同步硝化-反硝化生物脱氮工艺研究进展1

《同步硝化-反硝化生物脱氮工艺研究进展1》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、同步硝化-反硝化生物脱氮工艺研究进展一、绪论随着氮素污染的加剧，除氮技术的研究和应用引起了人们的广泛关注。废水脱氮技术可以分为物理化学方法和生物方法两大类。物理化学方法通常只能去除氨氮，常用的物化脱氮方法包括折点加氮法、选择性离子交换法、空气吹脱法和催化氧化法等。生物脱氮技术由于其投资及运转成本低，操作简单且无二次污染，废水达标排放可靠性强等优点，因此成为脱氮的最佳处理方式。传统的生物脱氮处理过程，是首先在好氧条件下，亚硝酸菌将氨氮氧化为亚硝酸氮，而后硝酸菌将亚硝酸氮进一步氧化为硝酸氮。随后在缺

2、氧条件下，反硝化菌将硝酸氮或亚硝酸氮还原成气态氮或N2O。虽然传统废水生物脱氮工艺在消除氮素污染方面起到了一定作用，但仍存在如下问题：（1）自养硝化菌在大量有机物存在的条件下，对氧气和营养物质的竞争不如好氧异养菌，从而导致异养菌占优势；反硝化菌以有机物作为电子供体，而有机物的存在影响硝化反应的速度；硝化反应与反硝化反应对DO浓度需要差别很大。上述硝化菌和反硝化菌的不同要求导致了硝化和反硝化两个两个过程在时间和空间上难以统一。（2）硝化菌群增殖速度慢且难以维持较高的生物浓度，特别是在低温冬季。因此

3、造成系统总水力停留时间较长，有机负荷较低，增加了基建投资和运行费用；（3）为维持较高生物浓度及获得良好的脱氮效果，必须同事进行污泥回流和硝化液回流，增加了动力消耗及运行费用；（4）硝化过程中产生的酸度需要投加碱中和，不仅增加了处理费用，而且还可能造成二次污染。同步硝化反硝化（SND）生物脱氮技术的出现为在同一反应器内同时实现硝化、反硝化和除碳提供了可能，这一方法不仅可以克服传统生物脱氮存在的问题，而且还具有下列优点：能缩短脱氮历程；节省碳源；降低动力消耗；提高处理能力；简化系统的设计和操作等。因

4、而具有很大的潜力。近年来国内外的不少实验和报道均证实在污水处理中可能存在许多以前未曾注意到的微生物过程，如厌氧氨氧化、好氧反硝化、异氧硝化及自养硝化细菌的反硝化等，为生物脱氮提供了全新的途径，也奠定了同步硝化反硝化（SND)生物脱氮技术的理论基础。二、同步硝化好氧反硝化机理1.好氧反硝化化概念的提出最早提出好氧反硝化（acrobicdenitrification）的事Robertson和Kuenen，他们在实验室中观察到在氧气存在的条件下发生了反硝化现象。在此之前，反硝化一直被认为是一个严格的厌

5、氧过程，因此反硝化菌作为兼性厌氧优先使用溶解氧呼吸，甚至在浓度低达0.1mg/L时额是如此，这样就阻止了使用硝酸盐和亚硝酸盐作为最终电子受体，不过这种限制只是对专性厌氧反硝化菌起作用。近些年来人们不断的在实际工程中发现好氧条件下的脱氮现象，如Pochana在SBR反应器中观察到了95%的总氮去除率。另外在许多实际运行中的好氧硝化池中常常发现有30%的总氮损失。这些现象充分证实了好氧反硝化确实存在。2.机理探讨到目前为止，人们对于同步硝化反硝化的反应机理存在不同的观点，对其机理的探讨还未达到令人满

6、意的程度。但综合分析近年来相关的一些研究成果和理论，可以从微环境和生物学及生物化学理论的角度对SND加以解释。（1）微环境理论由于氧扩散作用达到限制，在微生物絮体内产生DO梯度，从而导致微环境的同步硝化反硝化。微生物絮体外表面DO较高，以好氧异养菌、好氧硝化菌为主；深入絮体内部，氧传递受阻，且有机物氧化、硝化作用消耗大量氧絮体内部产生缺氧去，反硝化菌占优势。正是由于微生物絮体内缺氧微环境存在，从而导致微环境的SND发生。将曝气池内溶解氧控制在较低水平，将可能提供缺氧或厌氧微环境所占比例，从而促进

7、反硝化作用。实际上，由于微生物种群结构、基质分布代谢活动和生物化学反应的不均匀性，以及物质传递的变化等因素的相互作用，在微生物絮体和生物膜内部会存在多种多样的微环境。不过，该模型也存在着一个重大的缺陷，即有机碳源问题。有机碳源既是异氧反硝化的电子供体，又是硝化过程的抑制物质，而在双氧区模型中，污水中厌氧区的反硝化菌得不到电子供体，反硝化速率就降低，SND的脱氮效率也就不会很高。（1）生物学及生物化学解释通常认为有硝化作用的菌种会在微量分子态氧存在的情况下优先利用氧作为电子受体，而不是亚硝酸盐或硝

8、酸盐。在纯培养条件下的使用表明，当溶解氧浓度大于0.2mg/L时，反硝化作用就会终止，但好氧反硝化现象的发现表明，即在溶解氧浓度达到1.0mg/L时，仍在污水处理工艺中观察到了总氮损失现象。HONGW.ZHAO等认为SND现象发生的主要原因可能在于异养硝化和好氧反硝化的发生。因为除此之外不能较好的解释有氧区域的反硝化现象，Robertson等发现有氧区域的反硝化现象，指出了好氧反硝化与异养硝化速率随溶解氧浓度升高而也降低，并假设ThiosphaeraPantotropha和其它一些好氧反硝化菌利