同步硝化反硝化的影響因素研究

徐超+王晨

作者簡介：徐超（1980—），男，湖北武漢人,工程師,主要從事給排水設計工作。中圖分類號：X703文獻標識碼：A文章編號：16749944(2014)05031202

1引言

同步硝化反硝化(SND) 是指在空間上沒有明顯缺氧和好氧分區或者在時間上沒有缺氧/好氧交替的條件下,硝化和反硝化反應在空間和時間上同步進行的生物脫氮過程［1］。同步硝化反硝化作為一種經濟有效的脫氮工藝具有明顯的優越性。它簡化了生物脫氮工藝流程,縮短了廢水處理周期,在一定程度上減小了污水處理占地面積、降低了處理能耗,進而大大提高了生物脫氮效率,目前已成為研究熱點,并受到國內外的廣泛重視［2］。同步硝化反硝化與多種因素有關,例如,DO、C/N、pH、有機碳源、溫度、污泥齡、水力停留時間等。本文對幾種常見的影響因素加以闡述,為同步硝化反硝化在水處理中的應用加以指導。

2同步硝化反硝化的影響因素

2.1DO

榮宏偉等［3］研究了序批式生物膜反應器(SBBR)同步硝化反硝化生物脫氮城市污水處理工藝。試驗結果表明:DO 是影響SBBR 工藝實現同步硝化反硝化的一個重要因素,將DO 控制在2.8~4.0mg/L 的范圍內,可以取得較好同步硝化反硝化效果,總氮去除率可達67%以上。SBBR工藝同步硝化反硝化主要是由微環境引起的,生物膜在好氧條件下能創造缺氧微環境,DO 濃度直接影響生物膜內部好氧區與缺氧區比例的大小,進而影響硝化和反硝化的效果。

馬放等［4］利用培養馴化出高效同步硝化反硝化活性污泥,研究有機物負荷、溶氧和溫度等因素對SBR 反應器同步硝化反硝化脫氮效能的影響。結果表明:當溫度為25~30 ℃、pH值為7~9時,系統脫氮效果較好;當碳氮比在1∶1~8∶1 時,COD、氨氮、TN 去除率隨著碳氮比的升高而降低,分兩次投加有機物有利于提高好氧反硝化同步脫氮效果;當曝氣量在0.12~0.80L/min時,氨氮去除率隨曝氣量的升高而升高,最后穩定在99.8% 以上;TN 去除率隨曝氣量升高先升高后降低,在曝氣量為0.2 L/min時達到最大值95.52%;COD 去除率一直穩定在91% 以上,曝氣量的改變對COD 去除率的影響不明顯。系統溫度為25~30 ℃、碳氮比為1.5∶1、曝氣量為0.2 L/min、pH值為7~9時,分兩次投加有機物同步脫氮效果最優。其他一些學者也報道了DO對SBR反應器同步硝化反硝化的影響［5,6］。羅思音［7］研究了DO對SBR反應器短程同步硝化反硝化除磷工藝的影響,同時對短程同步硝化反硝化和反硝化除磷的機理進行探討。試驗表明:控制DO濃度可在同一個反應器內既實現短程同步硝化反硝化反應又達到反硝化除磷的效果。

2.2水力停留時間

張楠［8］研究了不同水力停留時間對于膜生物反應器中同步硝化反硝化效果的影響。結果表明,隨著水力停留時間的減少,同步硝化反硝化效果在增加。在COD/TN為8~10,COD容積負荷為3.36kg/(m3.d),HRT為2.5h,SRT為45d,DO為0.2~0.3mg/L,pH值為7.0~8.0時,COD的去除率達到96.3%,硝化率達到91.7%,同步硝化反硝化率為56.7%。

2.3pH值

張志等［9］從反應器脫氮性能和好氧顆粒污泥理化性狀方面研究了pH 值對好氧顆粒污泥同步硝化反硝化脫氮過程的影響。結果表明:好氧顆粒污泥微生態環境的形成,大大增強其耐酸堿沖擊負荷能力,在pH 值8~9 范圍內氨氮去除率均達到95%以上。在pH 值6~9 范圍內,好氧顆粒污泥理化性狀穩定,沒有發生解體現象。方茜等［10］也發現pH 值在中性和略偏堿性的范圍內有利于SBR反應器內SND的發生。彭趙旭等［11］發現pH 處于7.6~8.4 的情況下,SND 率隨著pH 的增加先升高后下降,當pH 處于8 時,SND 率達到最高。

2.4溫度

溫度也可以對同步硝化反硝化的發生產生影響,張可方等［12］發現當溫度為21~35℃時均能實現亞硝酸型同步硝化反硝化。隨著溫度的上升,氨氧化速率及對TN 的去除速率均加快,31℃時達到最大值,其中氨氧化速率為4.71mgNH+4-N / (L.h),對TN 的去除率為84.8%;但當溫度升高到35℃時去除速率會略有下降,且所需反應時間延長。張蘭河等［13］也考察了溫度對SBR反應器工藝同步硝化反硝化的影響。

2.5碳源

魏海娟等［14］利用序批式移動床生物膜反應器研究了有機碳源對低碳氮比ρC/ρN (指ρCOD /ρTN,以下同) 生活污水同步硝化反硝化脫氮的影響,結果表明,在無外加碳源時,同步硝化反硝化條件下TN去除率為59.8%,COD平均去除率為83.12%,NH+4-N去除率為94.9%(最高達到99.8%);分別以淀粉、葡萄糖和甲醇為外加碳源,ρC/ρN=7時,發現投加外碳源有利于有機物、NH+4-N和TN的降解和轉化,NH+4-N轉化受碳源種類影響不大,投加淀粉時有機物降解不完全導致系統有惡化趨勢,投加甲醇碳源時系統脫氮效率最高,TN去除率達84.5%,投加葡萄糖時,TN去除率為8055%,從安全和經濟方面考慮,確定投加葡萄糖較為合適。也有其他關于報道碳源［15］、碳源濃度［16］、碳源利用方式［17］對同步硝化反硝化的影響。

2.6C/N

趙冰怡等［18］研究了C/N比和曝氣量對同步硝化反硝化的影響,結果表明,在環境溫度13~23℃,MLSS為6.0~6.8g/L,進水NH+4-N 濃度50mg/L,曝氣量0.5m3/h,HRT為6h實驗條件下,總氮去除率隨著進水C/N比的增加而增加,在C/N比為6∶1~8∶1時,TN去除率達到79%~89%,低的C/N比抑制反硝化,過高的C/N比增加了碳源補加的成本。改變反應曝氣量,當C/N比為6∶1,曝氣量為0.4m3/h時,TN的去除率達到了最大值85%。曝氣量過高或過低,TN去除率均下降。馬志華等［19］研究了不同DO和C/N對側溝式一體化OCO反應器同步硝化反硝化和COD降解效果的影響。蔣勝韜等［20］通過膜生物反應器的連續運行,研究了DO、C/N比、F/M和pH等影響因子對膜生物反應器同步硝化反硝化的影響,并對其影響機制進行了分析。實驗結果表明,DO、C/N比、F/M和pH是同步硝化反硝化效果的重要影響因子。

2.7其他

陳英文等［21］利用自培養硝化污泥與實驗室篩選的1株反硝化細菌共培養形成共生污泥,構建膜生物反應器(MBR)單一反應體系同步硝化反硝化系統,得到系統良好同步硝化反硝化曝氣量和污泥濃度的最優條件。方茜等［22］在不同間歇曝氣(IA)模式下,采用序批式活性污泥法(SBR)處理模擬低碳城市污水,并考察了ORP和pH 值的變化規律與同步硝化反硝化(SND)持續穩定性之間的關系。運行結果表明,低曝氣百分數和高曝氣頻率的間歇曝氣模式有利于SND過程的持續穩定,且ORP 均值的均化程度與ORP和pH 值的穩定性可控制SND過程的穩定性。

3結語

盡管國內外已對該理論開展了一系列研究,今后在以下兩個方面還值得作進一步深入的研究:如何將脫氮除磷有機的結合起來,探索一種可持續城市污水生物處理技術。闡明同步硝化反硝化反應的機理及微生物特性,為今后研究及工程化應用提供科學依據。

參考文獻：

［1］ 范寅,羅固源,張園.DO濃度對OGO系統同步硝化反硝化脫氮的影響［J］.三峽環境與生態,2010,3(3):1~4,7.

endprint

［2］ 張萬友,張蘭河,楊濤,等.不同有機碳源對SBR工藝同步硝化反硝化影響［J］.化工進展,2010,29(12):2395~2399.

［3］ 榮宏偉,張朝升,彭永臻,等.DO對SBBR工藝同步硝化反硝化的影響研究［J］.環境科學與技術,2009,32(8):16~19.

［4］ 馬放,李平,張曉琦,等.SBR反應器同步硝化反硝化影響因素及其特性［J］.哈爾濱工業大學學報,2011,43(8):55~60.

［5］ 張朝升,章文菁,方茜,等.DO對好氧顆粒污泥短程同步硝化反硝化脫氮的影響［J］.環境工程學報,2009,3(3):413~416.

［6］ 張可方,方茜,曹勇鋒.溫度和溶解氧對短程同步硝化反硝化脫氮效果的影響［J］.廣州大學學報:自然科學版,2011,10(1):81~84.

［7］ 羅思音.DO對短程同步硝化反硝化除磷工藝的影響［J］.水科學與工程技術,2011,(5):18~20.

［8］ 張楠.不同水力停留時間對膜生物反應器中同步硝化反硝化的影響［J］.浙江建筑,2008,25(2):53~55.

［9］ 張志,任洪強,張蓉蓉,等.pH值對好氧顆粒污泥同步硝化反硝化過程的影響［J］.中國環境科學,2005,25(6):650~654.

［10］ 方茜,張朝升,張可方,等.污泥齡及pH值對同步硝化反硝化過程的影響［J］.廣州大學學報:自然科學版,2008,7(3):50~54.

［11］ 彭趙旭,彭永臻,左金龍.同步硝化反硝化的影響因素研究［J］.給水排水,2009,35(5):167~171.

［12］ 張可方,凌忠勇,張立秋,等.溫度對SBBR亞硝酸型同步硝化反硝化的影響［J］.中國給水排水,2009,25(13):27~30,34.

［13］ 張蘭河,劉洪雷,張海豐,等.溫度對序批式生物反應器工藝同步硝化反硝化的影響［J］.化學工程,2011,39(4):7~11,16.

［14］ 魏海娟,張永祥,蔣源,等.碳源對生物膜同步硝化反硝化脫氮影響［J］.北京工業大學學報,2010,36(4):506~510,545.

［15］ 杜馨,張可方,方茜,等.碳源對SBR工藝同步硝化反硝化的影響［J］.中國給水排水,2007,23(11):47~51.

［16］ 林金鑾,張可方,方茜,等.碳源濃度對同步硝化反硝化協同除磷影響研究［J］.環境科學與技術,2009,32(9):5~8.

［17］ 李晨光,王暄.碳源利用方式對好氧顆粒污泥同步硝化反硝化的影響［J］.工業水處理,2009,29(12):66~69.

［18］ 趙冰怡,陳英文,沈樹寶.C/N比和曝氣量影響MBR同步硝化反硝化的研究［J］.環境工程學報,2009,3(3):400~404.

［19］ 馬志華,李德豪,周如金,等.側溝式一體化OCO工藝中DO和C/N對同步硝化反硝化的影響［J］.環境工程學報,2012,6(5):1513~1517.

［20］ 蔣勝韜,管玉江,張威,等.膜生物反應器中同步硝化反硝化機制及影響因子探討［J］.環境工程學報,2010,4(7):1551~1554.

［21］ 陳英文,魏基業,趙冰怡,等.單一反應體系曝氣量與污泥質量濃度對同步硝化反硝化的影響［J］.南京工業大學學報:自然科學版,2011,33(3):38~42.

［22］ 方茜,張朝升,杜馨.間歇曝氣模式對同步硝化反硝化穩定性的影響［J］.

endprint