生(shēng)物(wù)脫氮原理及6大(dà)參數

高氨氮廢水是我(wǒ)們經常會遇到的一(yī)種廢水，想要将污水中(zhōng)的氨氮去(qù)除，除了要了解各種脫氮原理，還要從經濟有效的角度來考慮選用哪種工(gōng)藝，而生(shēng)物(wù)脫氮技術恰恰符合以上條件，成爲污水脫氮中(zhōng)最常見的工(gōng)藝之一(yī)。今天我(wǒ)們就來聊一(yī)聊生(shēng)物(wù)脫氮原理和主要控制參數。

污水中(zhōng)的氮主要以氨氮和有機氮的形式存在，通常沒有或隻有少量亞硝酸鹽和硝酸鹽形式的氮。隻有不到20%~40%的氮在傳統的二級處理中(zhōng)被去(qù)除。污水生(shēng)物(wù)處理脫氮主要是靠一(yī)些專性細菌實現氨形式的轉化，經過氨化、硝化、反硝化過程，含氮有機化合物(wù)最終轉化爲無害的氮氣，從污水中(zhōng)去(qù)除。

工(gōng)藝原理及過程

硝化菌把氨氮轉化爲硝酸鹽的過程稱爲硝化過程，硝化是一(yī)個兩步過程，分(fēn)别利用了兩類微生(shēng)物(wù)--亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌。這兩類細菌統稱爲硝化菌，這些細菌所利用的碳源是CO32-、HCO3-和CO2等無機碳。第一(yī)步由亞硝酸鹽菌把氨氮轉化爲亞硝酸鹽，第二步由硝酸鹽菌把亞硝酸鹽轉化爲硝酸鹽。這兩個反應過程都釋放(fàng)能量，硝化菌就是利用這些能量合成新細胞和維持正常的生(shēng)命活動，氨氮轉化爲硝态氮并不是去(qù)除氮而是減少了它的需氧量。

反硝化過程是反硝化菌異化硝酸鹽的過程，即由硝化菌産生(shēng)的硝酸鹽和亞硝酸鹽在反硝化菌的作用下(xià)，被還原爲氮氣後從水中(zhōng)溢出的過程。反硝化過程也分(fēn)爲兩步進行，第一(yī)步由硝酸鹽轉化爲亞硝酸鹽，第二步由亞硝酸鹽轉化爲一(yī)氧化氮、氧化二氮和氮氣。同時，反硝化菌利用含碳有機物(wù)和部分(fēn)分(fēn)硝酸鹽轉化爲氨氮用于細胞合成，該碳源既可以是污水中(zhōng)的有機碳或細胞體(tǐ)内碳源，也可以外(wài)部投加。

生(shēng)物(wù)脫氮的工(gōng)藝控制

1）消化過程（硝化菌）的影響因素?

1. 溫度：硝化反應的最适宜溫度範圍是30一(yī)35℃，溫度不但影響硝化菌的比增長速率，而且影響硝化菌的活性。溫度低于5℃，硝化細菌的生(shēng)命活動幾乎完全停止：在5一(yī)35℃的範圍内，硝化反應速率随溫度的升高而加快；但達到30℃後，蛋白(bái)質的變性會降低硝化菌的活性，硝化反應增加的幅度變小(xiǎo)。對于同時去(qù)除有機物(wù)和進行硝化反應的系統，溫度低于15℃時硝化速率會迅速降低。低溫對硝酸菌的抑制作用更爲強烈，因此在12～14℃的系統中(zhōng)會出現亞硝酸鹽的積累。

2. 溶解氧：溶解氧濃度爲0.5-0.7mg/L是硝化菌可以忍受的極限，溶解氧低于2mg/L條件下(xià)，氮有可能被完全硝化，但需要較長的污泥停留時間，因此一(yī)般應維持混合掖的溶解氧濃度在2mg/L以上。對于同時去(qù)除有機物(wù)和進行硝化的工(gōng)藝，硝化菌約占活性污泥的5％左右，且大(dà)部分(fēn)處于生(shēng)物(wù)絮體(tǐ)的内部。在這種情況下(xià)，溶解氧濃度的增加将會提高溶解氧對生(shēng)物(wù)絮體(tǐ)的穿透力，從而提高硝化反應速率。

因此，在低泥齡條件下(xià)，由于含碳有機物(wù)氧化速率的增加使耗氧速率增加，減少了溶解氧對生(shēng)物(wù)絮體(tǐ)的穿透力，進而降低了硝化反應速率。相反，在長泥齡條件下(xià)，耗氧速率較低，即使溶解氧濃度不高，也可保證溶解氧對生(shēng)物(wù)絮體(tǐ)的穿透作用，從而維持較高的硝化反應速率。因此當泥齡降低時，爲維持較高的硝化速率，應該相應提高溶解氧濃度。

3. pH值和堿度：硝化菌對pH值十分(fēn)敏感，硝化反應的最佳pH值範圍是7.2-8.0，pH值超出這個範圍時，硝化反應速率會明顯降低，低于6或高于9.6時，硝化反應将停止進行。另外(wài)，每硝化1g氦氮大(dà)約要消耗7.14gCaCO3堿度，因此，如果污水沒有足夠的堿度進行緩沖，硝化反應将導緻pH值下(xià)降、反應速率減緩。

因此，保證硝化反應的正常進行，往往需要投加必要的堿量以維持适宜的pH值。硝化菌經過一(yī)段時間的馴化後，硝化反應可以在較低的pH值條件下(xià)進行，但pH值突然降低也會引起硝化反應速度的驟降。有研究表明，要使硝化反應的pH值由7.0降低到6.0，大(dà)約需要馴化10d。

4. 有毒物(wù)質：過高的氨氮、重金屬、有毒物(wù)質及某些有機物(wù)對硝化反應都有抑制作用。一(yī)般情況下(xià)，重金屬和有毒物(wù)質主要抑制亞硝酸菌的生(shēng)長，個别物(wù)質抑制硝酸菌的生(shēng)長。有機物(wù)濃度高時，異養菌的數量會大(dà)大(dà)超過硝化菌，從而阻礙氨向硝化菌的轉移，硝化菌能利用的溶解氧也因異養菌的利用而減少，硝化反應能順利進行所要求的BOD5值一(yī)般應低于20mg/L。因此，在培養和馴化硝化菌時，一(yī)定要注意氨氮、重金屬、有毒物(wù)質及有機物(wù)的濃度，不使其産生(shēng)抑制作用。

5. 泥齡：爲保證反應器中(zhōng)的存活并維持一(yī)定數量和性能的硝化菌，活性污泥在其中(zhōng)的停留時間SRT即泥齡必須大(dà)于硝化菌的最小(xiǎo)世代周期，否則硝化菌的流失率大(dà)于其繁殖率。最終使其從系統中(zhōng)數量越來越少。一(yī)般來說，系統的泥齡應爲硝化菌世代周期的兩倍以上，一(yī)般不得小(xiǎo)于3一(yī)5d，冬季水溫低時要求泥齡更長，爲保證一(yī)年四季都有充分(fēn)的硝化反應，通常泥齡都大(dà)于10d。較長的泥齡可增強硝化反應的能力，并可減輕有毒物(wù)質刺激的抑制作用。

6. 碳氮比C/N：在活性污泥系統中(zhōng)，硝化菌一(yī)般隻占微生(shēng)物(wù)總量的5％左右，這是因爲與異養菌相比，硝化菌的産率低。硝化菌是一(yī)類自養菌，有機物(wù)濃度不是其生(shēng)長的限制因素，如果有機物(wù)濃度過高，會使生(shēng)長速率較快的異氧菌迅速繁殖，争奪混合液中(zhōng)的溶解氧，從而使生(shēng)長緩慢(màn)且好氧的硝化菌得不到優勢，降低硝化速率。

因此BOD5與TKN的比值即碳氮比C/N，是反映活性污泥系統中(zhōng)異養菌與硝化菌競争底物(wù)和溶解氧能力的指标，C/N不同直接影響脫氮效果。一(yī)般認爲，處理系統的BOD5負荷低于0.15BOD5/（MLVSS·d）時，硝化反應才能正常進行。

（2）反硝化過程（反硝化菌）的影響因素?

1. 溫度：

反硝化反應的最适宜溫度範是35一(yī)45℃。溫度對反硝化反應的影響與反硝化設備的類型（微生(shēng)物(wù)懸浮生(shēng)長型與附着生(shēng)長型）及硝酸鹽負荷有關。當溫度從20℃下(xià)降到達15℃時，爲達到相同的反硝化效果，生(shēng)物(wù)轉盤和活性污泥法的水力停留時間則分(fēn)别要提高到原來的4.6倍和2.3倍。

2. 溶解氧：

反硝化菌是兼性菌，既能進行有氧呼吸，也能進行無氧呼吸。當水中(zhōng)同時存在分(fēn)子态氧和硝酸鹽時，優先進行有氧呼吸，這樣，反硝化菌會優先降解含碳有機物(wù)，從而抑制硝酸鹽的還原。所以爲了保址反硝化反應的順利進行，必須保持嚴格的缺氧狀态，保持氧化還原電(diàn)位爲-50一(yī)-110mV。另外(wài)，反硝化菌從有氧呼吸轉爲無氧呼吸的關鍵是合成無氧呼吸的酶，而分(fēn)子态氧的存在會抑制這類酶的合成及其活性。

因此，爲使反硝化反應正常進行，懸浮型活性污泥系統中(zhōng)的溶解氧應保持在0.2mg/L以下(xià)，由于生(shēng)物(wù)膜對氧傳遞的阻力較大(dà)，即使合液中(zhōng)有一(yī)定量的DO，生(shēng)物(wù)膜内層仍呈缺氧狀态而繼續進行反硝化，所以附着型生(shēng)物(wù)處理系統可以容許較高的溶解氧濃度（一(yī)般低于1mg/L）。

3. pH值：

硝化反應的最佳pH值範圍是6.5一(yī)7.5，不适宜的pH值會影響反硝化菌的生(shēng)長速率和反硝化酶的活性。當pH值低于6.0或高于8.5時，反硝化反應将受到強烈抑制。反硝化反應會産生(shēng)部分(fēn)堿度，這有助于将pH值保持在所需要的範圍内，并補充硝化過程中(zhōng)所消耗的一(yī)部分(fēn)堿度。此外(wài)，pH值還影響反硝化的最終産物(wù)，pH值>7.3時最終産物(wù)是氮氣，pH值<7.3時最終産物(wù)是N2O。

4. 碳源有機物(wù)質：

反硝化反應需要提供足夠的碳源，碳源物(wù)質不同，反硝化速率也将有區别。揮發性有機酸、甲醇、乙醇等是理想的反硝化反應碳源物(wù)質，因此，啤酒污水等含揮發性有機物(wù)質的污水可作爲反硝化反應脫氮的碳源，而以城市污水或内源代謝物(wù)質作爲反硝化反應碳源時的反硝化速率就要低得多。

5. 碳氮比C/N：

理論上将1g硝酸鹽氮轉化爲N2需要碳源物(wù)質BOD52.86g。因此，一(yī)般認爲，當污水的BOD5/TKN值大(dà)于4-6時，可認爲碳源充足，不需要另外(wài)投加碳源，否則，應當投加甲醇或其他易降解有機物(wù)作爲碳源。

6. 有毒物(wù)質：

鎳濃度大(dà)于0.5mg/L，亞硝酸鹽氮含量超過30mg/L或鹽度高于0.63％時都會抑制反硝化作用。硫酸鹽含量過高會導緻反硫化的進行，進而影響反硝化的正常進行，鈣和氨的濃度過高也會抑制反硝化作用。