浅谈废水生物法脱氮短程硝化进程

污水总氮值主要采用生物法脱氮，德国专家小组创造性地提出了短程硝化反硝化技术，并在国内有一定程度的推广应用。本发明可缩短金属废水废渣回收中细菌的生长，缩短反应时间，也可缩短反应面积，降低硝化加气次数及反硝化有机物用量，降低操作成本。

一.短程硝化机制。

污水生物脱氮，通常通过硝化和反硝化两个过程来完成，硝化过程可分为氨氧化和亚硝酸盐氧化。两者分别由氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)单独完成。首先，在AOB的作用下，氨氮NH4+-N被氧化成亚硝态氮；下阶段则是在NO2SON的作用下，在NO2SO2SON氧化成硝态氮。因为硝化反应是两种具有不同生理特征的细菌独立催化反应，因此需要通过适当的控制条件来实现，可在NO2--N阶段控制硝化反应，防止NO2SON的进一步氧化，然后直接脱硝，因此，短程硝化反硝化的机理是如此。

二.短程硝化的优点。

1.由于硝化反硝化速度快，反应时间短。

2.由于氨氧化细菌(AOB)的生长周期小于亚硝酸盐氧化菌(NOB)，因此污泥龄短，反应器中的微生物浓度增加。

3.硝化反应器的体积可降低百分之8，反硝化反应器的体积可减少百分之33，从而节约建筑成本。

4.硝化工艺可节省约百分之25的氧气供应，而反硝化过程可节省约百分之40的附加碳源(以甲醇计)，因此可以节约运行费用。

5.硝化工艺产泥量减少百分之24一百分之33，反硝化工艺可使产泥量减少百分之50，从而显著降低污泥的处理和处置成本。

三、短程硝化工艺的影响因素研究

微生物脱氮剂的硝化过程是通过AOB和NOB共同完成的，AOB的真基质是水溶液中的游离氨，而NOB的真基质是在水溶液中的游离亚硝酸，AOB和NOB的生长也受温度.pH.DO抑止物等因子的影响。

1.温度。

温度为4~45℃时，可同时进行氨氧化菌和硝化菌。当温度为12~14℃时，这一温度会严重抑止活性污泥中硝化菌的活动，并产生NHO2-积累；15~30℃时，硝化过程产生NO2-完全氧化为NO3-；超过30℃时，硝化过程中产生NO2-完全氧化。高低温条件下，细菌可以很好地积累亚硝酸盐。

试验证明，低温也可以实现短程硝化。当温度较低时，亚硝酸盐氧化菌对氨氮的利用率高于硝化细菌利用NO2-N的能力，导致NO_2—积累。因此，短程硝化反应器需要在高温季节启动，缓慢冷却，使AOB逐渐适应低温环境，确保氨氧化效果，在适当条件下实现短程硝化，同时通过实时控制稳定和优化污泥种群结构，从而保持低温条件下的短程硝化。要解决实际应用低温的问题，还需寻找一种适合于北方低温的氨氧化菌。

2.DO浓度。

通过控制短程硝化DO，是将该技术应用到实际生产中比较理想的方法。由于控制好曝气量、曝气频率和曝气方式等因素，可以较好地实现短程硝化，成为今后实际工程的控制参数。

当DO浓度低于0.5mg/L时，生物膜反应器可使水中亚硝酸氮含量达到百分之90以上。

通过间歇曝气、阶段曝气等方法，改变曝气方式和曝气频率也可以实现短程硝化。共同之处在于，反应器内DO值随周期上升而呈周期性下降趋势，表明反应器在一段时间内处于无氧状态。

DO浓度是影响AOB和NOB生长的主要因素之一，而AOB和NOB的氧饱和系数分别为0.3和1.1mg/L。结果表明，AOB的亲合作用比NOB强，而NOB活性在低DO浓度时明显降低，导致AOB生长率高于NOB；尽管较低的DO浓度会降低微生物的代谢活性，但是，硝化过程中氨氧化作用不受明显影响，导致NO_2―N大量累积。

3.影响FA和FNA。

试验表明，FA对NOB和AOB的抑止浓度分别为0.1~1.1mg/L和10~15mg/L。但近期的研究发现，当FA浓度达到6mg/L时，可以完全抑止NOB的生长；FNA对NOB生长的完全抑止浓度为0.02mg/L,0.4mg/L。通过FA和FNA的选择抑止作用，可使NOB被抑止，AOB不受抑止，从而将硝化控制在亚硝化阶段；NOB对FA的抑止有较好的适应性，长时间运转时，反应器长时间运转的短程硝化会被破坏。国内外有关研究人员提出用FA和FNA来实现稳定的短程硝化工艺，也就是，在反应器启动初期，利用废水中较高的FA浓度来抑止NOB后，由于NO2―N大量累积，pH值越低，FNA浓度越高，在此基础上，利用反应器前期高浓度FA与后期高浓度FNA可以共同维持短程硝化过程。

4.酸碱度。

因为硝酸菌和亚硝酸菌适合生长的pH范围不同，可以通过控制pH值来实现短程硝化。在7.0~8.5范围内，亚硝酸菌适宜PH值为6.0~7.5，硝酸菌适宜。如果pH值在7.5~8.5之间，就能很好地抑止硝酸菌，实现亚硝酸积累。

PH值虽在实际中易于控制，但也有其不足之处。其不足之处是需要对PH进行实时监测，并与之配套的药剂自动加注设备和搅拌设备，而且药费还增加了反应器运行费用，这些在一定程度上抵消了短程硝化本身的优点。

5.SRT。

控制SRT不能实现亚硝酸的积聚，而SRT则是反应器中短程硝化稳定运行的重要控制参数。含泥量控制过低，会造成硝酸细菌和亚硝酸菌流失，使反应器处理能力下降；泥龄过高会增加硝酸菌数量，在低负荷时易发生全过程硝化。合理的SRT值是实现短程硝化过程稳定的关键参数。

6.抑止剂。

应抑止硝化反应的物质包括：质量浓度过高的氨气、重金属、有毒有害物质和有机物。金属元素对硝化反应如AgHg.Cr.Zn等均表现出强烈的抑止作用；在pH由高到低时，毒性由弱变强.重金属如Ag.Hg.Cr.Zn等重金属对硝化反应的抑止程度不同。由于催化硝化反应的酶含有CuI一CuII电子对，只要与酶体中的蛋白质竞争Cu，或者直接嵌入酶结构，就会产生对硝化菌的抑止作用，这是由于某些有机化合物如苯胺、邻甲酚、苯酚等对硝化细菌有毒害作用。这种有机物质对硝化细菌的抑止作用要大于亚硝化细菌，因此对含有这种物质的污水生物脱氮将产生亚硝酸盐积累。

生化脱氮过程受温度.DO浓度.FA.pH.SRT.抑止剂6个因素的影响。

四、实际操作中存在的问题及对策。

我国已有多项工程在实际运行中对总氮除氨效果很好，但是污泥沉降性能却很差，淤泥是很难聚集的，多呈沙状，上清液中微细悬浮物较多，长此以往，活性污泥浓度下降明显，从而降低了反应区污泥负荷，从而影响了总氮和COD的去除效果。