生物处理法在污水处理厂除污中的应用

 　【摘 要】 结合工作实践，主要论述了生物处理法除污的基本原理及生物硝化反应影响因素。 

　　【关键词】 生物处理法 污原理 硝化反应 影响因素 

　　鉴于我厂出水的TN、氨氮不达标，我厂工程技术人员经过反复论证，采用生物处理法去除污水中的氨氮，收到理想的除污效果。 

　　1 生物处理法除污的基本原理 

　　氮广泛存在于城市污水中。在原污水中，氮以NH4—N及有机氮的形式存在，这两种形式的氮合在一起称之为凯氏氮，用TKN表示。而原污水中的NOx—N含量几乎为零。这些不同形式的氮统称为总氮（TN）。氮是构成微生物的重要元素，一部分进入细胞体内的氮将随剩余污泥一起从水中去除。这部分氮量约占所去除的BOD5的5%，为微生物重量的12%，约占污水处理厂剩余活性污泥量的4%。 

　　在有机物被氧化的同时，污水中的有机氮也被氧化成氨氮，在溶解氧充足（好氧条件，DO≥2mg/L）、泥龄较长的情况下，被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。化学反应方程式为： 

　　NH4++1.5O2→NO2-+2H++H2O 

　　NO2-+0.5O2→NO3- 

　　第一步反应靠亚硝酸菌完成；第二步反应靠硝化菌完成。总反应式为： 

　　NH4++2O2→NO3-+2H++H2O 

　　因为硝化菌属于自养菌，其比生长率μN明显小于异养菌的生长率μh，生物脱氮系统维持硝化的必要条件是θ≥θN，即系统的实际泥龄大于硝化要求的泥龄，也就是说系统必须维持在较低的污泥负荷条件下运行，使系统泥龄大于维持硝化所需的最小泥龄。根据大量的试验数据和运转实例，设计污泥负荷在0.15kgBOD5/kgMLSS·d以下时，硝化反应正常进行。 

　　2 生物硝化反应影响因素 

　　2.1 温度 

　　生物硝化反应可以在4～45℃的温度范围内进行。亚硝酸菌最佳生长温度为35℃，硝酸菌的最佳生长温度为35℃～42℃。温度不仅影响硝化菌的比增长速率，而且影响硝化菌的活性。不同温度条件下亚硝酸菌的最大比增长速率μN值见表1。 

　　2.2 溶解氧 

　　硝化反应必须在好氧条件下进行，溶解氧浓度也会影响硝化反应速率，建议硝化反应中溶解氧浓度应大于2mg/L。 

　　在去除有机物和进行硝化反硝化的工艺中，硝化菌在活性污泥中约占5%左右，大部分硝化菌将处于生物絮体内部。在这种情况下，溶解氧浓度的增加将提高溶解氧对生物絮体的穿透力，因此可以提高硝化反应速率。在低泥龄条件下，由于含碳有机物氧化速率的增加使耗氧速率也增加，因而减少了溶解氧对生物絮体的穿透力，使硝化反应速率减小。相反，在长泥龄条件下，由于耗氧速率较低，即使溶解氧浓度较低，也可保证溶解氧对生物絮体的穿透能力，从而维持较高的硝化速率。因此，泥龄降低时应注意提高溶解氧浓度。 

　　2.3 PH 

　　硝化反应中每氧化1g氨氮消耗碱度7.14g（CaCO3计）。因此，在硝化反应中，如不补充碱度，就会使PH值急骤降低。硝化菌对PH变化比较敏感，当PH值为7.0～7.8和7.7～8.1时活性最强，PH值超出这个范围，活性大大减少。在生物处理构筑物中的硝化反应中，PH的适宜范围比单纯的亚硝酸菌和硝酸菌要宽一些。在PH值7.0～8.0范围内，PH值变化对活性污泥硝化速率的影响甚少，当PH值降到5～5.5时，硝化反应几乎停止。 

　　生物脱氮的硝化阶段，通常控制PH值为7.2～8.0，碱度宜大于100mg/L（以CaCO3计）。 

　　2.4 有毒物质 

　　一些重金属对硝化菌具有抑制作用。比如：Zn、Cu、Hg、Cr、Ni、Ag、Co、Cd和Pd等。 

　　游离氨和亚硝酸盐也会对硝化反应产生抑制作用。由于只有未水解的氨的亚硝酸才会对硝化菌具有抑制与毒性作用。因此上述两种无机物的毒性与抑制作用与PH值有关。污水处理厂污泥消化池上清液回流到生物处理系统也将使硝化速度减少约20%。 

　　当工业废水含有有毒有害物质时，将影响氨氮去除效果。 

　　2.5 C/N比 

　　原污水中含碳有机物与未氧化含氮物质的浓度比值较高（COD/TKN=10～15）。可生物降解含碳有机物与含氮物质浓度之比，是影响生物硝化速率和过程的重要因素。在活性污泥系统中，硝化菌占活性污泥微生物的比例很小，约占5%左右，这是因为与异养型细菌相比，硝化菌的产率低、比增长速率小，见表2。 

　　对于活性污泥系统，由于硝化菌比增长速率低、时间长，若泥龄较短，将使硝化菌来不及大量增殖，就从系统中排出。为使活性污泥系统得到良好的硝化效果，需要有较长的泥龄。活性污泥中硝化菌的比例与污水的BOD5/TKN值有关，这是因为产率不同，以及在活性污泥系统中异养菌与硝化菌竞争底物和溶解氧，使硝化菌的生长受到抑制。一般认为处理系统的BOD负荷小于0.15BOD5/gMLSS·d时，处理系统的硝化反应才能正常进行。 

　　不同BOD5/TKN比值时活性污泥微生物生物产生量中硝化茵所占比例见表3。 

　　由于反硝化作用需要消耗碳源，因此，应尽量减少进入好氧区的BOD5，以便提高氨氮去除效果。 

　　3 结语 

　　濮阳市污水处理厂通过技术创新，有效解决了出水氨、氮超标的问题，从而使出水水质达到了GB18918的一级A标准。实践证明，生物处理法是城市污水处理的一种有效方法。 

　　参考文献： 

　　[1]马勇，彭永臻.《城市污水处理系统运行及过程控制》[M].北京：科学出版社，2007.