污水處理技術之短程硝化反硝化與同步硝化反硝化的區別

污水處理技術之短程硝化反硝化與同步硝化反硝化的區別

01簡介

根據傳統生物脫氮理論，脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個階段，硝化和反硝化兩個過程需要在兩個隔離的反應器中進行，或者在時間或空間上造成交替缺氧和好氧環境的同一個反應器中；實際上，較早的時期，在一些沒有明顯的缺氧及厭氧段的活性污泥工藝中，人們就層多次觀察到氮的非同化損失現象，在曝氣系統中也曾多次觀察到氮的消失。在這些處理系統中，硝化和反硝化反應往往發生在同樣的處理條件及同一處理空間內，因此，這些現象被稱為同步硝化/反硝化（SND）。

對于各種處理工藝中出現的SND現象已有大量的報道，包括生物轉盤、連續流反應器以及序批示SBR反應器等等。與傳統硝化-反硝化處理工藝比較，SND具有以下的一些優點：

 01 能有效地保持反應器中pH穩定，減少或取消 堿度的投加；

 02  減少傳統反應器的容積，節省基建費用；

 03 對于僅由一個反應池組成的序批示反應器來講，SND能夠降低實現硝化-反硝化所需的時間；

 04 曝氣量的節省，能夠進一步降低能耗。

因此SND系統提供了今后降低投資并簡化生物除氮技術的可能性。

02同步硝化/反硝化的機理研究

2.1宏觀環境

    生物反應器中的溶解氧DO主要是通過曝氣設備的充氧而獲得，無論何種曝氣裝置都無法使反應內氧氣在污水中充分混勻。最終形成反應器內部不同區域缺氧和好氧段，分別為反硝化菌和硝化菌的作用提供了優勢環境，造成了事實上硝化和反硝化作用的同時進行。除了反應器不同空間上的溶氧不均外，反應器在不同時間點上的溶氧變化也可以導致同步硝化/反硝化現象的發生。Hyungseok Yoo 研究了SBR反應器在曝氣反應階段，反應器內DO濃度歷經減小后逐漸升高，并伴隨的同步硝化/反硝化現象。

2.2微環境理論

    缺氧微環境理論是目前已被普遍接受的一種機理，被認為是同步硝化/反硝化發生的主要原因之一。這一理論的基本觀點認為：在活性污泥的絮體中，從絮體表面至其內核的不同層次上，由于氧傳遞的限制原因，氧的濃度分布是不均勻的，微生物絮體外表面氧的濃度較高，內層濃度較低。在生物絮體顆粒尺寸足夠大的情況下，可以在菌膠團內部形成缺氧區，在這種情況下，絮體外層好氧硝化菌占優勢，主要進行硝化反應，內層為異樣反硝化菌占優勢，主要進行反硝化反應（如圖1）。除了活性污泥絮凝體外，一定厚度的生物膜中同樣可存在溶氧梯度，使得生物膜內層形成缺氧微環境。

2.3生物學解釋

   傳統理論認為硝化反應只能由自養菌完成，反硝化只能在缺氧條件下進行，近年來，好氧反硝化菌和異樣硝化菌的存在已經得到了證實。

03同步硝化反硝化影響因素

   實現SND的關鍵在于對硝化反硝化菌的培養和控制，目前國內外研究認為對影響硝化反硝化菌的因素如下。

3.1溶解氧

  DO的影響對同步硝化反硝化至關重要，研究表明，通過控制DO濃度，使硝化速率與反硝化速率達到基本一致才能達到最佳效果。

3.2有機碳源

   有機碳源對整個同步硝化反硝化體系的影響尤為重要。研究表明，有機碳源含量低則反硝化滿足不了要求；有機碳源含量高則不利于氨氮去除。

3.3微生物絮體結構

  微生物絮體結構不但影響生物絮體內DO的擴散，而且影響碳源的分布，絮體結構大小、密實度適中才有利于同步硝化反硝化。研究表明，微生物絮體的同步硝化反硝化能力隨活性污泥絮體大小的增加而提高。

3.4PH值

   同步硝化反硝化值在7.5左右時最合適。硝化菌最適pH為8.0~8.4，而反硝化菌最適pH為6.5~8.0.

3.5溫度

  同步硝化反硝化溫度在10~20℃時最適。硝化菌在20~25℃時性能減退，亞硝化反之。25℃時亞硝化性能最高。25℃后，亞硝酸菌受游離氨的抑制明顯。