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关于生物脱氮的分类、影响因素和主流工艺

北极星环保网来源:环境工程2018/9/18 9:20:50我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:生物脱氮 生物脱氮工艺 SBR工艺

北极星环保网讯:生物脱氮是指在微生物的联合作用下,污水中的有机氮及氨氮经过氨化作用、硝化反应、反硝化反应,最后转化为氮气的过程。其具有经济、有效、易操作、无二次污染等特,被公认为具有发展前途的方法,关于这方面的技术研究不断有新的成果报道。

分类

氨化反应

氨化反应是指含氮有机物在氨化功能菌的代谢下,经分解转化为NH4+的过程。含氮有机物在有分子氧和无氧的条件下都能被相应的微生物所分解,释放出氨。

硝化反应

硝化反应由好氧自养型微生物完成,在有氧状态下,利用无机氮为氮源将NH4+化成NO2-,然后再氧化成NO3-的过程。硝化过程可以分成两个阶段。第一阶段是由亚硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐(NO2-),第二阶段由硝化菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐(NO3-)。

反硝化反应

反硝化反应是在缺氧状态下,反硝化菌将亚硝酸盐氮、硝酸盐氮还原成气态氮(N2)的过程。反硝化菌为异养型微生物,多属于兼性细菌,在缺氧状态时,利用硝酸盐中的氧作为电子受体,以有机物(污水中的BOD成分)作为电子供体,提供能量并被氧化稳定。

主要影响因素

(1)温度

生物硝化反应的适宜温度范围为20~30℃,15℃以下硝化反应速率下降,5℃时基本停止。反硝化适宜的温度范围为20~40℃,15℃以下反硝化反应速率下降。实际中观察到,生物膜反硝化过程受温度的影响比悬浮污泥法小,此外,流化床反硝化温度的敏感性比生物转盘和悬浮污泥的小得多。

(2)溶解氧

硝化反应过程是以分子氧作为电子终受体的,因此,只有当分子氧(溶解氧)存在时才能发生硝化反应。为满足正常的硝化效果,在活性污泥工艺运行过程中,DO值至少要保持在2mg/L以上,一般为2~3mg/L。当DO值较低时,硝化反应过程将受到限制,甚至停止。

反硝化与硝化在溶解氧的需求方面是一个对立的过程。传统的反硝化过程需要在严格意义上的缺氧环境下才能发生,这是因为DO与NO3-都能作为电子受体,存在竞争行为。当有DO存在时,不仅会抑制微生物对硝酸盐还原酶的合成及其活性,而且会使反硝化菌优先利用DO作为电子终受体降解有机物。

但是,在实际的工艺运行过程中,由于氧传递的限制造成污泥絮体内部存在部分缺氧环境,也就是说,曝气池内即使存在一定浓度的DO,反硝化反应也有可能发生。研究表明,在实际活性污泥系统中只需将缺氧池DO控制在0.5mg/L以下就能够促使反硝化反应的发生,实现较好的反硝化效果。

(3)pH

pH值是影响废水生物脱氮工艺运行的重要参数之一。多数实验表明,生物脱氮功能菌对pH值的变化非常敏感,硝化菌的最适pH为8.0~8.4,当pH值不在6.0~9.6范围,即高于9.6或低于6.0时硝化反应将受到抑制而停止。

对于反硝化过程而言,反硝化反应也需要维持一定的pH值,以使其达到最佳状态,其最适pH为7.0~8.5。发生有效反硝化作用的pH范围为6.0~8.5,当pH8.5时,反硝化效果受到影响,表现为反硝化速率的显著下降。此外,反硝化反应的终产物还受pH值的影响,不同的pH值将有不同的终产物,如pH>7.3反应终产物为N2,而pH<7.3反应终产物为N2O。

(4)碳氮比

生物脱氮硝化与反硝化过程实际上是一个对立的统一体,这是由硝化菌和反硝化菌的自身属性决定的。硝化菌为自养微生物,代谢过程不需要有机物的参与,当存在高浓度有机物时,其对营养物质的竞争远弱于异养菌而产生抑制效果,硝化反应会因硝化菌数量的减少而受到限制。

所以,污水进水BOD5/TKN越小,硝化菌所占的相对比例就越大,这样就越有利于硝化反应的发生。反硝化菌是异养微生物,进行反硝化反应时需要有机碳源参与提供反应电子,因此,为实现真正意义上的生物脱氮,就必需有足够的碳源有机物。有关研究表明,废水进水中BOD5/TKN≥4~6时,可以认为反硝化碳源是充足的,不必外加碳源。

延伸阅读:

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