同步硝化与反硝化在畜禽养殖污水处理中的运用 4页

同步硝化与反硝化在畜禽养殖污水处理中的运用同步硝化与反硝化在畜禽养殖污水处理中的运用【摘耍】近年的研究表明，硝化和反硝化可在同一反应器中同时发生，由于在同一个反应器屮同时完成硝化和反硝化两个过程,这不仅能够节省反应器体积，缩短反应时间，同时无需酸碱中和，为生物脱氮新工艺的丿I泼提供了一种新的思路。本文即详细阐述了同步硝化与反硝化在畜禽养殖污水处理屮的运用。【关键词】硝化与反硝化；畜禽养殖；污水处理；溶解氧；脱氮一、同步硝化与反硝化的作用机理概述同步硝化与反硝化（SND）的脱氮机理可以从幺观环境理论、微环境理论和微生物学理论三个方面加以解释。（一）宏观环境理论一般来说，反应中所需的DO都是通过曝气来供给，不同的曝气装置会导致反应器内DO的分布状态不同。但是在好氧条件下的活性污泥脱氮系统屮,无论哪种曝气装置却无法保证反应器屮的DO在废水中分布均匀，例如：在SBR反应器中，曝气并不能保证整个反应器中DO完全处丁均匀的混合状态，缺氧区域的存在就为该反应器中成功实现SND提供了可能。（二）微环境理论微环境理论是0前解释SND现象普遍接受的观点o这种理论认为,微生物个体一般情况下非常微小，所以环境的微小变化也会不同程度的影响微生物的生存，污泥絮体内部DO浓度的分布如图1所示。整个主体相中DO分布均匀，但是当DO向污泥絮体内部进行扩散时受到一定的限制，所以在絮体内部就会产生扩散层、好氧区、缺氧区这样一个DO梯度。微生物絮体的外层区域即扩散层和好氧区DO浓度较高，以好氧菌、硝化菌为主，在该区域有利于硝化反应的进行。随着DO扩散深入到微生物絮体内部，由于氧的传递受阻和扩散层、好氧区DO逐渐减少，在絮体内造成缺氧环境，此时有利丁反硝化菌\n的生长，促进了反硝化的进行。微生物絮体内存在缺氧区域是实现SND的主要原因，然而缺氧环境的形成主要取决于DO浓度的大小和絮体的结构。DO浓度过高就会扩散至污泥絮体内部，无法形成缺氧区域，就不能实现SND；浓度过低满足不了扩散层、好氧区硝化反应所需的DO,进而降低脱氮效果。因此，控制DO浓度以及微生物絮体的结构是成功实现SND的关键。（三）微牛物学理论作为一种自养型好氧微生物，硝化细菌主要通过氧化NH+4-N和NO-2-N来获得能量供自身生长和繁殖。80年代以来，很多生物科学家通过研究发现许多菌类都可以对含氮化合物进行异养硝化，异养型硝化细菌不但生长速率快，产量高，而且要求的溶解氧的浓度比自养型硝化菌低。此外，在大量的实验室研究屮发现了好氧反硝化细菌的存在。异养型硝化细菌和好氧反硝化细菌的发现打破了传统的牛•物脱氮理论。因此从微牛物学角度来说，SND生物脱氮也是可能的。二、同步硝化反硝化的主要影响因素（一）溶解氧（D0）DO浓度是影响SND的重要参数之一。系统中的D0应满足有机物的氧化及硝化反应，但是溶解氧浓度不能太高。当D0较高时，它对生物絮体的穿透能力逐渐增大，D0扩散至污泥絮体内部，缺氧微环境很难形成。另外，02接受电子的能力高于N0-2-N和N0-3-N,抑制了反硝化细菌的活性，降低反硝化效果；D0过低，满足不了硝化反应所需的D0,同样会影响脱氮效果。可见，在SND工艺中有效地控制D0在适宜的范围极其重要。（二）碳源有机碳源是微牛:物生长和繁殖所需能量的主要来源，同吋也被认为是实现SND的关键因素之一。有机碳源浓度过高，异养菌活动旺盛,会抑制硝化反应，硝化不完全必然会影响反硝化效果；碳源不足，导致反硝化过程受阻，同样SND效果也不好。因此，对于SND体系來说，硝化与反硝化同时•发牛:，相互制约，使得有机碳源在整个SND反应体系占有不可忽视的地位。（三）pH值\npH是影响SND的乂一个重要因素。不同微生物所适应的pH值范围各不相同，硝化细菌是生物硝化过程的主体，硝化细菌的活性和数量决定了硝化作用的强弱，最适宜的pH值为8.0-&4；而对于反硝化细菌的生长来说，最适宜的pH值为6.5-7.5,硝化菌和反硝化菌对pH值的变化十分敏感，超出适宜的范围后两种细菌的活性会大大降低。可见，对于SND体系，必须寻找一个适宜的pH值范围，使硝化反应与反硝化反应均能高效进行，进而得到理想的TN去除率。三、同步硝化与反硝化在畜禽养殖污水处理中的运用（一）实验材料及方法1•聚乙烯醇（PVA）固定化细胞膜棒以15%PVA水溶液和保护液为溶剂，与经过发酵培养浓缩的好氧反硝化菌和硝化菌进行混合固化制备。2.水源畜禽养殖污水为某基地养殖场废水，根据实验要求配置适量的NaN03和N&N02。3.水质分析方法氨氮测定（纳氏分光光度法）、亚硝酸盐测定（盐酸一蔡胺比色法）硝酸盐测定（紫外分光光度法）。（二）实验方法1.同步硝化、反硝化脱氮在室温（大于25°C）条件下，将PV气|古|定化细胞膜棒（5支）浸没于4.5L水产养殖废水中进行细胞膜活化。活化期间水力停留时间为5天。在污泥驯化过程中，对反应器的进出水的NH3-N,对出水中N02—N、N03—N进行分析，研究自然条件下脱氮效果及反应类型的因素。2.同步硝化、反硝化脱氮影响因素研究改变实验的温度、PH值，比较不同条件下脱氮效果。（三）试验结果分析1.同步硝化、反硝化脱氮由图2可见,NH4—N浓度随时间的延长而减少，初期下降较快，24h后变化不大；与传统硝化不同的是，N02—N、N03-N的浓度在\n出现一个相对小的峰值后，迅速下降，36h后NH4—N、NOx-N都趋于零，体系中无N02—N、N03-N的积累。说明固定化混合细胞不仅能将NH4—N氧化成N02—N、N03-N,而且由于载体内部存在氧的浓度梯度，形成了缺氧区和厌氧区，从微观环境及微牛:物组成条件上促使好氧条件下进行反硝化反应，将N02—N、N03一N还原成氮气，实现，SND脱氮。此外，体系中N02—N的峰值浓度仅为传统的40%,说明在混合I古I定的体系中有部分N02一N被反硝化菌直接还原成了N2（即部分脱氮过程实现了短程硝化反硝化脱氮），缩短了脱氮历程，提高脱氮效率，同时节省氧气和有机碳源。1.PH值对脱氮效果的影响在发酵培养过程中，分别在pH二7.5,pH二6和pH二8.5及自然pH的条件下，对细菌进行混合培养，其菌体生长和脱氮结果见图3,结果表明，在自然pH条件下，发酵前期pH有一上升过程，抑制脱氮效果的提高，同时延长达到最大脱氮率的时间。在pH二7.5有比较理想的脱氮效果，过高或过低的酸度对脱氮均有影响。在实际应用中可采取补加酸控制pH不超过8.0,使混合菌群的发酵周期缩短，菌体量达提前达到最大，当硝化反硝化偶联系统正常运转后，得到最优脱氮效果，pH值恒定在7〜8。参考文献：[1]齐您李春杰，何义亮•浸没式膜生物反应器的同步硝化反硝化效应[J]•中国给水排水，2003.19.[2]彭赵旭，彭永臻，左金龙•同步硝化反硝化的影响因素研究[J].给水排水，2009.35.[3]张可方，杜馨，张朝升，等・D0和C/N对同步稍化反硝化影响的试验研究[J]•环境科学与技术，2007.30.