]。Ruiz等[8]學(xué)者配制高氨氮廢水，研究溶解氧對其硝化的影響。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)溶解氧濃度降低時，亞硝態(tài)氮慢慢積累，當(dāng)溶解氧濃度為0.7mg/L時，亞硝態(tài)氮的積累率為65%，達(dá)到最大值，亞硝態(tài)氮積累的過程，即溶解氧降低的過程對氨氮的去除沒有影響。然而當(dāng)溶解氧減低到一定濃度時，氨氮去除率降低，停止曝氣后，出水中能夠檢測到氨氮。

1.3 有機(jī)碳源? 作為異養(yǎng)型兼性厭氧菌，需要在反硝化過程中為反硝化菌提供充足的有機(jī)碳源，保證反硝化反應(yīng)過程的進(jìn)行。有機(jī)碳源通常包括廢水中自身含有的有機(jī)物，另外也包括由外部添加的甲醇、乙醇、葡萄糖等碳源作為有機(jī)碳源。并且外部碳源往往與廢水中含有的有機(jī)物碳源在進(jìn)行反硝化反應(yīng)時產(chǎn)生的效率不同，分子量越小的有機(jī)物，往往會表現(xiàn)出較好的反硝化適用性。同時在添加外部有機(jī)碳源時，往往還要考慮碳源的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，方便有機(jī)碳源的投加。并且當(dāng)BOD/TN大于3時，往往就會表現(xiàn)出碳源充足，不需額外投加。

1.4 pH值? pH對硝化過程的影響比較明顯，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：第一：氨化細(xì)菌的生長環(huán)境要求具有合適的pH值;第二：游離氨和游離亞硝酸在水體中的濃度受到pH的影響。當(dāng)游離氨和游離亞硝酸的濃度過高達(dá)到一定值的時候其能夠?qū)Π毖趸?xì)菌和亞硝化細(xì)菌的活性產(chǎn)生抑制作用，從而對硝化反應(yīng)速率產(chǎn)生影響;當(dāng)游離氨濃度低于某個值時，亞硝化細(xì)菌的活性不受到抑制，導(dǎo)致硝化出水中的硝酸鹽的濃度升高。因此pH是影響硝化過程的最主要的影響因素之一，但是要找到合適的pH值也并非易事。有學(xué)者在一定溫度（28±1℃）條件下，研究了pH（7.8～8.7條件下）對短程硝化的影響，從而成功研制出一種新型的短程硝化生物脫氮系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溶液中游離氨的濃度在0.52～4.72mg/L之間時，亞硝化細(xì)菌的活性受到抑制，因此當(dāng)系統(tǒng)中pH和游離氨濃度較高時亞硝化細(xì)菌的活性受到抑制，能夠較好地實(shí)現(xiàn)短程的硝化和反硝化生物脫氮技術(shù)[9]。

1.5 有毒有害物質(zhì)? 廢水中的有毒有害物質(zhì)可以對廢水生物脫氮造成一定影響，包括對硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用的重金屬以及高濃度氨氮、硝氮絡(luò)合陽離子、某些高分子有機(jī)物和一些含N和S元素如氰化物和苯胺等的物質(zhì)，這些有毒有害物質(zhì)一方面干擾細(xì)胞的新陳代謝，另外破壞細(xì)菌初始的氧化能力，尤其是對亞硝酸菌的影響尤其強(qiáng)烈。

1.6 FA（游離態(tài)氨）和FNA（游離態(tài)亞硝酸）? 有研究發(fā)現(xiàn)氨氮和亞硝態(tài)氮濃度較高時，亞硝化細(xì)菌的活性受到抑制。然而Van等發(fā)現(xiàn)游離態(tài)氨及游離態(tài)亞硝酸亦能夠抑制亞硝化細(xì)菌的活性[10]。

游離態(tài)亞硝酸的濃度為0.4mg/L和0.02mg/L時，分別對氨氧化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌產(chǎn)生抑制作用，因此游離態(tài)亞硝酸更容易對亞硝化細(xì)菌產(chǎn)生抑制作用。游離態(tài)亞硝酸不僅能夠多微生物的活性和生長速率產(chǎn)生影響，而且能夠影響無水中微生物的種群結(jié)構(gòu)。游離態(tài)氨的濃度為0.1～1.0 mg/L和10～150mg/L時，分別對亞硝化細(xì)菌和氨氧化細(xì)菌產(chǎn)生抑制作用，當(dāng)游離態(tài)氨為6mg/L時，亞硝化細(xì)菌的生長完全被抑制，當(dāng)游離態(tài)氨濃度一定時，相對于亞硝化細(xì)菌，氨氧化細(xì)菌能夠更好地生長。游離態(tài)氨對亞硝化細(xì)菌的抑制作用使可逆的，當(dāng)這種作用消失以后，亞硝化細(xì)菌能夠逐漸恢復(fù)，且當(dāng)亞硝化細(xì)菌長期生長在較高的游離態(tài)氨的環(huán)境中時，其能夠適應(yīng)這種環(huán)境，活性能夠慢慢得到恢復(fù)。

2? 結(jié)束語

隨著生活水平的提高，生活污水處理越來越受到人們重視，廢水中氮元素進(jìn)入水體后對水體導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，破壞水體中微生物群落及生態(tài)結(jié)構(gòu)。

環(huán)境因素對污水中氮元素的去除具有重要影響。適宜的溫度能夠使脫碳過程達(dá)到較好的穩(wěn)定性，促進(jìn)氨氮和亞硝態(tài)氮的積累;高氨氮廢水的處理過程中充足的氧氣能夠保證氨氮的充分降解;生物脫氮過程中pH的變化對游離氨及游離亞硝酸的濃度產(chǎn)生影響，進(jìn)而對氨氧化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌的活性產(chǎn)生影響;游離態(tài)氨及游離態(tài)亞硝酸對微生物的活性及生長速率具有一定的影響，同時能夠影響微生物的群落結(jié)構(gòu)。

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