兰州交通大学学报
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影响氨氮含量较低污水厌氧氨氧化的因素分析

  摘 要:与传统脱氮工艺相比较,厌氧氨氧化工艺净化污水具有较多的优点,也存在着一定的缺点。文章分别从NO2--N、无机碳、有机碳、温度、pH等方面对厌氧氨氮氧化的影响进行了认真的研究,为厌氧氨氧化净化氨氮含量较低污水提供了参考。


  关键词:氨氮含量较低污水;厌氧氨氧化;影响因素


  当前,我国城市污水中C/N比值普遍偏低,再加上我国污水排放标准逐渐提高,传统脱氮工艺难以实现污水总氮、氨氮达标。厌氧氨氧化作为新型生物脱氮技术,能够分别以污水中的氨、亚硝酸盐作为电子供体、受体,并在厌氧状态下将污水中的氮除去。和传统脱氮工艺相比较,厌氧氨氧化不但不需要外加碳源,能够节约50%碱消耗量、62.5%供氧量,且短程硝化的产泥量约为传统脱氮工艺的15%。但是,厌氧氨氧化也存在着厌氧氨氧化工艺细菌生长速度相对缓慢,污水中氨氮含量高,脱氮需于无单质氧状态下进行等缺点[1]。为拓展厌氧氨氧化的应用范围,将其应用于氨氮含量较低的污水之中,我单位展开影响氨氮含量较低污水厌氧氨氧化的因素研究,现总结报告如下。


  1 材料与方法


  1.1 装置


  实验装置使用有机玻璃制造的下向流生物膜滤池,高2m,内径7cm,填料为粒径2.5-5mm的页岩颗粒,填料高度1.6m。


  1.2 试验原水


  实验选择我单位所在地污水处理厂沉池出水,其中TOC:9.02-12.21mg/L,COD25.23-44.67mg/L,NH3-N:14.89-40.12mg/L,pH值:7.39-7.84,水温:25-28℃。


  1.3 细菌培养


  接种污泥选择主要含硝化细菌的污泥,为达到厌氧氨氧化工艺要求,实验进程中需在原水中加入亚硝酸盐。进水中NH3-N:NO2-N=1:1.3,滤速:2.49m/h。培养2-3个月,当原水中NH3-N维持40.12mg/L,滤池NH3-N稳定去除率≥98%,培养结束。


  1.4 分析指标


  分析COD、TOC、IC、NH3-N、PH值、NO2--N、温度等指标。


  2 结果及分析


  2.1 NO2--N对厌氧氨氮氧化的影响


  随着进水中 NO2--N浓度的不断增加,去除氨氮的速率也逐渐增加,当 NO2--N达到120.43mg/L时,去除氨氮的速率也达到最大值3.30mg/L?min,当去除氨氮的速率达到最大值后,若继续增加进水中NO2--N的浓度,去除氨氮的速率却不增反降,但是去除氨氮的速率仍然比NO2--N浓度为61.23mg/L时去除氨氮的速率高。这充分说明NO2--N的浓度对厌氧氨氮氧化需控制在一定浓度范围内,浓度越高,厌氧氨氮氧化速率就越快,当达到峰值后,浓度越高反而会抑制厌氧氨氮氧化速率的特点。究其原因主要为,在未达到峰值前,随着NO2--N浓度的逐渐升高,参与厌氧氨氮氧化的细菌活性逐渐增加,当达到峰值后,尽管参与厌氧氨氮氧化的细菌活性被抑制,但其活性并没有完全丧失,反而维持在较高的水平。


  2.2 碳对厌氧氨氮氧化的影响


  2.2.1 无机碳对厌氧氨氮氧化的影响


  随着进水中无机碳浓度的不断增加,去除氨氮的速率也逐渐增加,当无机碳达到56.03mg/L时,去除氨氮的速率也达到最大值5.01mg/L?min,当去除氨氮的速率达到最大值后,若继续增加进水中无机碳的浓度,去除氨氮的速率却呈现出逐渐下降的趋势。在一定浓度范围内,适当增加无机碳的浓度能够促进厌氧氨氮氧化的进行,当反应速率达到峰值后再增加无机碳的浓度,其反应速率将随着无机碳浓度的增加而逐渐下降。其原因主要为,当无机碳的浓度在一定范围内,厌氧型氨氮氧化细菌将大量繁殖,进而促进反应的快速进行。当无机碳的浓度超过一定范围,异养型反硝化细菌将大量繁殖,并争夺厌氧型氨氮氧化细菌生长繁殖的基质,从而导致厌氧氨氮氧化速率下降[2]。


  2.2.2 有机碳对厌氧氨氮氧化的影响


  在保证进水中氨氮浓度不变的情况下,当进水中有机碳的浓度越高,去除氨氮的速率却逐渐下降。有机碳的浓度对于厌氧氨氮氧化反应具有抑制作用。究其原因,主要包括两个方面:(1)厌氧氨氧化细菌为化能自养型专性厌氧菌,在有机碳存在条件下时,反应容器内异养菌的繁殖速度远大于厌氧氨氧化细菌,异养菌占有的基质就越多,从而对厌氧氨氧化细菌的繁殖形成抑制作用,并且有机碳浓度越高,异养菌的繁殖速度越大,厌氧氨氧化数量就越少,厌氧氨氧化效率就越低。(2)大量繁殖的异养菌对NO2--N产生竞争性争夺,导致厌氧氨氧化细菌能够利用的NO2--N显著减少,致使厌氧氨氧化速率降低。本研究还发现,在较高无机碳浓度条件下,厌氧氨氧化细菌在较短时间内的生长繁殖尽管被抑制,但生长繁殖仍然可以进行,但当较高无机碳浓度持续时间在14d以上,厌氧氨氧化细菌的生长繁殖能力则会完全丧失,即使无机碳浓度降低,厌氧氨氧化细菌的生长繁殖能力也无法恢复[3]。


  2.3 温度对厌氧氨氮氧化的影响


  在维持进水NH3-N不变的条件下,在15.00-28.00℃温度范围内,随着温度的逐渐升高,去除氨氮的速率也逐渐增大,此外,在进水的温度发生变化时,反应滤池内氨氮容积负荷率也随着水温的变化而变化,水温逐渐升高,容积负荷率也随之逐渐升高,反之,水温逐渐降低,容积负荷率也随之逐渐降低。这充分说明,在一定温度范围内,厌氧氨氧化细菌对于温度的变化非常敏感,温度升高,厌氧氨氧化细菌活性增加,温度降低,厌氧氨氧化细菌活性降低,可见,低温环境对于厌氧氨氧化反应具有抑制作用。郑平等学者研究发现,厌氧氨氧化细菌活性较高的温度范围为30℃-40℃,温度高于40℃或者低于15℃,厌氧氨氧化细菌的活性就会显著降低。本研究结果与上述研究结论基本一致,为郑平等学者的研究提供了支撑。


  2.4 pH对厌氧氨氮氧化的影响


  当进水pH值介于6.5-7.0之间时,去除氨氮的速率基本无变化,当进水pH值逐渐增大至弱碱性时,去除氨氮的速率逐渐增大,当进水pH=8时,去除氨氮的速率达到峰值,再继续增加进水pH值至8.5,去除氨氮的速率则显著降低。这充分说明,厌氧氨氧化反应最适合的pH值约在8左右,保持弱碱性环境,能够提高厌氧氨氮氧化反应的速率。Strous等学者研究发现,由于厌氧氨氮氧化反应是于自养型细菌的作用下进行的,在反应进行过程中,必须一定的二氧化碳作为碳源才能维持反应的进行,尽管厌氧氨氮氧化细菌异化作用对pH值不会产生影响,但是自养型细菌却能够固定二氧化碳导致环境pH略增大,并且在这种弱碱性环境中活性最大。为此,尽管大多数学者认为在厌氧氨氮氧化过程中无需使用酸碱中和剂,但是本研究发现,保持环境为弱碱性能够促进厌氧氨氮氧化反应的发生。


  3 结束语


  总之,NO2--N、碳、温度、pH均会对氨氮含量较低污水厌氧氨氧化产生一定的影响,为此,在氨氮含量较低污水厌氧氨氧化处理过程中,必须对这些因素的影响进行充分考虑,提高厌氧氨氧化的反应速率,进而达到处理氨氮含量较低污水处理的目的。


  参考文献


  [1]付丽霞,吴立波,张怡然,等。低含量氨氮污水厌氧氨氧化影响因素研究[J].水处理技术,2010,36(4):50-55.


  [2]李亚峰,张文静,马晨曦,等。厌氧氨氧化脱氮性能及主要影响因素的试验[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2013,29,2:333-337.


  作者简介:龚君玉,汉族,江苏吴江,本科学历,学习单位:苏州科技学院,研究方向:水污染控制工程。


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