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1、短程硝化反硝化工藝的運(yùn)行條件 李星星 、短程硝化反硝化的脫氮機(jī)理及優(yōu)勢(shì) 短程硝化反硝化生物脫氮工藝（ Short Cut Nitrificat ion and Denitrification- -SCND） 可稱(chēng)為亞硝酸型生物脫氮，它是通過(guò)控制特殊的環(huán)境條件抑制硝酸菌的 生長(zhǎng)，使系統(tǒng)中的亞硝酸菌成為優(yōu)勢(shì)菌種，從而將廢水中N H4+-N的氧化控制在 N02-階段，形成N02-的積累，然后反硝化菌直接以N 02--N為最終氫受體進(jìn)行 反硝化脫氮，及經(jīng)過(guò)NH4+-NO2-fN2的途徑完成。 短程硝化反硝化由于節(jié)省了氧化N02—N為N03—N的步驟，所以提高了硝 化反應(yīng)速率，縮短硝化反應(yīng)時(shí)間，

2、減小反應(yīng)池容積，節(jié)省基建投資。可以節(jié)省 25%的供氧量，40%左右的有機(jī)碳源，并且在硝化過(guò)程減少產(chǎn)泥24%?33%，反 硝化過(guò)程中減少產(chǎn)泥50%。 二、短程硝化反硝化運(yùn)行參數(shù)研究 1、 溫度；生物硝化反應(yīng)在4°C?45°C內(nèi)均可進(jìn)行，適宜溫度為20°C?35°C, 一般低于15°C硝化菌受到嚴(yán)重抑制，速率降低。15°C?25 C下活性污泥中亞硝 酸菌活性較硝酸菌差，不會(huì)發(fā)生亞硝酸鹽的積累。溫度超過(guò)25 C時(shí)會(huì)發(fā)生亞硝 酸鹽的積累，且當(dāng)溫度超過(guò)30°C后可獲得更高的亞硝酸鹽積累。升高溫度不僅 能加快亞硝酸菌的生長(zhǎng)速率，還能擴(kuò)大亞硝酸菌和硝酸菌在生長(zhǎng)速率上的距 離。高溫條件下，硝化菌的生長(zhǎng)速度

3、明顯低于亞硝化菌，有利于實(shí)現(xiàn)短程硝 化；但是大多數(shù)城市污水都屬于低溫低氨水，如果將大量的水升溫、保溫在 30?35°C會(huì)增加污水處理成本。故短程硝化反硝化主要用來(lái)處理城市污水二級(jí) 處理系統(tǒng)中污泥消化上清液和垃圾滲濾液等高溫高氨廢水，利用高溫（30°C? 35C ）下亞硝化菌的增殖速率高于硝酸菌的生理特征，通過(guò)控制HRT大于亞硝 酸細(xì)菌的世代時(shí)間并且小于硝酸菌的世代時(shí)間，淘汰硝酸菌，富集亞硝酸菌， 從而穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化生物脫氮。 2、 PH值；當(dāng)pH值較低時(shí)，水中較多的是氨離子和亞硝酸，有利于硝化過(guò) 程，因此無(wú)亞硝酸鹽的積累。當(dāng)pH值較高時(shí)，廢水中游離氨所占比例增加，而 分子態(tài)游離氨氮

4、對(duì)硝化菌的抑制要強(qiáng)于亞硝化菌，故有可能積累亞硝酸鹽；對(duì) 適合于亞硝酸菌生長(zhǎng)的最佳pH值尚無(wú)定論，但普遍認(rèn)為硝酸菌適宜的pH值為 6.0?7.5，而亞硝酸菌適宜的pH值為7.0?8.5。于德爽等在中溫（20-30C ）條 件下，通過(guò)控制進(jìn)水的PH值為7.5-8.8來(lái)實(shí)現(xiàn)亞硝態(tài)氮的積累，且平均亞硝化率 達(dá)到95%以上。 由于硝化過(guò)程消耗的堿度和反硝化過(guò)程產(chǎn)生的堿度是不平衡的，因此整個(gè) 反應(yīng)過(guò)程的堿度是逐漸降低的，要想實(shí)現(xiàn)亞硝態(tài)氮的積累，必須在反應(yīng)過(guò)程中 投加堿性物質(zhì)或者使用高pH值廢水； 3、 DO；亞硝酸菌氧飽和常數(shù)一般為0. 2mg/L?0. 4mg/L，而硝酸菌氧飽和 常數(shù)為1.2mg

5、/L?1.5mg/L，在較低DO環(huán)境中硝酸菌受到嚴(yán)重抑制，亞硝酸菌占 優(yōu)勢(shì)地位，亞硝酸鹽積累率較高；在低DO （v1.0mg/L）時(shí)，亞硝化菌和硝化菌 的增長(zhǎng)速率都會(huì)由于溶解氧的下降而下降，但是硝化菌的下降要比亞硝化菌快 （當(dāng)DO為0.5mg/L時(shí)，亞硝化菌增值速率為正常值的60%，而硝化菌不超過(guò)正 常值的30%），使亞硝化菌成為主體，實(shí)現(xiàn)亞硝態(tài)氮的累積。 Bernet利用生物膜反應(yīng)器進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，在DOv0.5mg/L的條件下可 以實(shí)現(xiàn)短程硝化，出水NO2 —-N的比例在90%以上。Keisuke等的研究結(jié)果也 表明，當(dāng)溶解氧濃度低于0.5mg/L時(shí)，反應(yīng)器中氨氧化菌的亞硝化速率并

6、未受 到影響。同時(shí)應(yīng)該注意的是，低溶解氧雖能實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽的積累，但易引起活 性污泥易發(fā)生解體和絲狀菌膨脹。 4、 污泥齡；由于亞硝酸菌的世代周期比硝酸菌的世代時(shí)間短（相差10倍 以上），因此，若泥齡介于亞硝酸菌和硝酸菌的最小世代時(shí)間之間時(shí)，系統(tǒng)中 硝酸菌會(huì)逐漸被淘汰，使亞硝酸菌成為優(yōu)勢(shì)菌，從而形成亞硝酸型硝化，維持 穩(wěn)定的亞硝酸氮的積累。 當(dāng)污泥齡很長(zhǎng)時(shí)如35d，亦能發(fā)生短程硝化反硝化，此時(shí)硝化菌和反硝化菌 可長(zhǎng)期共存；發(fā)生短程硝化反硝化的原因主要因?yàn)槟帻g太長(zhǎng)所產(chǎn)生的微生物代 謝產(chǎn)物抑制了硝化菌生長(zhǎng)，而非硝化菌的減少。 5、 分子態(tài)游離氨影響（FA）；現(xiàn)有研究表明，對(duì)于氨氧化細(xì)菌來(lái)說(shuō)，F(xiàn)

7、A才 是其真正的底物，而不是NH4+。FA對(duì)硝酸細(xì)菌的抑制濃度為0.1mg/L?1.0mg /L,對(duì)亞硝化細(xì)菌的抑制濃度為10mg/L?150mg/L，較高濃度FA有利于亞硝酸鹽 的積累。 6、 投加抑制劑；①無(wú)機(jī)氮化物；硝酸菌對(duì)游離氨的敏感性要高于亞硝酸 菌，當(dāng)硝化基質(zhì)（FA）濃度超過(guò)硝酸菌的抑制濃度閾值而低于亞硝酸菌的抑制 濃度閾值時(shí)，就會(huì)使反應(yīng)器的亞硝酸菌占優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽的積累。他的試 驗(yàn)結(jié)果顯示，0.6mg/L的游離氨幾乎可以全部抑制硝酸菌的活性，而只有當(dāng)游 離氨濃度大于5mg/L時(shí)才會(huì)對(duì)亞硝酸菌的活性產(chǎn)生影響，達(dá)到40mg/L才會(huì)嚴(yán)重 抑制亞硝酸鹽氮的生成。Nthonisen等

8、研究認(rèn)為游離氨濃度在0.1?1.0mg/L時(shí)就會(huì) 抑制硝化菌活性，而當(dāng)濃度達(dá)到10?150mg/L時(shí)才會(huì)抑制亞硝化菌活性。游離氨 一般控制在5?10mg/L范圍內(nèi)，有利于實(shí)現(xiàn)短程硝化。 當(dāng)廢水中NH3濃度較高、pH值偏于堿性時(shí)，易形成亞硝酸型硝化，在相反 條件下，則形成硝酸型硝化的傾向很大。另外氨氮負(fù)荷過(guò)高時(shí)，在系統(tǒng)進(jìn)行初 期有利于繁殖較快的亞硝酸菌增長(zhǎng)，使亞硝酸產(chǎn)生量大于消耗量而出現(xiàn)積累。 但是硝化菌對(duì)游離氨具有適應(yīng)性，即游離氨濃度對(duì)硝化菌的抑制濃度隨反應(yīng)時(shí) 間變化可以不斷提高，因此由此實(shí)現(xiàn)的短程硝化在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是不穩(wěn)定的。 ② 毒性物質(zhì)；有毒物質(zhì)一般是指酚、氰及重金屬離子等，主要存在于工

9、業(yè) 廢水中，由于硝酸菌對(duì)環(huán)境較為敏感，廢水中的毒性物質(zhì)對(duì)亞硝酸鹽氧化過(guò)程 有明顯的抑制作用。相對(duì)于亞硝酸菌，硝酸菌對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性慢，因而在接觸 有害物質(zhì)的初期會(huì)受到抑制，出現(xiàn)亞硝酸積累。但是毒性物質(zhì)由于對(duì)人體和環(huán) 境的有害性，不適合主動(dòng)投加到水中。 ③ 殺菌類(lèi)物質(zhì)；氯酸鹽和亞氯酸鹽是常見(jiàn)的氧化劑，廣泛應(yīng)用于水處理 中，其滅菌效率高且本身無(wú)毒或低毒。通過(guò)加氯抑制絲狀菌生長(zhǎng)是控制污泥膨 脹的一種常規(guī)方法，在使用這種方法時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生亞硝態(tài)氮的積聚，Cotteux 和Duchene研究了這種現(xiàn)象。他們?cè)谒麄冊(cè)诙脸刂练磻?yīng)池之間設(shè)一個(gè)接觸池， 向其中通氯，每天每kg MLVSS通氯藥劑量為（4.6±

10、0.2）g，結(jié)果在2個(gè)反應(yīng)器（回 流比不同）中硝態(tài)氮質(zhì)量濃度都小于1 mg/L，氨氮的氧化產(chǎn)物以亞硝態(tài)氮的形式 存在。Hynens等發(fā)現(xiàn)，在廢水中加入5mmol/L的氯酸鈉可抑制硝化菌的活性， 而對(duì)亞硝化菌無(wú)影響。但氯酸鹽有時(shí)也會(huì)對(duì)亞硝酸菌產(chǎn)生影響，因此這種方法 需要嚴(yán)格控制抑制劑的用量，否則會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不可恢復(fù)的破壞。 ④ 鹽類(lèi)物質(zhì)；增加水中鹽度對(duì)硝化菌的增殖有明顯的抑制而對(duì)亞硝化菌沒(méi) 有影響； 三、工藝實(shí)例 1、 SHA RON工藝；溫度保持在30°C?40°C之間，pH維持在7.4?8.3之間， DO控制在1.0mg/L?1.5mg/L之間，完全混合反應(yīng)器，泥齡控制在1 d~2.5

11、d之間， 進(jìn)水氨氮濃度高達(dá)1 000mg/L以上； 2、 OLAND工藝；OLAND工藝的技術(shù)關(guān)鍵在于嚴(yán)格控制反應(yīng)器中的DO 濃度。其特點(diǎn)：利用了硝酸細(xì)菌對(duì)氧的親和力小于亞硝酸細(xì)菌的特性，通過(guò)將 反應(yīng)器中的DO濃度控制在較低的水平，使硝酸細(xì)菌被自然淘汰，而亞硝酸細(xì)菌 不斷增殖，由此實(shí)現(xiàn)短程硝化，以提供下一步反應(yīng)所需的亞硝酸鹽；只提供微 量的氧（DO在0.1mg/L?0.8mg/L之間，在大部分情況下低于0.5mg/L），由于缺 氧，亞硝酸細(xì)菌能以亞硝酸鹽為電子受體去氧化氨。由于DO濃度易于控制，因 此操作較為方便。利用該工藝進(jìn)行生物脫氮，可比全程硝化反硝化工藝耗氧減 少63%，并完全免用反硝

12、化所需的有機(jī)物質(zhì)。 3、 通過(guò)曝氣時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)SCND； Turk在1986年研究硝化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng) 反應(yīng)器從缺氧環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚醐h(huán)境時(shí)，亞硝酸鹽的氧化速率落后于氨的氧化速 率，導(dǎo)致亞硝氮明顯的積累。但隨著好氧時(shí)間的延長(zhǎng)，積累的亞硝氮會(huì)完全轉(zhuǎn) 變?yōu)橄跛猁}氮。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，若連續(xù)曝氣使DO保持在2.0mg/L左右，氨被氧化， 亞硝酸鹽和硝酸鹽同時(shí)積累；間歇曝氣（每20mi n曝氣1 Omin）可以使DO濃度在曝 氣期間達(dá)到2mg/L，停止曝氣5min后降至0.01mg/L，在這種運(yùn)行方式下，氨被 氧化，亞硝酸鹽被積累，而硝酸鹽產(chǎn)量很少。這些都說(shuō)明通過(guò)曝氣時(shí)間控制可 以實(shí)現(xiàn)亞硝氮積累。 四、控制缺陷

13、 1、通過(guò)控制溫度的實(shí)現(xiàn)途徑只適合于特定的廢水，即高溫高氨廢水，而大 部分的城市廢水都屬于低溫低氨廢水，尤其是冬季和北方的城市，因此將其保 持在高溫，必然會(huì)增加污水處理成本； 2、控制低溶解氧水平的實(shí)現(xiàn)方式容易發(fā)生污泥解體和絲狀菌膨脹問(wèn)題； 3、 控制pH值的實(shí)現(xiàn)方式需要在反應(yīng)過(guò)程中投加堿性物質(zhì)或使用高pH值 廢水，也會(huì)增加污水處理成本和控制難度； 4、 由于亞硝酸鹽氧化菌對(duì)FA濃度的適應(yīng)性，使得通過(guò)控制游離氨濃度來(lái) 實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽積累的方式不能長(zhǎng)久穩(wěn)定；消毒劑的用量也需要嚴(yán)格控制，否則 會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不可恢復(fù)的破壞； 5、 泥齡是與氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌的增長(zhǎng)速度相關(guān)的，溫度、pH值 等環(huán)境因素的變化都會(huì)引起這兩種菌增長(zhǎng)速度的變化，因此泥齡并不是固定 的，需要根據(jù)具體情況不斷調(diào)整，這也會(huì)增加泥齡控制的難度及工藝的穩(wěn)定 性；