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影響生物脫氮的主要因素

文章出處:AG贵宾会環境 人氣: 發表時間:2018-06-16 09:58

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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pH值低於6.0或高於9.6時,硝化反應停止。硝化細菌經過一段時間馴化後,可在低pH值(5.5)的條件下進行,但pH值突然降低,則會使硝化反應速度驟降,待pH值升高恢複後,硝化反應也會隨之恢複。

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pH值低於6.0或高於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物,pH值超過7.3時終產物為氮氣,低於7.3時終產物是N2O。

硝化過程消耗廢水中的堿度會使廢水的pH值下降(每氧化1g 將消耗7.14g堿度,以CaCO3計)。相反,反硝化過程則會產生一定量的堿度使pH值上升(每反硝化1g 將產生3.57g堿度,以CaCO3計)但是由於硝化反應和反硝化過程是序列進行的,也就是說反硝化階段產生的堿度並不能彌補硝化階段所消耗的堿度。因此,為使脫氮係統處於最佳狀態,應及時調整pH值。

 

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溫度(T)
硝化反應適宜的溫度範圍為5~35℃,在5~35℃範圍內,反應速度隨溫度升高而加快,當溫度小於5℃時,硝化菌完全停止活動;在同時去除COD和硝化反應體係中,溫度小於15℃時,硝化反應速度會迅速降低,對硝酸菌的抑製會更加強烈。

反硝化反應適宜的溫度是15~30℃,當溫度低於10℃時,反硝化作用停止,當溫度高於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與反應設備的類型、負荷率的高低都有直接的關係,不同碳源條件下,不同溫度對反硝化速率的影響也不同。

 

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溶解氧(DO)
在好氧條件下硝化反應才能進行,溶解氧濃度不但影響硝化反應速率,而且影響其代謝產物。為滿足正常的硝化反應,在活性汙泥中,溶解氧的濃度至少要有2mg/L,一般應在2~3mg/L,生物膜法則應大於3mg/L。當溶解氧的濃度低於0.5~0.7mg/L時,硝化反應過程將受到限製。

傳統的反硝化過程需在較為嚴格的缺氧條件下進行,因為氧會同競爭電子供體,且會抑製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,活性汙泥生物絮凝體內存在缺氧區,曝氣池內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,對於活性汙泥係統,反硝化過程中混合液的溶解氧濃度應控製在0.5mg/L以下;對於生物膜係統,溶解氧需保持在1.5mg/L以下。

 

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碳氮比(C/N)

在脫氮過程中,C/N將影響活性汙泥中硝化菌所占的比例。因為硝化菌為自養型微生物,代謝過程不需要有機質,所以汙水中的BOD5/TKN越小,即BOD5的濃度越低硝化菌所占的比例越大,硝化反應越容易進行。硝化反應的一般要求是BOD5/TKN>5,COD/TKN>8。

 

氨氮是硝化作用的主要基質,應保持一定的濃度,但氨氮濃度超過100~200mg/L時,會對硝化反應起抑製作用,其抑製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:第一類是易於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,細菌利用細胞成分進行內源硝化。在三類物質中,第一類有機物作為碳源的反應速率最快,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。

 

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汙泥齡(SRT)

汙泥齡(生物固體的停留時間)是廢水硝化管理的控製目標。為了使硝化菌菌群能在連續流的係統中生存下來,係統的SRT必須大於自養型硝化菌的比生長速率,泥齡過短會導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,一般選用的汙泥齡應大於實際的SRT。有研究表明,對於活性汙泥法脫氮,汙泥齡一般不低於15d。汙泥齡較長可以增加微生物的硝化能力,減輕有毒物質的抑製作用,但也會降低汙泥活性。

 

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循環比(R)

內循環回流的作用是向反硝化反應器內提供硝態氮,使其作為反硝化作用的電子受體,從而達到脫氮的目的,循環比不但影響脫氮的效果,而且影響整個係統的動力消耗,是一項重要的參數。循環比的取值與要求達到的效果以及反應器類型有關。有數據表明,循環比在50%以下,脫氮率很低;脫氮率在200%以下,脫氮率隨循環比升高而顯著上升;循環比高於200%以後,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%最為經濟。

 

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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作為脫氮運行的控製參數。

 

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抑製性物質

某些有機物和一些重金屬、氰化物、硫及衍生物、遊離氨等有害物質在達到一定濃度時會抑製硝化反應的正常進行。遊離氨的抑製允許濃度:亞硝酸(Nitosomonas)為10~150mg/L,硝酸鹽(Nitrobacter)為0.1~1mg/L。有機物抑製硝化反應的主要原因:一是有機物濃度過高時,硝化過程中的異養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製作用。

 

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其他影響因素

生物脫氮係統涉及厭氧和缺氧過程,不需要供氧,但必須使汙泥處於懸浮狀態,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

 

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生物脫氮過程中氮素的轉化條件
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。