短程硝化反硝化理论及工艺研究进展_朱洪山

文章编号:1009-6825(2010)11-0180-02短程硝化反硝化理论及工艺研究进展收稿日期:2009-12-29作者简介:朱洪山(1974-),男,工程师,从事建筑给排水和市政工程,上海现代建筑设计(集团)现代都市建筑设计院机电二所,上海200041吕斌(1975-),男,博士,讲师,从事水污染与控制研究,武汉科技学院环境与城建学院,湖北武汉430073朱洪山吕斌摘要:介绍了SCND理论研究进展,对影响亚硝酸积累的温度、pH、分子态游离氨、DO、泥龄等因素进行了分析,阐述了近年来国内外主要的SCND理论研究成果,并得出了相关结论,以期促进短程硝化反硝化理论研究。关键词:短程硝化,生物脱氮,影响因素,研究成果中图分类号:X703文献标识码:A短程硝化反硝化生物脱氮工艺(ShortCutNitrificationandDenitrification—SCND)较常规生物脱氮工艺具有节约能源、减少污泥产量和节省占地面积等优点,受到越来越多的关注,成为废水生物脱氨研究领域的热点[1,2]。但由于氨氮转换成亚硝酸盐氮的过程是生物脱氮工艺中的限制性过程,生成的亚硝酸盐很容易氧化成硝酸盐,一般较难获得亚硝酸盐的积累[3]。为摆脱实现SCND工艺的限制性因素,近年人们就形成亚硝酸盐积累的理论和SCND工艺开发方面进行了深入研究。1SCND理论研究进展目前,对于SCND理论的研究主要集中在如何实现亚硝酸盐积累方面。利用亚硝酸菌和硝酸菌在生理特征上的差异性,使硝化过程中亚硝酸菌占优势地位,从而实现亚硝酸的积累是完全可行的。目前研究认为影响亚硝酸积累的因素主要有温度、pH、分子态游离氨(FA)、DO、泥龄及其他有害物质。1)温度影响。生物硝化反应在4℃～45℃内均可进行,适宜温度为20℃～35℃,一般低于15℃硝化菌受到严重抑制,速率降低。15℃～25℃下活性污泥中亚硝酸菌活性较硝酸菌差,不会发生亚硝酸盐的积累。温度超过25℃时会发生亚硝酸盐的积累,且当温度超过30℃后可获得更高的亚硝酸盐积累[5]。2)pH影响。随着硝化反应的进行,硝化过程产生的酸使废水pH不断下降。亚硝酸菌最适pH在7～8.5之间,硝酸菌为6～7.5。反应器中pH<7则整个硝化反应会受到抑制。pH升高到8以上,则硝化产物中亚硝酸盐比例增加,出现亚硝酸盐积累[5]。3)分子态游离氨影响(FA)[6]。现有研究表明,对于氨氧化细菌来说,FA才是其真正的底物,而不是NH4+。但一定浓度的FA会抑制亚硝酸菌和硝酸菌的活性,且其对这两类细菌的抑制效应存在差异。Anthonisen通过分批试验发现,FA对硝酸细菌的抑制浓度为0.1mg/L～1.0mg/L,对亚硝化细菌的抑制浓度为10mg/L～150mg/L。Abeling指出,实现最大氨氧化速率和最小亚硝酸盐氧化速率的FA浓度约为5mg/L,此时硝酸菌的活性很低;而当FA浓度不小于7mg/L时,才会出现对亚硝酸菌的抑制,较高浓度FA有利于亚硝酸盐积累。4)DO影响。有资料显示[1]亚硝酸菌与氧的亲和力较硝酸菌要强,亚硝酸菌氧饱和常数一般为0.2mg/L～0.4mg/L,而硝酸菌氧饱和常数为1.2mg/L～1.5mg/L,在较低DO环境中硝酸菌受到严重抑制,亚硝酸菌占优势地位,亚硝酸盐积累率较高;DO浓度的增加有利于亚硝酸菌和硝酸菌活性的提高,硝酸菌活性较亚硝酸菌增长要快,且当DO充足时,亚硝氮氧化速度要比氨氧化快,硝酸菌占优势地位,硝化类型为全程硝化。2SCND理论研究成果1)SHARON工艺[7]。荷兰Delft大学在1997年开发了SHARON工艺,并成功应用在Dokhaven污水处理厂。该工艺的核心是利用高温下,亚硝酸菌的最小停留时间小于硝酸菌这一特性,控制系统的污泥龄介于硝酸菌和亚硝酸菌最小停留时间之间,则硝酸菌被自然淘汰,从而维持稳定的亚硝酸积累。SHARON工艺的实验室装置是一个1.5L发酵罐。其水力特性类似连续流完全混合反应器,不设污泥沉淀和回流管道。连续运行两年的结果表明,该工艺运行温度,氨去除率保持在80%～85%之间。在试验小试基础上该工艺直接放大到生产性规模。反应器容积1800m3温度保持在30℃～40℃之间,pH维持在7.4～8.3之间,DO控制在1.0mg/L～1.5mg/L之间,泥龄控制在1d～2.5d之间。SHARON工艺具有如下鲜明特点:传统硝化工艺一般用于处理城市污水,进水氨氮浓度常为30mg/L～50mg/L,而SHARON工艺被用于处理厌氧硝化污泥分离液,进水氨氮浓度高达1000mg/L以上;传统工艺一般采用常温操作,运行温度极少超过30℃,而SHARON工艺运行温度在35℃左右,较高温度有利于富集最适合生长温度偏高的菌群,处理效率高;传统硝化工艺重视菌体的持留,泥龄较长(如5d～10d),