生活污水生物脱氮技术影响因素研究

吴新年 郭家磊 郭倩倩 王杰

摘要：随着我国经济的飞速发展及人口的增长，生活污水对环境的破坏越来越严重。氮元素的去除是生活污水污水处理中的关键技术。本文介绍了部分环境因素对生活污水生物脱氮技术的影响，主要有温度，溶解氧，pH，游离态氨和游离态亚硝酸浓度等。

Abstract： With the rapid development of China's economy and population growth， domestic sewage damage to the environment is becoming more and more serious. Nitrogen removal is a key technology in sewage treatment. This paper introduces the influence of some environmental factors on biological denitrification technology of domestic sewage， including temperature， dissolved oxygen， pH， free ammonia and free nitrite concentration.

关键词：生物脱氮;温度;溶解氧;pH;游离态氨;游离态亚硝酸

Key words： biological denitrification;temperature;dissolved oxygen;pH;free ammonia;free nitrite concentration

中图分类号：X703.1                                     文献标识码：A                                  文章編号：1006-4311（2020）11-0215-02

0  引言

氨氮废水在未经处理或处理未达标排放进入水体以后导致水体富营养化，导致水体中蓝藻等浮游生物的大量繁殖，导致水体水质恶化，水体生态环境失衡。氨氮进入水体以后在水体中溶解氧充足的情况下，氨氧化细菌能够利用水体中的溶解氧将氨氮转化为硝态氮，如硝酸根和亚硝酸根，其中亚硝酸根对人体具有致癌作用。

传统的生物脱氮技术主要包括好氧硝化和厌氧反硝化两个过程。硝化过程是由硝化细菌在好氧条件下通过氨化细菌将氨氮氧化成亚硝态氮，然后又亚硝化细菌将亚硝态氮氧化成硝态氮。氨化细菌及亚硝化细菌均属于自养型细菌。反硝化过程是反硝化细菌在缺氧条件下通过还原反应将水体中的硝态氮转化为氮气的过程，大多数反硝化菌属于兼性厌氧菌，即在无分子态氧存在的环境下利用有机物作为碳源和电子供体选择硝态氮和亚硝态氮作为电子受体实现硝态氮的最终还原[1][2]。

近年来各国学者对生物脱氮技术不断深化研究，发现硝化过程中不仅有自养细菌的参与，而且异养细菌也能参与硝化过程;好氧条件下某些微生物在也能够进行反硝化作用;尤其是发现了氨、亚硝酸盐及硝酸盐在缺氧条件下同时被转化为氮气的过程[3]。

微生物的新陈代谢及生长繁殖受到环境因素的影响。温度、溶解氧、pH、有毒物质、负荷及游离氨等都对氨化细菌、硝化细菌及反硝化细菌具有一定的影响。

1  影响因素

1.1 温度  温度对硝化与反硝化过程具有重要的影响。有学者研究发现当环境温度温度为25℃时，氨氧化的速率是15℃时的1.5倍[4]，但是亚硝酸盐的积累率却从90%升高到95%。同时研究发现，环境温度在20～35℃时，氨氧化所需的活化能较低，而环境温度在5～20℃时较高。有研究表明，在SBR短程硝化系统处理高氨氮废水过程中，当环境温度升高时，能够促进短程硝化，环境温度为30℃时，其稳定性能较好，氨氮和亚硝态氮的积累率达到最大[5]。

1.2 溶解氧  有研究表明，氨氧化细菌和亚硝化细菌的氧饱和常数分别为0.2～0.4mg/L和1.2～1.5mg/L，表明氨氧化细菌氧消耗速率及氧亲和性均高于亚硝化细菌[6]。当水体中溶解氧较低时，亚硝化细菌对溶解氧竞争力低于氨氧化细菌，因此当溶解氧较低时亚硝化细菌的活性受到抑制。当溶解氧浓度低于1.5mg/L时，氨氧化细菌的氧化速率降低，亚硝态氮的积累率降低，因此在处理高氨氮废水时，为了使氨氮得到充分降解，有必要为微生物提供充足的氧气[7]。Ruiz等[8]学者配制高氨氮废水，研究溶解氧对其硝化的影响。研究发现当溶解氧浓度降低时，亚硝态氮慢慢积累，当溶解氧浓度为0.7mg/L时，亚硝态氮的积累率为65%，达到最大值，亚硝态氮积累的过程，即溶解氧降低的过程对氨氮的去除没有影响。然而当溶解氧减低到一定浓度时，氨氮去除率降低，停止曝气后，出水中能够检测到氨氮。

1.3 有机碳源  作为异养型兼性厌氧菌，需要在反硝化过程中为反硝化菌提供充足的有机碳源，保证反硝化反应过程的进行。有机碳源通常包括废水中自身含有的有机物，另外也包括由外部添加的甲醇、乙醇、葡萄糖等碳源作为有机碳源。并且外部碳源往往与废水中含有的有机物碳源在进行反硝化反应时产生的效率不同，分子量越小的有机物，往往会表现出较好的反硝化适用性。同时在添加外部有机碳源时，往往还要考虑碳源的经济性和实用性，方便有机碳源的投加。并且当BOD/TN大于3时，往往就会表现出碳源充足，不需额外投加。

1.4 pH值  pH对硝化过程的影响比较明显，主要表现在以下两个方面：第一：氨化细菌的生长环境要求具有合适的pH值;第二：游离氨和游离亚硝酸在水体中的浓度受到pH的影响。当游离氨和游离亚硝酸的浓度过高达到一定值的时候其能够对氨氧化细菌和亚硝化细菌的活性产生抑制作用，从而对硝化反应速率产生影响;当游离氨浓度低于某个值时，亚硝化细菌的活性不受到抑制，导致硝化出水中的硝酸盐的浓度升高。因此pH是影响硝化过程的最主要的影响因素之一，但是要找到合适的pH值也并非易事。有学者在一定温度（28±1℃）条件下，研究了pH（7.8～8.7条件下）对短程硝化的影响，从而成功研制出一种新型的短程硝化生物脱氮系统。研究发现，当溶液中游离氨的浓度在0.52～4.72mg/L之间时，亚硝化细菌的活性受到抑制，因此当系统中pH和游离氨浓度较高时亚硝化细菌的活性受到抑制，能够较好地实现短程的硝化和反硝化生物脱氮技术[9]。

1.5 有毒有害物质  废水中的有毒有害物质可以对废水生物脱氮造成一定影响，包括对硝化反应产生抑制作用的重金属以及高浓度氨氮、硝氮络合阳离子、某些高分子有机物和一些含N和S元素如氰化物和苯胺等的物质，这些有毒有害物质一方面干扰细胞的新陈代谢，另外破坏细菌初始的氧化能力，尤其是对亚硝酸菌的影响尤其强烈。

1.6 FA（游离态氨）和FNA（游离态亚硝酸）  有研究发现氨氮和亚硝态氮浓度较高时，亚硝化细菌的活性受到抑制。然而Van等发现游离态氨及游离态亚硝酸亦能够抑制亚硝化细菌的活性[10]。

游离态亚硝酸的浓度为0.4mg/L和0.02mg/L时，分别对氨氧化细菌和亚硝化细菌产生抑制作用，因此游离态亚硝酸更容易对亚硝化细菌产生抑制作用。游离态亚硝酸不仅能够多微生物的活性和生长速率产生影响，而且能够影响无水中微生物的种群结构。游离态氨的浓度为0.1～1.0 mg/L和10～150mg/L时，分别对亚硝化细菌和氨氧化细菌产生抑制作用，当游离态氨为6mg/L时，亚硝化细菌的生长完全被抑制，当游离态氨浓度一定时，相对于亚硝化细菌，氨氧化细菌能够更好地生长。游离态氨对亚硝化细菌的抑制作用使可逆的，当这种作用消失以后，亚硝化细菌能够逐渐恢复，且当亚硝化细菌长期生长在较高的游离态氨的环境中时，其能够适应这种环境，活性能够慢慢得到恢复。

2  结束语

随着生活水平的提高，生活污水处理越来越受到人们重视，废水中氮元素进入水体后对水体导致水体富营养化，破坏水体中微生物群落及生态结构。

环境因素对污水中氮元素的去除具有重要影响。适宜的温度能够使脱碳过程达到较好的稳定性，促进氨氮和亚硝态氮的积累;高氨氮废水的处理过程中充足的氧气能够保证氨氮的充分降解;生物脱氮过程中pH的变化对游离氨及游离亚硝酸的浓度产生影响，进而对氨氧化细菌和亚硝化细菌的活性产生影响;游离态氨及游离态亚硝酸对微生物的活性及生长速率具有一定的影响，同时能够影响微生物的群落结构。

参考文献：

[1]王建龙.生物固定化技术与水污染控制[M].科技出版社，2002：208-217.

[2]彭金，杨义飞，赵新.新型生物脱氮工艺的研究进展[J].水科学与工程技术，2009（6）：23-26.

[3]高大文.污水生物脱氮新技术研究现状与发展方向[J].现代化工，2004：S1.

[4]Guo J H， Peng Y Z， Huang H J， et al. Short-and long-term effects of temperature on partialnitrification in a sequencing batch reactor treating domestic wastewater[J]. J Hazard Mater，2010，179（1-3）：471-479.

[5]吴雪，赵鑫，刘一威，等.高氨氮废水短程硝化系统影响因素研究[J].环境科学与技术，2013，36（6L）：5-9.

[6]B Balmelle， K M Nguyen， B Capdeville， et al. Study of factors controlling nitrite build-upin biological processes for water nitrification[J]. Wat.Sci.Tech.，1992，26（5-6）：1017-1025.

[7]鄭平，徐向阳，胡宝兰.新型生物脱氮理论与技术[M].北京：科学出版社，2004.

[8]Ruiz G， Jeison D， Chamy R. Nitrification with High Nitrite Accumulation for the Treatmentof Wastewater with High Ammonia Concentration[J]. Water Res，2003，37（6）：1371-1377.

[9]大文，彭永臻，王淑莹.控制pH实现短程硝化反硝化生物脱氮技术[J].哈尔滨工业大学学报，2005（12）：1664-1666.

[10]Van H， Volcke E， Teruel J， et al. Influence of temperature and p H on the kinetics of thesharon nitritation Process [J]. Journal of Chemical Technology and Biotechnology，2007，82（5）：471-480.