短程硝化反硝化中影响HNO_2积累的因素分析_汪德生

1引言短程硝化反硝化生物脱氮工艺是近几年刚刚发展起来的新型生物脱氮技术。该技术具有节约能源、减少污泥产量和节省占地面积等优点，因此，受到国内外污水处理领域的广泛关注，并成为污水生物脱氮研究领域的热点。2工艺原理生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和NH3-N转化为N2和NxO气体的过程，需经过硝化和反硝化2个过程。传统生物脱氮工艺是将硝化过程和反硝化过程作为2个独立的阶段分别安排在不同的反应器中实现的［1］，如式（1）。短程硝化反硝化新工艺是利用硝酸菌和亚硝酸菌的差异，控制硝化反应只进行到NO2-阶段，也就是造成大量的NO2-累积，然后就进行反硝化反应，如式（2）。NH4++O3NO2-+O3NO3-!######$NO3-%&+有机物NO2-+有机物N2!########$硝化反硝化（1）NH4-+O3NO2-!####$NO2-%&+有机物N3!####$短程硝化短程反硝化（2）通过式（1）（2）可以看出，NO2-在传统脱氮过程中经历了一个闭路循环，循环增加了硝化的曝气量和反硝化有机物的需要量。在一般情况下，硝化中间产物NO2-很快地被氧化为NO3-，因此传统生物脱氮的硝化产物以NO3-为主，NO2-含量一般低于5%。短程硝化反硝化生物脱氮法是将硝化控制在形成亚硝酸阶段，阻止亚硝酸的进一步硝化，然后直接进行反硝化，其关键是在硝化阶段维持HNO2长久稳定地积累。与传统硝化反硝化方法相比，短程硝化反硝化具有以下优点［2］：减少了反硝化碳源；提高了反硝化效率；更低的生物产量，减少了剩余污泥的处理量；减少了硝化反应需氧量。3维持与影响因素由于废水生物处理反应器均为开放的非纯培养系统，如何控制硝化停止在HNO2阶段是实现短程生物脱氮的关键。传统硝化过程是由亚硝酸菌和硝酸菌协同完成的，由于这2类细菌在开放的生态系统中形成较为紧密的互生关系，将氨氧化为硝酸，因此完全的亚硝酸化是不可能的。实现短程硝化反硝化的关键在于将NH4+氧化控制在NO2-阶段，阻止NO2-的进一步氧化，然后直接进行反硝化［3］。短程硝化反硝化的标志是硝化产物持续稳定的NO2-的累积，要求硝化产物中NO2-/（NO3-+NO2-）值至少大于0.5。因此，如何持久稳定地维持较高浓度NO2-的积累及影响NO2-积累的因素成为研究短程硝化反硝化的热点所在。通过查阅国内外大量的文献，总结出影响NO2-积累的因素有游离性氨（FA）、pH、温度、溶解氧短程硝化反硝化中影响HNO2积累的因素分析汪德生（辽宁省环境科学研究院，辽宁沈阳110031）摘要：介绍了短程硝化反硝化的生物脱氮机理，综述了短程硝化反硝化过程中影响HNO2积累的主要因素游离性氨（FA）、pH、温度、溶解氧（DO）和污泥泥龄等，探讨了实现短程硝化反硝化的途径。关键词：短程硝化；反硝化；HNO2；亚硝化菌；硝化菌Abstract：Theprincipleofshortcutnitrification-denitrificationwasintroduced.TheresultsshowedthatthefactorsinfluencingtheaccumulationofHNO2werefreeammonia,pH，temperature,dissolvedoxygenandsludgeage.Thenmethodsforachievingshortcutdenitrificationwereputforward.Keywords：shortcutnitrification-denitrification;denitrification;HNO2;nitrosobacteria;nitrobacterium中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1674－1021（2010）06-0055-04收稿日期：2010－05－12；修订日期：2010-06-04。作者简介：汪德生，男，1979年生，工程师，主要从事环境污染防治科研和管理工作。55（DO）、污泥泥龄和有害物质等。虽然有很多因素会导致硝化过程中NO2-的积累，但目前对此现象的理论解释还不充分，试验结果也不尽相同（如FA，DO的抑制浓度水平等），现将其进行总结。3.1游离性氨（FA）废水中氨氮随pH不同分别以分子态（NH3在溶液中NH3·H2O形式存在）和离子态（NH4+）2种形式存在。分子态游离氨（FA）对硝化作用有明显的抑制作用，硝化杆菌属比亚硝化单胞菌属（硝化过程中常见的2个菌属）更易受到FA的抑制，0.6mg/L的FA几乎就可以全部抑制硝酸菌的活性，从而使氧化受阻，出现HNO2积累。只有当FA达到5mg/L以上时才会对氨氧化菌的活性产生影响，当达到40mg/L才会严重抑制亚硝酸的形成。含氨氮的水溶液中存在（3）（6）（8）式化学平衡关系，水中游离