影响生物脱氮的因素

一、概述通过对北京市一些污水处理厂的实地考察发现，部分污水处理厂在具有良好脱氮除磷效果时，其生物池内的污泥浓度都相对较高。例如：酒仙桥污水处理厂氧化沟工艺、清河污水处理厂的倒置A2/O工艺等，尤其酒仙桥污水处理厂MLSS一度达到了6000～7000mg/L，约为设计值的两倍，在其二沉池出水SS指标正常情况下，其TP1mg/LTN10mg/L。一般的脱氮除磷理论极少有介绍污泥浓度与脱氮除磷之间的直接关系问题，但从微生物量与去除有机物、N、P的速率以及DO之间的关系等方面分析，可以初步解释在具有脱氮除磷功能的工艺中控制相对较高的污泥浓度对脱氮除磷是有利的。二、脱氮除磷的控制因素普遍观点认为任何理想的脱氮除磷工艺应控制以下几个关键点：a.泥龄控制应大于硝化菌、聚磷菌所需的最小泥龄。b.回流至厌氧区的回流污泥尽可能少的携带氧包括：分子氧、离子氧（NO3-N）。c.回流至缺氧段反硝化的混合液尽可能少的携带分子氧。d.进水碳源应满足厌氧池有效释磷、缺氧池反硝化。e.各生物处理功能单元应满足在正常污泥浓度下各自所需的反应时间。三、污泥浓度与脱氮关系生物脱氮过程中，硝化作用的程度往往是生物脱氮的前提，其控制相对比较简单；反硝化作用是生物脱氮的关键，其受诸多因素影响较大，同时反硝化效果也很大程度上影响系统除磷。1、污泥浓度对硝化影响影响硝化反应的环境因素有很多包括：PH、温度、SRT、DO、BOD/TKN、污泥浓度、有毒物质等。实际污水处理厂在工艺的运行中只能对SRT、DO、BOD/TKN、污泥浓度等参数进行控制。a.在好氧硝化过程中较高的污泥浓度其硝化细菌的浓度相对较高，因此好氧硝化反应的速率在高污泥浓度条件下较高。b.一定污泥泥龄是保证生物污泥中的硝化细菌存在的条件，同时创造良好的硝化细菌生存条件更能提高其在微生物菌群中所占比例，从而提高硝化细菌浓度。高污泥浓度下在厌氧阶段会有更多的BOD被消耗，进入好氧阶段其BOD/TKN也就相对更低些。一些研究表明活性污泥中硝化细菌所占的比例，与BOD/TKN呈反比关系。由于硝化菌是一类自养菌，有机基质的浓度并不是它的生长限制因素，但若有机基质浓度过高，会使生长速率较高的异氧菌迅速繁衍，争夺溶解氧，从而使自养菌的生长缓慢且好氧的硝化菌得不到优势，结果降低硝化速率。c.DO值一般是污水处理厂硝化阶段的重要重要指标，一般情况下DO值在2mg/L以上。在大多数氧化沟工艺中其沟内平均DO值都很难达到2mg/L，一般维持在1mg/L或更低水平，但其硝化效果仍然良好，分析原因为氧化沟特有的相对较高污泥浓度虽然其沟内DO值较低，但其它有利于硝化的因素增强。污泥浓度增高，也就增大生物处理池的的有效容积，同时降低了负荷等。从另一角度分析提高污泥浓度其微生物好氧量也相应增加，在同等曝气量条件下，溶解氧仪显现出来的数值也应该较低。以上几点说明提高污泥浓度，生物池中的DO值可适当降低，硝化效果仍可维持良好水平。d.为保证活性污泥中硝化细菌的正常生长繁殖，泥龄一般应控制在8天以上。但为了使硝化细菌与其它异氧细菌有相对平衡的生存竞争力，应在污泥不发生严重老化前提下提高泥龄，相应也就是增大生物系统的污泥浓度。2、污泥浓度对反硝化影响生物反硝化作用即为在缺氧条件下反硝化细菌利用硝酸盐中的离子氧分解有机物的过程，硝酸盐即被还原为N2，完成脱氮过程。反硝化过程中的反硝化细菌是大量存在于污水处理系统中的异氧型兼性细菌，在有氧存在条件下，反硝化细菌利用氧进行呼吸、氧化分解有机物。在无分子氧的条件下，同时存在硝酸和亚硝酸离子时，它们能用这些离子中的氧进行呼吸，使有机质氧化分解。反硝化细菌能够利用各种各样的有机基质作为反硝化过程中的电子供体，其中包括：碳水化合物、有机酸类、醇类以及甚至像烷烃类、苯酸盐类和其它的苯衍生物这些化合物，它们往往是废水的主要组分。影响反硝化速率的因素较多，包括PH值、温度、DO、碳氮比、污泥浓度等，实际污水处理厂在工艺的运行中只能对DO、污泥浓度等参数进行控制。碳氮比虽然是反硝化反应中最重要的影响因素但其和来水水质有很大关系一般实际运行中很难控制。a.反硝化反应过程中要求在无分子氧存在的条件下反硝化细菌才能利用硝酸盐及亚硝酸盐中的离子氧分解有机物。之前提到，高污泥浓度的生物系统在硝化过程中可适当降低溶解氧值，同时保持硝化效果，因此使硝化末端降低溶解氧可以有效的减少硝酸盐回流液中所携带的溶解氧含量，降低分子氧在缺氧区对反硝化进程的影响，提高反硝化菌利用碳源的反硝化能力。同时高污泥浓度自身内源代谢好氧量也相对较强，可以进一步消耗回流及缺氧段中的溶解氧。再有非常高的污泥浓度会改变混合液的粘滞性，增大扩散阻力，从而也使回流携带的溶解氧降低，在一些使用明渠作为回流通道的处理工艺中可以减小回流跌落的充氧量。总之高污浓度对于降低实际工艺运行中反硝化阶段的DO值有较大作用。b.由于反硝化细菌是异氧型兼性细菌在污水处理系统大量存在，提高系统中的污泥浓度可有效的提高反硝化细菌的浓度。反硝化反应速度与硝酸盐亚硝酸盐浓度基本无关，而与反硝化细菌的浓度呈一级反应。因此在实际工艺运行中高污泥浓度可以缩短反硝化的时间减小缺氧段的有效容积。在缺氧段有效容积一定的件下，高污泥浓度的反硝化反应可以更好的利用有机基质中相对较难降解的有机物作为碳源进行反硝化反应。这一点对于脱氮除磷工艺，尤其C源不足的情况尤为重要。c.高污泥浓度其微生物菌胶团直径相对较大，在硝化反应过程中受溶解氧低的影响，氧的压力梯度较小，菌胶团内部容易形成缺氧环境从而发生反硝化反应。所以高污泥浓度可以促进同程反硝化。四、污泥浓度与生物除磷生物除磷的关键点是提高聚磷菌在活性污泥系统中所占比例，同时在系统运行过程中大量增长繁殖，在排出系统时聚磷菌体内含磷量维持在一个较高水平。为了提高系统中聚磷菌所占活性污泥的比例就要为聚磷菌营造更优越的适合其生长繁殖的环境及水力条件，即工艺流程上有良好的厌氧、好氧环境，厌氧区的环境因素控制对聚磷菌的生长繁殖，以及除磷功能的实现尤为重要。厌氧区的高污泥浓度对于聚磷菌更为有利。a.高污泥浓度在厌氧区其聚磷菌浓度也相应较高，释磷的微生物量增多，后续好氧吸磷微生物量也就会相应增加，增大了系统整体的除磷作用。b.厌氧区聚磷菌吸收VFA释磷，同时厌氧区在高污泥浓度的条件下可作为系统的厌氧酸化段，对水中的高分子难降解有机物起到厌氧水解作用，聚磷菌释磷过程中释放的能量，可供聚磷菌主动吸收乙酸、H+、等使之形成PHB形式贮存在菌体内，从而促进有机物的酸化过程，提高污水的可生化性增大后续处理过程中的反硝化反应所用碳源。五、结束总之在脱氮除磷的污水处理工艺中在处理设施充足情况下应适当提高生物池内的污泥浓度，增强系统脱氮除磷能力。a.高污泥浓度可提高处理工艺各单元的的反应速率，减小所需的反应时间。b.高污泥浓度其菌胶团直径相对较高，其菌胶团内更容易形成缺氧反硝化，可能会发生同程反硝化。c.高污泥浓度可有效降低回流中溶解氧含量，提高厌氧有效释磷、反硝化脱氮的有机物利用率。d.高污泥浓度其相应具有较高的泥龄，生物系统内的优势菌种一般不受泥龄限制。因此在脱氮除磷工艺中各类主要功能细菌在适应脱氮除磷环境时形成优势菌种。e.高污泥浓度在厌氧阶段的水解酸化作用，有利于后续反硝化作用时有机物的更好吸收利用。当然高污泥浓度对污水处理厂也同样存在不利的影响因素，如曝气时扩散阻力增大，供氧的利用率下降；增大了二沉池的污泥负荷。同时在生物脱氮除磷过程中排泥是除磷的必需过程，排泥量的多少很大程度上影响系统的除磷效果，因此在污水厂运行时，应保证每天一定量排泥除磷的前提下，采用高污泥浓度运行。参考文献[1]李军，杨秀山彭永臻.微生物与水处理工程.化学工业出版社2002.[2]张自杰，林荣忱金儒霖，排水工程中国建筑工业出版社2003。(1)溶解氧(DO)硝化反应，DO浓度一般应在2.0mg/L以上，最低极限是0.5～0.7mg/L。而对于反硝化，反硝化菌是异养型兼性厌氧菌，需要缺氧的环境，DO一般在0.5mg/L以下。(2)温度硝化反应的温度范围为5～40℃，适宜温度为20～30℃，反硝化的适宜温度为20～40℃，低于15℃，硝化反硝化速率极低。(3)有机碳硝化菌是自养型，其生存率远小于氧化有机物的异养菌，当好氧池中有机物浓度较高时，硝化菌为劣势菌种，当BOD5小于20mg/L，硝化反应才不受影响。而反硝化则需要充足碳源为能源，否则反硝化不彻底。(4)pH值亚硝酸菌最适pH值为8.0～8.4，硝酸菌的最适pH值为6.5～7.5，反硝化最适宜的pH值为6.5～7.5。当pH低于6.0或高于9.6，硝化反硝化将受到影响，甚至反应将停止。(5)泥龄(SRT)硝化菌属于自养菌，生长缓慢，世代时间较长。要保持硝化菌群在活性污泥系统中的比例，就必须保证SRT大于最短的世代时间。一般SRT应大于10d。(6)有毒有害物质许多物质对硝化菌有毒害作用，如某些重金属、复合阴离子和有机化合物等，会干扰细胞的新陈代谢，破坏细菌最初的氧化能力。另外，过高的氨氮浓度对硝化反应会产生基质抑制作用。