短程硝化反硝化工艺中亚硝酸盐积累的影响因素分析_田卫东

-143-科技探索短程硝化反硝化工艺中亚硝酸盐积累的影响因素分析田卫东1董欣2董霖3(1、黑龙江省双城市环境监测站,黑龙江哈尔滨1501002、哈尔滨市市政工程设计院,黑龙江哈尔滨1500903、哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090)近年来,随着科技工作者对生物脱氮工艺的进一步研究,发现了一些超乎传统认识的新现象,如硝化过程不仅由自养菌完成,异养菌也可以参与硝化作用;反硝化作用在好氧条件下也可以进行;氨氮与亚硝酸盐或硝酸盐在缺氧条件下可同时被转化为氮气。这些新现象为探索新的生物脱氮工艺提供了新理论和新思路,于是近些年涌现出了许多新的生物脱氮工艺,短程硝化反硝化工艺(nitrogenremovalvianitrite)便是其中之一。短程硝化反硝化工艺的基本原理是将氨氧化控制在亚硝化阶段,然后再进行反硝化。相比于传统的全程硝化反硝化工艺,短程硝化工艺理论上可节省25%的耗氧量和40%的反硝化碳源,特别适合低C/N比污水的脱氮处理。早在1975年Voets等就发现了硝化过程中的NO2-积累现象,并首次提出了短程硝化反硝化脱氮的概念[1]。随后国内外许多学者对此进行了研究,同时发现NO2-的积累极不稳定,容易氧化成NO3-,因此,寻求各种方法使得硝化维持在NO2-阶段成为短程硝化反硝化的关键,也是国内外在污水脱氮领域中的研究热点。综合国内外研究,影响NO2-积累的因素有温度、pH、DO、游离氨(FA)和有毒物质等,而其中温度、pH和DO是短程硝化最常用的控制参数,针对这几个方面国内外的研究现状进行详细分析。短程硝化的影响因素分析:1温度适宜的温度是维持污水处理过程中污泥生物活性的一个极其重要的条件,生物硝化反应在4～45℃内均可进行,适宜的温度为20～35℃,一般低于15℃时硝化速率将降低[2]。12～14℃时硝化菌的活性受到的抑制较强,所以会出现NO2-的积累。15～30℃时硝化菌的活性比亚硝化菌强,因此不会造成NO2-的积累。当温度超过30℃时亚硝化菌的活性比硝化菌的活性强,硝化过程中又会出现NO2-的积累,从而实现短程硝化[3]。荷兰Delft技术大学1997年开发的SHARON工艺(SingleReactorforHighactivityAmmoniaRemovalOverNitrite)就是通过控制温度和污泥停留时间来实现短程硝化反硝化脱氮的[4-6]。SHARON工艺的基本原理是利用高温条件下(30～35℃)硝化菌和亚硝化菌的生长速率差异,通过控制适当的SRT,使得HRT介于亚硝化菌和硝化菌的最小水力停留时间之间,将生长速率较慢的硝化菌从反应器中洗脱出去,使亚硝化菌在反应器中占绝对优势,从而将氨的氧化控制在NO2-阶段。用SHARON工艺来处理城市污水二级处理系统中污泥硝化液上清液和垃圾渗滤液等高氨氮废水,系统中亚硝酸盐积累率可达到100%。由于反应的温度较高,硝化速率较快,所以该工艺无需特别的污泥停留,反应器的容积可相应减小。另外,硝化和反硝化在同一个反应器中进行,反应过程中碱度的产生和消耗可相互抵消一部分,减少了投碱量,也简化了工艺流程。SHARON工艺目前已成功应用到荷兰Rotter-dam和Utrech两座城市污水处理厂污泥消化液上清液的脱氮过程中。高景峰、王淑莹等[7-8]运用SBR反应器,通过控制反应器内温度在30～32℃之间成功实现了短程生物脱氮,并在试验过程中系统地考察了温度变化对短程硝化反硝化的影响。结果表明,温度维持在30℃得到的短程硝化,当在常温下(19.5～23.5℃)运行50个周期时,硝化类型即由短程硝化转变为全程硝化;而后,逐渐升高温度,硝化类型又转变为短程硝化。当温度稳定在28～29℃时,硝化类型为稳定的短程硝化,硝化反应结束时NO2--N/NOx--N维持在82.2%～83.5%,并且得出短程硝化的临界温度为28～29℃。高大文[9]采用SBR反应器处理豆制品废水,维持反应器内温度恒定在31±0.5℃,在原污泥中硝化细菌较少的情况下进行污泥驯化,从污泥驯化15d之后NO2-浓度开始增加,并且增长速率很快,而NO3-浓度基本没有变化,一直维持在1.0mg/L以下。驯化至20天时NO2--N/NOx--N的比率增长到90%以上,并且随着反应的运行一直没有降低,实现了稳定的短程硝化反硝化。由于反应器的SRT控制较长(53d),因此和SHARON工艺相似但不相同,其原理需要进一步的探讨。目前在短程脱氮工艺的最佳温度上国内外学者持有不同的看法。Hyungseok[10]等认为实现短程硝化的最佳温度为22～27℃或者不能低于15℃。理论依据是在该温度范围内亚硝化菌的活性最强,而在15℃以下硝化菌的活性变的最强。Balmelle[11]等的研究结果认为实现短程硝化的最佳温度为25℃。他