贾艳萍--同步硝化反硝化脱氮机理及影响因素研究.docVIP

同步硝化反硝化脱氮机理及影响因素研究 贾艳萍 贾心倩 刘印 张德义 田梦 （东北电力大学化学工程学院，吉林 吉林 132012） 摘要：本文结合国内外研究，从宏观环境理论、微环境理论以及微生物学理论三方面阐明了同步硝化反硝化的脱氮机理，并对同步硝化反硝化的影响因素进行了综述，提出了该技术今后的研究方向。 关键词：同步硝化反硝化；脱氮机理；影响因素 中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号： 引言 氮、磷等物质排入江河易导致水体的富营养化，传统脱氮理论认为，废水中氨氮必须经硝化反应和反硝化反应过程，才能够达到脱氮目的，这是因为硝化和反硝化过程中微生物生长的环境有很大差异，硝化反应需要有氧气存在的环境，而反硝化则需在厌氧或缺氧环境中进行。近年来，国内外学者通过大量的试验对工程实践中遇到的现象和问题进行了研究，以传统的生物法脱氮理论作基础，发现硝化反应和反硝化反应可以在同一操作条件下同一反应器内进行，即同步硝化反硝化(简称SND)，它使传统工艺中分离的硝化和反硝化两个过程合并在同一个反应器中，避免了亚硝酸盐氧化成硝酸盐及硝酸盐再还原成亚硝酸盐这两个多余的反应，从而可节省约25%的氧气和40%以上的有机碳，在反应过程中不需要添加碱度和外加碳源。与传统工艺相同处理效果情况下减少了20%的反应池体积，需要更低的溶解氧浓度（1.0mg/L左右），无混合液的回流以及反硝化搅拌设施[1,2]。因此，SND简化了生物脱氮工艺流程，减少了运行成本。它突破了传统的生物脱氮理论，简化了脱氮反应发生的条件和顺序，强化了生物脱氮过程，使传统的生物脱氮理论发生了质的飞跃。 1 同步硝化反硝化作用机理 SND的脱氮机理可以从宏观环境理论、微环境理论和微生物学理论三个方面加以解释 宏观环境理论 一般来说，反应中所需的DO都是通过曝气来供给，不同的曝气装置会导致反应器内DO的分布状态不同。但是在好氧条件下的活性污泥脱氮系统中，无论哪种曝气装置都无法保证反应器中的DO在废水中分布均匀，例如：在SBR反应器中，曝气并不能保证整个反应器中DO完全处于均匀的混合状态,缺氧区域的存在就为该反应器中成功实现SND提供了可能。 微环境理论 微环境理论是目前解释SND现象普遍接受的观点。这种理论认为，微生物个体一般情况下非常微小，所以环境的微小变化也会不同程度的影响微生物的生存，污泥絮体内部DO浓度的分布如图1-1所示。 图1-1 微生物絮体内反应区和基质浓度的分布示意图（双氧区模型） Fig. 1-1 The distribution schematic diagram of concentration in microbial flocks reactive zone and substrate (dioxygen zone model) 整个主体相中DO分布均匀，但是当DO向污泥絮体内部进行扩散时受到一定的限制，所以在絮体内部就会产生扩散层、好氧区、缺氧区这样一个DO梯度。微生物絮体的外层区域即扩散层和好氧区DO浓度较高，以好氧菌、硝化菌为主，在该区域有利于硝化反应的进行。随着DO扩散深入到微生物絮体内部，由于氧的传递受阻和扩散层、好氧区中DO逐渐减少，在絮体内造成缺氧环境，此时有利于反硝化菌的生长，促进了反硝化的进行。微生物絮体内存在缺氧区域是实现SND的主要原因，然而缺氧环境的形成主要取决于DO浓度的大小和絮体的结构。DO浓度过高就会扩散至污泥絮体内部，无法形成缺氧区域，就不能实现SND；浓度过低满足不了扩散层、好氧区硝化反应所需的DO，进而降低脱氮效果。因此，控制DO浓度以及微生物絮体的结构是成功实现SND的关键。 1.3 微生物学理论 作为一种自养型好氧微生物，硝化细菌主要通过氧化NH4+-N和NO2--N来获得能量供自身生长和繁殖。80年代以来，很多生物科学家通过研究发现许多菌类都可以对含氮化合物进行异养硝化，异养型硝化细菌不但生长速率快，产量高，而且要求的溶解氧的浓度比自养型硝化菌低。此外，在大量的实验室研究中发现了好氧反硝化细菌的存在[3,4]。异养型硝化细菌和好氧反硝化细菌的发现打破了传统的生物脱氮理论。因此从微生物学角度来说，SND生物脱氮也是可能的。 2 同步硝化反硝化的主要影响因素 SND影响因素主要包括溶解氧（DO）、碳源、污泥浓度、pH值、温度等。 2.1 溶解氧（DO） DO浓度是影响SND的重要参数之一。系统中的DO应满足有机物的氧化及硝化反应，但是溶解氧浓度不能太高。当DO较高时，它对生物絮体的穿透能力逐渐增大，DO扩散至污泥絮体内部，缺氧微环境很难形成。另外，O2接受电子的能力高于NO2--N和NO3--N，抑制了反硝化细菌的活性，降低反硝化效果；DO过低，满足不了硝化反应所需的DO，同样会影响脱氮效果