SBR工艺短程硝化新途径及影响因素研究秦亚敏

科技创新与产业发展〔5〕赵庆良,李湘中.垃圾渗滤液中的氨氮对微生物的抑制作用田.环境科学,1999,20(5):90一92.〔6〕文艳芬,唐建军,周康根.MAP化学沉淀法处理氨氮废水的工艺研究仁J].工业用水与废水,200833一36.汇7]Lixz,ZhaoQL.E戚ieneyofbiologiealteratmentaffeetedbyhighstern多hofammonium一nitrogenandehemiealpereipitationofammonium一nitor罗nasperetramtent[J].ChemosPheer,2001,科(l):3743.〔s二starfutll,SeirmshawMD,晚setrJN,ConditionsInnueneingtherePeipirarionofM卿esiumphosphate.Wate:Res.2001,35(17):4191一4199.39(6):inleaehateAmmonium作者简介杨严(1983一,男,硕士研究生,在读;研究方向:水污染控制理论与技术研究。基金项目:辽宁省教育厅科技攻关项目(20095084)SBR工艺短程硝化新途径及影响因素研究秦亚敏*(沈阳建筑大学市政与环境工程学院沈阳110168)摘要:研究sBR工艺实现短程峭化的控制途径及温度、pH值、Do对试验效果的影响。以城市生活污水为研究对象,采用间歇曝气方式进行短程峭化试验,利用接种法培养驯化亚峭化细菌。试验研究结果表明,经过22d的培养习11化,成功获得了亚稍化细菌,亚峭酸盐的积累率达到9既左右。在温度为25℃,pH为.7s,DolomgL/的条件下,亚稍酸盐积累效果最好,最高积累率可达%%。间歇曝气可以实现短程稍化,合理控制温度、pH值及Do等影响因素可以更好地提高亚峭酸盐的积累效果。关键词:间歇曝气短程稍化影响因素亚峭酸盐积累早在1975年,Votes提出了短程硝化一反硝化脱氮的概念,并引起了国内外学者的重视。短程硝化-反硝化理论不同于传统脱氮原理,其重点在于控制氨氧化,使其停留于Nof阶段,从而形成大量的NO`积累。在温度、pH、溶解氧(Do)等条件合适的情况下,硝化反应是可以顺利进行的,但若要把NH犷的氧化控制在亚硝化阶段却比较困难-l13],NO犷在好氧条件下很容易被硝化细菌氧化为N03一,导致短程硝化失败。研究发现,亚硝化细菌和硝化细菌在生理机制及动力学特征上存在着固有差异,某些影响因素能够对两种细菌产生不同程度的抑制作用14,51。间歇曝气就是利用两种细菌的生理差异,通过合理控制曝气频率实现短程硝化的,反应过程中形成的NO厂具有很强的生物毒性,硝化细菌在其影响下数量急剧减少,氨氧化过程也受到一定的抑制,而当反应器中存在大量的NH+4时,N02一不会进一步氧化,从而导致No丁高效积累。此外,合理控制对硝化细菌和亚硝化细菌产生不同作用的影响因素也可以提高N02一的积累效果,促进短程硝化实现。这些影响因素主要包括温度、pH值、DO和有毒物质网,本试验着重研究间歇曝气条件下温度、pH值及Do对短程硝化的影响情况。一、材料和方法(一)试验装置试验装置如图1所示。试验装置由两个有机玻璃反应器组成,反应器内径1c5m,高15c0m,有效容积为18L,硝化反应采440农业科学与环境保护际际际际际际际灯灯灯灯111.....一___一…………暇暇二欠)))温度控制仪温度控制仪鼓风机流壕肠十曝气头图,试验装t流程图用生物膜法,填料选用组合纤维填料,采用间歇曝气方式,进水、曝气、排水采用自动控制,反硝化反应采用活性污泥法。(二)试验用水及活性污泥试验用水为建筑大学家属区生活污水,并调配一定量的氯化钱和盐酸,试验中进水COD为100-15omgL/,NH犷N为90一110mgL/,No3一N为0.02一o.oom昨,pH控制在7.0一9.0。活性污泥采用辽宁省北部污水处理厂二沉池的回流污泥,污泥浓度为2仪x〕一30(X)m叭。(三)分析方法氨氮:钠氏试剂分光光度法;亚硝态氮:N一(1一蔡基)一乙二胺分光光度法;硝态氮:紫外分光光度法;COD:快速密闭催化消解法;温度:温度控制仪法;DO:溶解氧仪分析法;pH:pH检测仪法。二、结果与讨论(一)间歇曝气条件下短程硝化的实现有效的曝气可以达到良好的硝化效果,而过量曝气会导致硝化细菌大量繁殖,亚硝化细菌数量减少,从而抑制了NO犷积累,而间歇曝气能在一定程度上减弱硝化效果,促进Nof积累。为抑制硝化细菌的活性,采用间歇曝气方式进行短程硝化试验,反应周期为h8,曝气45而可停曝45min,每周期曝气/停曝4次,之后静沉出水。反应前反应器内混合液NH犷浓度为80一loom叭,pH控制在.75一.80,曝气量为.02IJ而n,溶解氧含量为.02一.04m叭,运行一短时间后,得到氨氮去除率和亚硝化率如图2所示。由图2可以看出,随试验运行,N02一开始逐步积累,运行至第d8时,N少去除率达到83%,N03一也在不断积累,但效果不明显。16d时,N脚去除率达到93%,亚硝化率达到%%,亚硝化细菌成为优势菌,这是由于在缺氧环境下,亚硝化细菌的活性受到抑制,氨氧化过程受阻,而一旦恢复曝气,经历长期“饥饿”的亚硝化细菌可以更多地利用氨产能,使亚硝化细菌大量增殖,这个现象与Chen闭的“细胞损伤理论”相吻合,即微生物需要在好氧环境中产生更多的能量来修补在缺氧和底物不足等不利环境下受科技创新与产业发展ǎ享à哥毯邢喊嵘95908580757000000076`J4布、,óǎ享à哥牟深目0l0246810121416系统运行天数(d)图2间歇曝气条件下氨氮去除率和亚硝化率到的损伤,从而促使微生物快速增殖。此外,间歇曝气产生的缺氧环境使NO3一迅速发生反硝化,但由于缺少足够的碳源,反硝化作用只进行到NO`便无法继续,从而促使NO`大量积累,因此,在间歇曝气条件下实现短程硝化时,进水有机物浓度需要控持在较低水平。系统运行稳定后,将曝气频率调整为曝气30而可停曝30min,改变运行条件后,NH’+去除率基本保持不变,亚硝酸盐积累效果显著提高,亚硝化率可达98%,NO3一浓度波动幅度不大。通过分析可知,间歇曝气可以有效地抑制硝化作用,在曝气量和曝气时间一定的条件下,增加曝气频率有助于促进亚硝酸盐的积累。(二)温度对短程硝化的影响温度对微生物的生长有很大的影响,不同微生物最适合的生长温度范围不同。本试验在pH为.75的条件下,对不同温度条件下NO`的积累情况进行检测,两周内连续检测的硝化反应结束时,上清液中N02一、NO3一的浓度如表一所示。表,温度对NOZ~积累的影响温度(℃)]5N0-(zm岁L)2.72N03一(m岁L)ù勺11,`67J长U…,`000890.56亚硝化率507%88.2%90.0%84.0%93.9%2Rn,6门JùIù了Oōf.…ù,ù、à4Rù050522伟j,,à试验研究发现,亚硝化反应的适宜温度是20一35℃,温度低于20℃时,硝化细菌增长速率高于亚硝化细菌;温度高于20℃,硝化细菌的活性受到抑制,亚硝化细菌活性增强;25℃时,亚硝化率达到90%。研究发现18,9],当系统温度高于25℃时,亚硝化细菌处于优势地位,有利于NOf的积累而实现短程硝化。30℃左右时,硝化产生的NO厂部分氧化成N03一,导致Nof含量降低;高于30℃时,N02一积累又会增加,这是由于温度较高时,硝化细菌活性受到抑制,亚硝化细菌活性增强并处于优势地位。可见,在温度较高的条件下,亚硝酸盐有较好的积累效果。而在实际操作中,温度过高不易控制,并且高温容易导致微生物体内蛋白质变性,因此,短程硝化温度一般控制在25℃左右。农业科学与环境保护《三)p日对短程硝化的影响较高的pH环境有利于亚硝化细菌的生长,但是pH过高会导致水中游离氨浓度增大,当超过亚硝化细菌的承受范围时,会阻碍其生长繁殖,从而抑制N02一的积累。本试验在25℃时,考察不同pH条件下亚硝酸盐的积累情况,其随时间变化趋势如图3所示。l8l6PH二6.5ùǔùùl4l2ǎ锰互侧锐韶窿深圈306090120150一周期运行时间180210240(min)图3pH对NO`的积累的影响试验结果表明,低pH条件下NO`积累较少,随pH增加,NO`积累不断增多,pH=.75时,NOZ一积累效果最好,反应器内NOf浓度可达巧.75m留L。pH=8时,NO`积累减少,NO`浓度仅为sm留L左右。研究表明”01,亚硝化细菌是以游离态的氨作为底物,而不是离子氨,pH可以通过影响游离氨的含量影响N02一积累,当pH较低时,水中游离氨浓度极低,大量的氨离子和NO犷促进了硝化反应的进行,减少了N02一积累;反之,水中游离氨浓度提高,硝化作用减弱,N02一浓度增加。当pH大于8时,由于水中游离氨浓度过高,抑制了亚硝化细菌的活性,阻碍了Nof积累。这是由于游离氨对硝化细菌和亚硝化细菌都存在抑制作用,对硝化细菌的抑制浓度为0.1一1.om昨,对亚硝化细菌的抑制浓度为10一1o5m叭。当游离氨浓度介于两者之间时,硝化细菌的活性受到抑制,而亚硝化细菌正常增殖,NO`氧化受阻,从而产生N02一积累。当游离氨浓度高于10m梦L时,亚硝化细菌的活性受到影响,超过巧0m叭时,会严重抑制N02一的形成。《四)00对短程硝化的影响在曝气量较大的条件下,DO对硝化细菌和亚硝化细菌的影响差异不大,而当溶解氧降低时,硝化细菌和亚硝化细菌的增殖速率都会受到不同程度的抑制,由于两类细菌的饱和溶解氧常数不同,因此受抑制程度不同。本试验在温度为25℃、pH为.75时,观察间歇曝气条件下DO对NOf积累的影响,试验结果如图4所示。由图4可以看出,DOl.om妙时亚硝酸盐开始有较好的积累效果;DO=.03m妙时,亚硝酸盐积累量最大,达到.956m叭,硝化反应效果微弱。eBmet等也在试验中发现,DO0.sm叭时,硝化反应出水亚硝酸盐含量在90%以上`,”。随着溶解氧浓度的增大,NOf积累效果逐渐减弱;DO=l.om姚时,N02一浓度降低55%,而硝化反应逐渐增强。这主要是由于亚硝化细菌和硝化细菌对溶解氧的亲和力不同,亚硝化细菌的饱和溶解氧常数为.02一.04m叭,硝化细菌的饱和溶解氧常数为1.2一1.sm眺,利用两类菌对溶解氧的依赖程度不同可以有效地淘汰硝化细菌,富集亚硝化细菌l12]。在低DO条件下,一方面由于亚硝化细443科技创新与产业发展4,``且一.1ǎ锰日à侧裸翻晋圳图ù吕6:,1004,`:00ǎ魁任à侧袋鲁深圳0Lsesese-~-~-一--二一--00.511.522.5DO(mgL/)图400对NO`积累的影响菌对溶解氧和底物利用具有更强的竞争优势;另一方面,氨氧化细菌的增殖速度补偿了由于低溶解氧所造成的代谢活性下降,使氨氧化到Nof的过程没有受到明显影响1131,从而导致N02一大量积累而实现短程硝化。三、结论(l)间歇曝气可以有效地抑制硝化反应进行,在曝气量和曝气条件一定的条件下,合理控制曝气频率,可以很好地实现亚硝酸盐积累。(2)温度高于20℃时,硝化反应受到抑制,亚硝酸盐积累效果明显,超过30℃会导致微生物受热变性,25℃时亚硝化细菌可以很好的发挥活性,有较好的积累效果。(3)pH增大有利于亚硝化细菌增殖,而pH8时,亚硝化细菌的活性因游离氨浓度过大而受抑制.pH二.75时,积累效果最好。#()低DO条件下,亚硝化细菌较硝化细菌表现出更强的活性,DO1.om叭有利于促进亚硝酸盐积累。参考文献[l]ChandarnK.,smetsa.F二Applieab让ityoftwostepmodelsinestimatsngni威eationkinetiesofrmbatehrespiorgramsunderd政rentrelatived”amicsOfammoniaand苗城teoxidiaton.Bioteeh.Bioenign.,2X()4,70(l):54一64[2]aPkrH.D.,No即earD.R二Evaluatingtheeffeeto