污水生物处理过程中的同步硝化反硝化研究概况_周毅

文章编号:1003-6504(2001)06-0006-03污水生物处理过程中的同步硝化反硝化研究概况周　毅1,　杨　开1,　杨德勇2(武汉大学土木建筑工程学院市政工程系,武汉　430072)摘　要:在好氧生物氧化过程中通过控制反应器内DO浓度、C/N比、污泥负荷的条件下,观察到较明显的同步硝化反硝化现象,通过控制反应条件,可使硝化、反硝化速率都得以同步提高。关键词:同步硝化反硝化;　好氧反硝化;　好氧;　缺氧;　碳氮化中图分类号:X703;　文献标识码:A收稿日期:2001-08-05作者简介:周毅(1975—),男,武汉大学助教,在职硕士生。1　概述城市污水生物脱氮工艺中通常发生三种不同的生化反应:①有机物的好氧氧化,②硝化反应,③反硝化反应。按传统的生物脱氮理论,硝化与反硝化不能同时发生,他们分别在好氧与缺氧条件下进行。因此,多数生物脱氮工艺都将缺氧和厌氧分开,形成所谓的前置反硝化或后置反硝化工艺。然而,近年来国内外有不少实验和报道都证明存在有同步硝化反硝化现象(SimultaneousNitrificationandDenitrification,简称SND),即硝化与反硝化反应同时发生在反应器的同一部位。尤其是有氧条件下的反硝化现象(AerobicDenitrification)确实存在于各种不同的生物处理系统,如:生物转盘,SBR、氧化沟等。此外,有实验证明,好氧条件下气态脱氮比例可达20%～35%。在不同的工艺中,都有不同程度的同步硝化反硝化。虽然按传统的脱氮理论无法圆满地解释这一现象,但实验表明,如果对反应参数和条件加以控制,则可以强化该反应的过程。有研究表明同步硝化反硝化有如下特点:(1)硝化消耗的碱度与反硝化产生的碱度相互抵消一部分,能有效地保持pH值稳定。硝化菌最适宜的pH值为7.5～8.6,且对pH值变化很敏感,因此保持pH值稳定很重要。(2)同步进行的硝化反硝化反应可节省构筑物(如:缺氧池)的容积,节省脱氮总时间,最终节省费用。但是,该反应的机理研究目前还处于初步探索阶段,对反应的生物学机理还有待于进一步探索,未见有工程上应用。2　实验现象2.1　高延耀等人的实验[1]反映了如下现象:(1)实验室试验:当有机物浓度提高后,在好氧条件下,同步硝化反硝化作用增强,进而也提高了硝化作用;(2)小试模型试验:控制溶解氧浓度,采用实际污水(SS较高),同步硝化反硝化作用进一步增强;(3)生产性试验:好氧区(低溶解氧)中也有较强的同步硝化反硝化现象,且COD、TN去掉率都很高。2.2　李丛娜等人利用SBR模型的实验[2]中反映出以下现象:(1)曝气阶段前期,DO值很高(4～10mg/L),NH3-N和TN浓度都明显下降,硝化反应使氨氮较快地转化为硝酸氮和亚硝酸氮,使氨氮浓度降低,同时,反硝化反应又使NO-3-N和NO-2-N还原为N2,同化作用除氮一般不占主导地位。因此,TN减少主要是由于同步硝化反硝化作用。另外由于O2对大部分反硝化菌本身并不抑制,因此,说明了好氧条件下存在着同步硝化反硝化现象。(2)好氧反硝化随进水COD/NH3-N之比的提高而更明显。3　影响同步硝化反硝化的因素3.1　微环境(1)溶解氧梯度有溶解氧扩散的限制,在微生物絮体内产生溶解氧(DO)梯度(如图1所示)。微生物絮体外层溶解氧较高,以好氧菌、硝化菌为主;深入絮体内部,由于氧传递受到阻力及外部氧大量消耗,形成缺氧区,反硝化菌占优势。这样絮体由外向内,形成好氧—缺氧的微环境,这是产生同步硝化反硝化的主要原因。而缺氧微环境的形成有赖于溶解氧浓度的高低及絮体结构