同步硝化反硝化的影响因素研究

徐超+王晨

作者简介：徐超（1980—），男，湖北武汉人,工程师,主要从事给排水设计工作。中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：16749944(2014)05031202

1引言

同步硝化反硝化(SND) 是指在空间上没有明显缺氧和好氧分区或者在时间上没有缺氧/好氧交替的条件下,硝化和反硝化反应在空间和时间上同步进行的生物脱氮过程［1］。同步硝化反硝化作为一种经济有效的脱氮工艺具有明显的优越性。它简化了生物脱氮工艺流程,缩短了废水处理周期,在一定程度上减小了污水处理占地面积、降低了处理能耗,进而大大提高了生物脱氮效率,目前已成为研究热点,并受到国内外的广泛重视［2］。同步硝化反硝化与多种因素有关,例如,DO、C/N、pH、有机碳源、温度、污泥龄、水力停留时间等。本文对几种常见的影响因素加以阐述,为同步硝化反硝化在水处理中的应用加以指导。

2同步硝化反硝化的影响因素

2.1DO

荣宏伟等［3］研究了序批式生物膜反应器(SBBR)同步硝化反硝化生物脱氮城市污水处理工艺。试验结果表明:DO 是影响SBBR 工艺实现同步硝化反硝化的一个重要因素,将DO 控制在2.8~4.0mg/L 的范围内,可以取得较好同步硝化反硝化效果,总氮去除率可达67%以上。SBBR工艺同步硝化反硝化主要是由微环境引起的,生物膜在好氧条件下能创造缺氧微环境,DO 浓度直接影响生物膜内部好氧区与缺氧区比例的大小,进而影响硝化和反硝化的效果。

马放等［4］利用培养驯化出高效同步硝化反硝化活性污泥,研究有机物负荷、溶氧和温度等因素对SBR 反应器同步硝化反硝化脱氮效能的影响。结果表明:当温度为25~30 ℃、pH值为7~9时,系统脱氮效果较好;当碳氮比在1∶1~8∶1 时,COD、氨氮、TN 去除率随着碳氮比的升高而降低,分两次投加有机物有利于提高好氧反硝化同步脱氮效果;当曝气量在0.12~0.80L/min时,氨氮去除率随曝气量的升高而升高,最后稳定在99.8% 以上;TN 去除率随曝气量升高先升高后降低,在曝气量为0.2 L/min时达到最大值95.52%;COD 去除率一直稳定在91% 以上,曝气量的改变对COD 去除率的影响不明显。系统温度为25~30 ℃、碳氮比为1.5∶1、曝气量为0.2 L/min、pH值为7~9时,分两次投加有机物同步脱氮效果最优。其他一些学者也报道了DO对SBR反应器同步硝化反硝化的影响［5,6］。罗思音［7］研究了DO对SBR反应器短程同步硝化反硝化除磷工艺的影响,同时对短程同步硝化反硝化和反硝化除磷的机理进行探讨。试验表明:控制DO浓度可在同一个反应器内既实现短程同步硝化反硝化反应又达到反硝化除磷的效果。

2.2水力停留时间

张楠［8］研究了不同水力停留时间对于膜生物反应器中同步硝化反硝化效果的影响。结果表明,随着水力停留时间的减少,同步硝化反硝化效果在增加。在COD/TN为8~10,COD容积负荷为3.36kg/(m3.d),HRT为2.5h,SRT为45d,DO为0.2~0.3mg/L,pH值为7.0~8.0时,COD的去除率达到96.3%,硝化率达到91.7%,同步硝化反硝化率为56.7%。

2.3pH值

张志等［9］从反应器脱氮性能和好氧颗粒污泥理化性状方面研究了pH 值对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮过程的影响。结果表明:好氧颗粒污泥微生态环境的形成,大大增强其耐酸碱冲击负荷能力,在pH 值8~9 范围内氨氮去除率均达到95%以上。在pH 值6~9 范围内,好氧颗粒污泥理化性状稳定,没有发生解体现象。方茜等［10］也发现pH 值在中性和略偏碱性的范围内有利于SBR反应器内SND的发生。彭赵旭等［11］发现pH 处于7.6~8.4 的情况下,SND 率随着pH 的增加先升高后下降,当pH 处于8 时,SND 率达到最高。

2.4温度

温度也可以对同步硝化反硝化的发生产生影响,张可方等［12］发现当温度为21~35℃时均能实现亚硝酸型同步硝化反硝化。随着温度的上升,氨氧化速率及对TN 的去除速率均加快,31℃时达到最大值,其中氨氧化速率为4.71mgNH+4-N / (L.h),对TN 的去除率为84.8%;但当温度升高到35℃时去除速率会略有下降,且所需反应时间延长。张兰河等［13］也考察了温度对SBR反应器工艺同步硝化反硝化的影响。

2.5碳源

魏海娟等［14］利用序批式移动床生物膜反应器研究了有机碳源对低碳氮比ρC/ρN (指ρCOD /ρTN,以下同) 生活污水同步硝化反硝化脱氮的影响,结果表明,在无外加碳源时,同步硝化反硝化条件下TN去除率为59.8%,COD平均去除率为83.12%,NH+4-N去除率为94.9%(最高达到99.8%);分别以淀粉、葡萄糖和甲醇为外加碳源,ρC/ρN=7时,发现投加外碳源有利于有机物、NH+4-N和TN的降解和转化,NH+4-N转化受碳源种类影响不大,投加淀粉时有机物降解不完全导致系统有恶化趋势,投加甲醇碳源时系统脱氮效率最高,TN去除率达84.5%,投加葡萄糖时,TN去除率为8055%,从安全和经济方面考虑,确定投加葡萄糖较为合适。也有其他关于报道碳源［15］、碳源浓度［16］、碳源利用方式［17］对同步硝化反硝化的影响。

2.6C/N

赵冰怡等［18］研究了C/N比和曝气量对同步硝化反硝化的影响,结果表明,在环境温度13~23℃,MLSS为6.0~6.8g/L,进水NH+4-N 浓度50mg/L,曝气量0.5m3/h,HRT为6h实验条件下,总氮去除率随着进水C/N比的增加而增加,在C/N比为6∶1~8∶1时,TN去除率达到79%~89%,低的C/N比抑制反硝化,过高的C/N比增加了碳源补加的成本。改变反应曝气量,当C/N比为6∶1,曝气量为0.4m3/h时,TN的去除率达到了最大值85%。曝气量过高或过低,TN去除率均下降。马志华等［19］研究了不同DO和C/N对侧沟式一体化OCO反应器同步硝化反硝化和COD降解效果的影响。蒋胜韬等［20］通过膜生物反应器的连续运行,研究了DO、C/N比、F/M和pH等影响因子对膜生物反应器同步硝化反硝化的影响,并对其影响机制进行了分析。实验结果表明,DO、C/N比、F/M和pH是同步硝化反硝化效果的重要影响因子。

2.7其他

陈英文等［21］利用自培养硝化污泥与实验室筛选的1株反硝化细菌共培养形成共生污泥,构建膜生物反应器(MBR)单一反应体系同步硝化反硝化系统,得到系统良好同步硝化反硝化曝气量和污泥浓度的最优条件。方茜等［22］在不同间歇曝气(IA)模式下,采用序批式活性污泥法(SBR)处理模拟低碳城市污水,并考察了ORP和pH 值的变化规律与同步硝化反硝化(SND)持续稳定性之间的关系。运行结果表明,低曝气百分数和高曝气频率的间歇曝气模式有利于SND过程的持续稳定,且ORP 均值的均化程度与ORP和pH 值的稳定性可控制SND过程的稳定性。

3结语

尽管国内外已对该理论开展了一系列研究,今后在以下两个方面还值得作进一步深入的研究:如何将脱氮除磷有机的结合起来,探索一种可持续城市污水生物处理技术。阐明同步硝化反硝化反应的机理及微生物特性,为今后研究及工程化应用提供科学依据。

参考文献：

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