短程生物脱氮技术研究进展_苏子杰

近年来，随着国民经济发展和人民生活水平的提高，水体富营养化现象日益严重，城市污水处理一级A提标改造工程在全国展开，对低碳氮比污水的脱氮要求更高，难度加大。而SBNR技术能够节省25%的需氧量、减少40%的碳源和加快氮素的转化[1-2]，是一种低耗的生物脱氮技术，其关键是NO2-的积累[2]。由于氨氮转化为NO2-的过程是生物脱氮工艺中的限制性步骤，NO2-很容易被氧化成NO3-，因而一般情况下NO2-的积累较难获得，以致SBNR过程不太稳定。但近10年，科学界在SBNR技术领域进行了深入的探讨，也成功地在许多反应器中实现了SBNR过程。1SBNR反应机理传统的生物脱氮是基于自养硝化和异养反硝化的生化过程。硝化作用被认为在绝对好氧的条件下进行[3]，包括氨氮氧化成NO2-以及NO2-氧化成NO3-[4]。反硝化作用则是在厌氧条件下将NO3-还原为NO2-，进一步还原成N2。可以看到，NO2-是这两个过程的中间产物[5]。SBNR则是根据这一原理，利用氨氧化细菌（Ammoniaoxidizingbacteria，AOB）与亚硝酸盐氧化细菌（Nitriteoxidizingbacteria，NOB）之间的生理特性差异，在特定环境条件下加快AOB的增长速率或是抑制NOB的生长，以此将硝化过程控制在亚硝化阶段，直接进行反硝化[6]。研究表明，经历一个适应周期后，反硝化细菌可以直接利用NO2-来进行反硝化作用[7-8]。因此，实现SBNR的重点就在于如何实现较高而又稳定的NO2-积累。2NO2-积累影响因素近年来，研究人员分析了温度、pH、游离氨（FA）和游离亚硝酸（FNA）、溶解氧（DO）等因素对NO2-积累的影响，并对这些影响因素之间的内在联系进行深入研究。2.1温度基于AOB和NOB对温度变化的敏感性不同，温度成为SBNR的一个重要影响因素。Kim等[9]观察到NO2-积累出现在温度为20℃的条件下，此时氨氧化速率比NO2-氧化速率高，随后在20～30℃范围内NO2-的积累随温度的增加而不断地增加。Hunik等[10]认为当温度大于15℃时，AOB的比增长速率大于NOB，当温度等于35℃时，AOB的最大比增长速率为NOB的一倍。2.2pH由于AOB和NOB适宜生长的pH范围不同，AOB的适宜pH为7.0～8.5，而NOB的适宜pH为6.0～7.5，因此控制pH来实现SBNR被广泛认为是短程生物脱氮技术研究进展苏子杰，左椒兰，康建雄（华中科技大学环境科学与工程学院，湖北武汉430074）摘要：短程生物脱氮技术（Shortcutbiologicalnitrogenremoval，SBNR）可以节省有机碳源，降低能耗。叙述了SBNR的反应机理、NO2-积累的影响因素、短程细菌的基本特征、各类SBNR反应器的运行状况，以及有毒物质对短程硝化反硝化的抑制效应。发现SBNR可在不同类型的反应器中实现；其中亚硝酸盐的积累是关键，也是难题，影响NO2-积累的因素众多，内在关系复杂。虽然大部分短程生物脱氮技术还处于研究阶段，但应用前景无可估量。关键词：短程生物脱氮；亚硝酸盐积累；影响因素；细菌特征；运行模式中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)10-0015-006收稿日期：2011-02-11基金项目：中华环境保护基金会第五批小额资助项目（2010）；中华环境保护基金会TOTO水环境基金项目（2009）作者简介：苏子杰（1990－），男，本科，研究方向为水处理理论与技术；联系电话：18886085539；E-mail：apshbb@qq.com联系作者：左椒兰；联系电话：13006181706第37卷第10期2011年10月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.10Oct.,201115DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.10.006一个不错的做法。实际上，pH是通过影响酶的作用对微生物产生影响，此影响可用经验公式来表达[11]：q軌obs=q軌max21+cosπw×(pH-pHopt軌軌)軌軌（pHopt-w≤pH≤pHopt+w）（1）式中，q軌obs为特定pH情况下的最大基质利用率；q軌max为最佳pH下的最大基质利用率；w为q軌obs大于q軌max一半的pH范围。2.3FAAnthonisen等[12]的间歇试验结果表明，NOB的FA抑制质量浓度为0.1～1.0mg·L-1，AOB的则为10～150mg·L-1。Alleman等[13]根据此结果，提出了选择抑制理论，其核心是根据硝化细菌对FA的敏感度不同，通过选择合适FA质量浓度范围（1～10mg·L-1）来抑制NOB的生长，实现NO2-积累。虽然高浓度的FA能够抑制NOB