低溶氧短程硝化反硝化在污水处理工艺中的应用

低溶氧短程硝化、反硝化在污水处理工艺中的应用【摘要】本文阐述了传统硝化反硝化脱氮过程，并介绍了短程硝化反硝化生物脱氮机理及过程实现的工艺控制措施，就短程硝化反硝化脱氮的在污水处理中的实际应用进行了阐述，希望能够对该项应用的探索与研究形成推广和借鉴。【关键词】短程硝化反硝化；生物脱氮传统的生物脱氮技术认为要完全去除水中的氨态氮就必须要经过完整的硝化与反硝化过程。而大量研究表明，好氧硝化菌和兼性厌氧反硝化菌是可以在同一个反应器里共同起作用的。因为在整体和每一单元填料表面所附着的生物膜上都存在基质和溶解氧的浓度梯度分布，这就为各种生态类型的微生物在生物膜内不同部位占据优势生态位提供了条件。而且短程硝化反硝化脱氮比传统的脱氮技术具有更多的优点。1传统硝化反硝化脱氮机理1.1硝化反应包括两个步骤：第一步为亚硝化过程，是将NH4+氧化成NO2-；第二步为硝化过程，由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为NO3-，亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，都利用无机碳化合物如CO32-、HCO3-和CO2作为碳源，从NH3、NH4+或NO2-的氧化反应中获取能量。当硝酸菌受到抑制的时候，将会出现NO2-的积累。很显然，在传统的硝化-反硝化脱氮过程中，在反硝化菌的作用下，反硝化过程既可从硝酸盐开始，也可以从亚硝酸盐开始。但由NO2-转化为NO3-，然后由NO3-再转化为NO2-的重复转化过程中，要消耗更多的溶解氧和有机碳源。1.2反硝化反应主要过程是在缺氧的条件下，将硝化过程中产生的亚硝酸盐和硝酸盐还原成气态氮。反硝化过程中亚硝酸盐和硝酸盐的转化是通过反硝化细菌的同化作用和异化作用来完成的。异化作用就是将NO2-和NO3-还原为NO、N2O、N2等气体物质，主要是N2。而同化作用是反硝化菌将NO2-和NO3-还原成为NH3-N，供新细胞合成使用。2短程硝化反硝化机理短程硝化反硝化生物脱氮也可称为亚硝酸型生物脱氮，它是通过控制特殊的环境条件抑制硝酸菌的生长，使系统中的亚硝酸菌成为优势菌种，形成NO2-的积累，阻止亚硝酸的进一步硝化，然后直接进行反硝化，形成NH4+→NO2-→N2的脱氮过程。其中反硝化菌直接以NO2--N为最终受氢体进行反硝化脱氮的过程。3短程硝化反硝化过程实现的控制因素3.1温度生物硝化反应在4～45℃内均可进行，适宜温度为20～35℃，一般低于15℃硝化速率降低，并且低温对硝化产物及两类硝化菌活性影响也不同。12～14℃下活性污泥中硝酸菌活性受到严重抑制，出现亚硝酸积累。15～30℃范围内，硝化过程中形成的亚硝酸可完全被氧化成硝酸。温度超过30℃后又会出现HNO2积累。3.2DO浓度亚硝酸菌和硝酸菌均是严格好氧菌，在生物膜和活性污泥反应器中当膜的厚度和活性污泥的尺度较大时，形成氧扩散梯度。因此，在活性污泥法和生物硝化系统中，尽管混合液中的溶解氧浓度可能较高，但絮体或生物膜内部溶解氧的浓度由于扩散受阻，可能已达到限制其增长和硝化浓度。因此，在实际的硝化系统中，需要维持的溶解氧浓度应由反应器内形成的絮体大小、生物膜的厚度以及相应的混合强度来决定。絮体越大或生物膜越厚，混合强度越小，则扩散能力越差，相应的混合液所需维持的溶解氧浓度就必须越高，否则硝化过程将受到抑制。在通常情况下，多数研究者建议，在活性污泥法中要维持正常的硝化效果，一般至少应使DO在0.5mg/l以上，否则硝化作用会受到抑制。3.3ph值随着硝化的进行，硝化过程产生的酸使废水pH不断降低。亚硝酸菌要求的最适pH在7.0～8.5之间，硝酸菌为6.0～7.5。反应器中pH低于7，则整个硝化反应会受到抑制。PH升高到8以上，则HNO2浓度升高，硝化产物中亚硝酸比例增加，出现HNO2积累。3.4游离氨游离氨对硝酸菌和亚硝酸菌的抑制浓度分别0.1mg/l～1.0mg/l和10mg/l～150mg/l。当游离氨的浓度介于两者之间时，亚硝酸菌能够正常增殖和氧化，硝酸菌被抑制，发生亚硝酸的积累。3.5有毒物质有毒物质一般是指酚、氰及重金属离子等，主要存在于工业废水中，由于硝酸菌对环境较为敏感，废水中的毒性物质对亚硝酸盐氧化过程有明显的抑制作用。相对于亚硝酸菌，硝酸菌对环境的适应性慢，因而在接触有害物质的初期会受到抑制，出现亚硝酸积累。但是毒性物质由于对人体和环境的有害性，不适合投加到水中。3.6泥龄亚硝酸菌的世代周期比硝酸菌的世代周期短，因此可以通过缩短水力停留时间，使泥龄介于亚硝酸菌和硝酸菌的最小停留时间之间，系统中硝酸菌就会逐渐被冲洗掉，亚硝酸菌成为系统优势菌，从而形成亚硝酸型硝化。4短程硝化反硝化在污水处理厂中的应用石嘴山市第一污水处理厂通过调试、研究、运行，成功实现了低溶氧短程硝化、反硝化在倒置A2O工艺中的应用。污水处理厂采用短程硝化、反硝化生物脱氮技术，将氨氮氧化控制在亚硝酸盐氮阶段，阻止亚硝酸盐氮进一步氧化生成硝酸盐氮，此处理过程将大大缩短硝化反硝化时间，同时亚硝酸菌氧饱和常数为0.2-0.4mg/L，通过长期维持较低浓度溶解氧，不但降低了能耗，还能有效、稳定的获得亚硝酸盐的积累，从而来实现良好的短程硝化效果，为脱氮奠定了良好的基础。好氧段溶解氧控制在0.5mg/l以下，罗茨鼓风机频率控制在40-45Hz之间，平均为43Hz，功率为113kw。短程硝化反硝化脱氮技术与传统生物脱氮相比，工艺操作、反应器构造、运行费用等都具有很大的优越性。并且有降低能耗、节省碳源、污泥产量少等特点，且对于含氨较高和碳源不足的废水具有很大的应用价值。石嘴山市第一污水厂短程硝化反硝化工艺的正常运行对减少该市水污染及提升该市节能减排水平发挥了积极作用。参考文献[1]伊学农，宋桃莉，周伟博.污水处理厂技术与工艺管理（第二版）[M].化学工业出版社，2015.1[2]陈?B.城镇污水处理及再生利用工艺分析与评价[M].中国建筑工业出版社，2012.3[3]杨淑萍.污水处理厂运行温度对污水处理效果的影响[J].现代农业科技，2012年10期[4]马瑞菊.新型污水处理设施与传统污水处理设施在工程中的应用比较[J].城市建设理论研究，2012年11期作者简介：王春育（1977.02-），女，汉族，本科，宁夏石嘴山市大武口人，给排水工程师，研究方向：城市给排水管道设计与施工管理和污水工艺研究。