4、污水脫氮的影響因素
(1)、酸堿度(pH值)
大量研究表明,氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌的適宜的pH分別為7.0~8.5和6.0~7.5,當(dāng)pH值低于6.0或高于9.6時,硝化反應(yīng)停止。硝化細菌經(jīng)過一段時間馴化后,可在低pH值(5.5)的條件下進行,但pH值突然降低,則會使硝化反應(yīng)速度驟降,待pH值升高恢復(fù)后,硝化反應(yīng)也會隨之恢復(fù)。
反硝化細菌最適宜的pH值為7.0~8.5,在這個pH值下反硝化速率較高,當(dāng)pH值低于6.0或高于8.5時,反硝化速率將明顯降低。此外pH值還影響反硝化最終產(chǎn)物,pH值超過7.3時終產(chǎn)物為氮氣,低于7.3時終產(chǎn)物是N2O。硝化過程消耗廢水中的堿度會使廢水的pH值下降(每硝化1g氨氮將消耗7.14g堿度,以CaCO3計)。相反,反硝化過程則會產(chǎn)生一定量的堿度使pH值上升(每反硝化1g硝酸鹽將產(chǎn)生3.57g堿度,以CaCO3計)但是由于硝化反應(yīng)和反硝化過程是序列進行的,也就是說反硝化階段產(chǎn)生的堿度并不能彌補硝化階段所消耗的堿度。因此,為使脫氮系統(tǒng)處于最佳狀態(tài),應(yīng)及時調(diào)整pH值。
(2)、溫度(T)
硝化反應(yīng)適宜的溫度范圍為5~35℃,在5~35℃范圍內(nèi),反應(yīng)速度隨溫度升高而加快,當(dāng)溫度小于5℃時,硝化菌完全停止活動;在同時去除COD和硝化反應(yīng)體系中,溫度小于15℃時,硝化反應(yīng)速度會迅速降低,對硝酸菌的抑制會更加強烈。
反硝化反應(yīng)適宜的溫度是15~30℃,當(dāng)溫度低于10℃時,反硝化作用停止,當(dāng)溫度高于30℃時,反硝化速率也開始下降。
有研究表明,溫度對反硝化速率的影響取與反應(yīng)設(shè)備的類型、負荷率的高低都有直接的關(guān)系,不同碳源條件下,不同溫度對反硝化速率的影響也不同。
(3)、溶解氧(DO)
在好氧條件下硝化反應(yīng)才能進行,溶解氧濃度不但影響硝化反應(yīng)速率,而且影響其代謝產(chǎn)物。為滿足正常的硝化反應(yīng),在活性污泥中,溶解氧的濃度至少要有2mg/L,一般應(yīng)在2~3mg/L,生物膜法則應(yīng)大于3mg/L。當(dāng)溶解氧的濃度低于0.5~0.7mg/L時,硝化反應(yīng)過程將受到限制。
傳統(tǒng)的反硝化過程需在較為嚴(yán)格的缺氧條件下進行,因為氧會同競爭電子供體,且會抑制微生物對硝酸鹽還原酶的合成及其活性。但是,在一般情況下,活性污泥生物絮凝體內(nèi)存在缺氧區(qū),曝氣池內(nèi)即使存在一定的溶解氧,反硝化作用也能進行。研究表明,要獲得較好的反硝化效果,對于活性污泥系統(tǒng),反硝化過程中混合液的溶解氧濃度應(yīng)控制在0.5mg/L以下;對于生物膜系統(tǒng),溶解氧需保持在1.5mg/L以下。
(4)、碳氮比(C/N)
在脫氮過程中,C/N將影響活性污泥中硝化菌所占的比例。因為硝化菌為自養(yǎng)型微生物,代謝過程不需要有機質(zhì),所以污水中的BOD5/TKN越小,即BOD5的濃度越低硝化菌所占的比例越大,硝化反應(yīng)越容易進行。硝化反應(yīng)的一般要求是BOD5/TKN>5,COD/TKN>8,下表是GradyC.P.L.Jr推薦的不同的C/N對脫氮的效果的影響
氨氮是硝化作用的主要基質(zhì),應(yīng)保持一定的濃度,但氨氮濃度超過100~200mg/L時,會對硝化反應(yīng)起抑制作用,其抑制程度隨著氨氮濃度的增加而增加。
反硝化過程需要有足夠的有機碳源,但是碳源種類不同亦會影響反硝化速率。反硝化碳源可以分為三類:第一類是易于生物降解的溶解性的有機物;第二類是可慢速降解的有機物;第三類是細胞物質(zhì),細菌利用細胞成分進行內(nèi)源硝化。在三類物質(zhì)中,第一類有機物作為碳源的反應(yīng)速率最快,第三類最慢。
有研究認為,廢水中BOD5/TKN≥4~6時,可以認為碳源充足,不必外加碳源。
(5)、污泥齡(SRT)
污泥齡(生物固體的停留時間)是廢水硝化管理的控制目標(biāo)。為了使硝化菌菌群能在連續(xù)流的系統(tǒng)中生存下來,系統(tǒng)的SRT必須大于自養(yǎng)型硝化菌的比生長速率,泥齡過短會導(dǎo)致硝化細菌的流失或硝化速率的降低。在實際的脫氮工程中,一般選用的污泥齡應(yīng)大于實際的SRT。有研究表明,對于活性污泥法脫氮,污泥齡一般不低于15d。污泥齡較長可以增加微生物的硝化能力,減輕有毒物質(zhì)的抑制作用,但也會降低污泥活性。
(6)、內(nèi)回流比(r)
內(nèi)回流的作用是向反硝化反應(yīng)器內(nèi)提供硝態(tài)氮,使其作為反硝化作用的電子受體,從而達到脫氮的目的,循環(huán)比不但影響脫氮的效果,而且影響整個系統(tǒng)的動力消耗,是一項重要的參數(shù)。循環(huán)比的取值與要求達到的效果以及反應(yīng)器類型有關(guān)。有數(shù)據(jù)表明,循環(huán)比在50%以下,脫氮率很低;脫氮率在200%以下,脫氮率隨循環(huán)比升高而顯著上升;內(nèi)回流比高于200%以后,脫氮效率提高較緩慢。一般情況下,對低氨氮濃度的廢水,回流比在200%~300%最為經(jīng)濟。
(7)、氧化還原電位(ORP)
在理論上,缺氧段和厭氧段的DO均為零,因此很難用DO描述。據(jù)研究,厭氧段ORP值一般在-160~-200mV之間,好氧段ORP值一般在+180mV坐右,缺氧段的ORP值在-50~-110mV之間,因此可以用ORP作為脫氮運行的控制參數(shù)。
(8)、抑制性物質(zhì)
某些有機物和一些重金屬、氰化物、硫及衍生物、游離氨等有害物質(zhì)在達到一定濃度時會抑制硝化反應(yīng)的正常進行。游離氨的抑制允許濃度:亞硝酸(Nitosomonas)為10~150mg/L,硝酸鹽(Nitrobacter)為0.1~1mg/L。有機物抑制硝化反應(yīng)的主要原因:一是有機物濃度過高時,硝化過程中的異養(yǎng)微生物濃度會大大超過硝化菌的濃度,從而使硝化菌不能獲得足夠的氧而影響硝化速率;二是某些有機物對硝化菌具有直接的毒害或抑制作用。
(9)、其他因素影響
生物脫氮系統(tǒng)涉及厭氧和缺氧過程,不需要供氧,但必須使污泥處于懸浮狀態(tài),攪拌是必需的,攪拌所需的功率對豎向攪拌器一般為12~16W/m3,對水平攪拌器一般為8W/m3。
5、生物脫氮過程中氮素的轉(zhuǎn)化條件
生物脫氮過程包括氨氧化、亞硝化、硝化及反硝化,有機物降解碳化過程亦伴隨著這些過程同時完成。綜合考慮各項因素(如菌種及其增值速度、溶解氧、pH值、溫度、負荷等)可有效減化和改善生物脫氮的總體過程。生物脫氮反應(yīng)與有機物好氧分解反應(yīng)條件與特性。
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