短程硝化_反硝化生物脱氮技术研究_姚阔为

治理技术油气田环境保护第16卷·第4期·19·短程硝化-反硝化生物脱氮技术研究姚阔为1杨健1聂静1王志强2（1.同济大学环境科学与工程学院;2.德州市水利局河道处）摘要将短程硝化-反硝化生物脱氮技术与传统生物脱氮技术进行了比较，论述了短程硝化-反硝化生物脱氮技术的机理及特点。分析了实现亚硝酸盐积累的影响因素，包括温度、溶解氧浓度、pH值、分子态游离NH3浓度和泥龄。结合典型工艺，提出了目前短程硝化-反硝化脱氮技术存在的问题及改进建议。关键词短程硝化-反硝化生物脱氮技术亚硝酸盐积累影响因素0引言污水脱氮作为水污染控制的一项重要内容已被广泛纳入到污水处理工程中。目前普遍采用的生物脱氮技术是借助硝化菌和反硝化菌的生理功能，将污水中各种形态的氮元素最终转化为气态氮。典型的传统生物脱氮工艺是A/O法、A/A/O法。尽管这些工艺在污水脱氮方面起到了重要作用，但仍然存在着以下问题：①系统总水力停留时间较长，有机负荷较低，增加了基建投资费用；②氨氮完全硝化要消耗大量溶解氧，增加了曝气充氧的动力费用；③反硝化过程中作为电子供体的有机碳源不足时需补充投加，增加了药剂投加费用。另外与传统生物脱氮技术相比，短程硝化-反硝化生物脱氮技术具有以下优点：①缩短水力停留反应时间；②降低硝化过程耗氧量；③减少反硝化过程所需有机碳源；④减少剩余污泥产量。因此，短程硝化-反硝化生物脱氮技术已成为污水生物脱氮领域的一个新的研究热点。11生物脱氮技术机理及比较分析1.1传统生物脱氮技术的机理传统生物脱氮技术将NH3-N完全氧化成NO3-N后再进行反硝化，主要原因[1]：①亚硝化细菌ammonia-oxidizingbacteria(AOB)和硝化细菌nitrite-oxidizingbacteria(NOB)是两类独立细菌，但在开放体系中，这两类微生物普遍生活在一起，彼此有利，难以单独存在；②在硝化过程中，NH3-N转化为NO2-N，释放242.8～351.7kJ/mol的能量，AOB从中获取5％～14％能量；NO2-N转化为NO3-N，释放64.5～87.5kJ/mol的能量，NOB从中获取5％～10％能量，NOB氧化NO2-N的量约为AOB氧化NH3-N量的4～5倍，所以一般不会有NO2-N积累；③NH3-N氧化为NO2-N的速率较NO2-N氧化为NO3-N速率慢，在NH3-N转化为NO3-N时，NO2-N的形成限制反应步骤，所以通常产物为NO3-N，NO2-N浓度很低。1.2短程硝化-反硝化生物脱氮技术从硝化过程来看，NH3-N被氧化成NO3-N是由两类独立的细菌完成的两个不同反应，应该可以分开。这两类细菌的生理特征也有明显的差异。对于反硝化过程，无论是NO2-N还是NO3-N均可以作为最终电子受体。因而整个生物脱氮过程可以通过NH3-N转化为NO2-N再转化为N2的途径完成。短程硝化反硝化生物脱氮技术，又称亚硝酸型生物脱氮技术，就是将硝化过程控制在NO2-N阶段而终止，随后进行反硝化。1.3比较分析短程硝化-反硝化生物脱氮技术与传统生物脱氮技术相比具有以下特点：◆AOB世代周期比NOB短，泥龄也短，将硝化过程控制在NO2-N阶段可提高微生物浓度和硝化反应速度，缩短水力停留反应时间，减小反应器容积。◆NH3-N转化为NO3比NH3-N转化为NO2需要消耗更多的溶解氧，将硝化过程控制在NO2-N阶段可节省NO2-N转化为NO3-N过程中的需氧量。◆NO3-N转化为N2比NO2-N转化为N2需要更多的电子供体，将硝化过程控制在NO2-N阶段可减少反硝化过程中有机碳源的需要量。──────────姚阔为，同济大学在读硕士，主要从事水污染控制方面的研究。通信地址：上海四平路1298号同济大学，200092·20·2006年12月油气田环境保护治理技术2实现短程硝化-反硝化生物脱氮技术的影响因素将硝化过程控制在NO2-N阶段是实现短程硝化-反硝化生物脱氮技术的关键。硝化的过程控制在一定程度上取决于对两种硝化菌的控制，AOB和NOB在生理机制及动力学特征上存在固有的差异，导致某些影响因素对其有不同程度的抑制作用，从而影响硝化过程。可见，实现短程硝化-反硝化生物脱氮的途径就是控制那些能对这两类细菌产生不同影响的因素。2.1分子态游离NH3浓度分子态游离NH3对AOB和NOB都有抑制作用，但NOB更加敏感。分子态游离NH3对硝化菌的抑制是多种因素（如初始NH4+浓度、pH和温度）综合作用的结果[2]。Anthonisen等人研究认为游离NH3浓度在0.1～1.0mg/L时就会抑制NOB活性，而当浓度达到10～150mg/L时才会抑制AOB活性[3]。Rols等人则提出游离NH3对NOB出现抑制的初始浓度为0.5～3.0mg/L[4]。可见当污水中游离NH3浓度较高时，会使NO2