生物膜法短程硝化反硝化研究進展
[摘 要]本文主要列舉(ju)了現階(jie)段生物(wu)膜法短程(cheng)(cheng)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)研(yan)究(jiu)，得出不同生物(wu)膜法短程(cheng)(cheng)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)影響因素和如何控制條件(jian)以(yi)實現穩(wen)定的(de)(de)短程(cheng)(cheng)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)過(guo)程(cheng)(cheng)，以(yi)及對(dui)生物(wu)膜法短程(cheng)(cheng)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)研(yan)究(jiu)進行展望。
[關(guan)鍵詞]生物膜法；短程硝化反硝化；氨氧(yang)化菌；亞硝酸(suan)鹽累積
短(duan)程(cheng)硝(xiao)化(hua)反硝(xiao)化(hua)技術(shu)(shu)以(yi)可(ke)以(yi)節省(sheng)大約 25 %的(de)耗氧量，大約40 %的(de)反硝(xiao)化(hua)碳源。該技術(shu)(shu)具有(you)污泥(ni)產(chan)率低特(te)點，已經(jing)成為目前(qian)脫(tuo)氮技術(shu)(shu)研究的(de)焦點。活(huo)性(xing)污泥(ni)法(fa)尤其是序批式反應器(SBR)的(de)短(duan)程(cheng)硝(xiao)化(hua)反硝(xiao)化(hua)技術(shu)(shu)已經(jing)挺成熟了，生(sheng)物膜法(fa)短(duan)程(cheng)硝(xiao)化(hua)反硝(xiao)化(hua)雖然沒(mei)有(you)活(huo)性(xing)污泥(ni)法(fa)的(de)那么成熟，但也有(you)一定(ding)的(de)研究，而且有(you)很(hen)大的(de)研究空(kong)間。
1 短程硝化反硝化理論及其影響因素
1.1 短程硝化反硝化原理
硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)過(guo)(guo)(guo)(guo)程(cheng)分為(wei)(wei)兩(liang)個反(fan)應步(bu)驟，把廢水中的(de)(de)游離氨轉變(bian)成(cheng)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)過(guo)(guo)(guo)(guo)程(cheng)，第一個反(fan)應為(wei)(wei)在氨氧(yang)化(hua)菌(jun)的(de)(de)作(zuo)用下將氨氮轉變(bian)成(cheng)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)的(de)(de)過(guo)(guo)(guo)(guo)程(cheng)；第二個反(fan)應為(wei)(wei)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)氧(yang)化(hua)菌(jun)的(de)(de)作(zuo)用下把亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)轉變(bian)成(cheng)硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)(NO3-)的(de)(de)過(guo)(guo)(guo)(guo)程(cheng)。硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)過(guo)(guo)(guo)(guo)程(cheng)必須(xu)為(wei)(wei)有(you)氧(yang)環(huan)境(jing)下反(fan)應的(de)(de)，氧(yang)氣起(qi)著電(dian)子(zi)受體的(de)(de)作(zuo)用，短程(cheng)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)反(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)技術(shu)為(wei)(wei)把硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)過(guo)(guo)(guo)(guo)程(cheng)控制在亞硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)過(guo)(guo)(guo)(guo)程(cheng)，實現亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)鹽(yan)(yan)的(de)(de)累積。
1.2 短程硝化的影響因素
NO2-積累的影(ying)響(xiang)因素(su)主要(yao)有溫度、游離氨(FA)、pH、溶解(jie)氧濃度、抑制劑、泥齡等。詳見表 1。
2 生物膜法原理及特點
2.1 生物膜法原理
生(sheng)(sheng)(sheng)物膜(mo)反應器內的(de)(de)載體上分布(bu)著微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物，微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物與進入反應器的(de)(de)污(wu)水接(jie)觸后，微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物吸收消化(hua)污(wu)水中(zhong)的(de)(de)有(you)機物來(lai)生(sheng)(sheng)(sheng)長，繁殖，從(cong)而(er)可(ke)以(yi)達到去(qu)除污(wu)水中(zhong)的(de)(de)污(wu)染物。因為微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物固(gu)定在(zai)反應器內，它不(bu)會和廢水一起流出去(qu)，從(cong)而(er)可(ke)以(yi)達到污(wu)泥的(de)(de)停(ting)留時間(SRT)與水力(li)的(de)(de)停(ting)留時間(HRT)實(shi)現分離的(de)(de)情況(kuang)。這種(zhong)情況(kuang)并不(bu)能在(zai)活性污(wu)泥法中(zhong)實(shi)現。
2.2 生物膜法特點
生(sheng)物膜法相比于活性(xing)污泥法，它具有如下特點[8]：
(1)微生物(wu)種(zhong)(zhong)群(qun)的多樣化(hua)，微生物(wu)種(zhong)(zhong)群(qun)食物(wu)鏈較長，可以達到較高單位面積處理能力；
(2)功能(neng)(neng)微生物菌群(qun)進(jin)行分區域代謝，從而(er)提(ti)高功能(neng)(neng)菌群(qun)對(dui)有機物的(de)(de)降解(jie)以及(ji)提(ti)高較難(nan)降解(jie)的(de)(de)污染物去除(chu)效率，從而(er)可以增加脫氮除(chu)磷效率；
(3)具有(you)較高的對進水水量、水質變化適(shi)應性，增(zeng)加(jia)生(sheng)化處(chu)理工藝的沖擊(ji)負(fu)荷；
(4)產生(sheng)的剩余污泥(ni)量較(jiao)少，從而具(ju)有較(jiao)低的污泥(ni)處置費用(yong)；
(5)比較(jiao)適用于濃度較(jiao)低(di)的污(wu)水處理；
(6)容易(yi)維(wei)護(hu)，管理較為方便，能耗消耗較低。
3 生物膜法短程硝化反硝化研究進展
陳旭配制了(le)聚乙烯醇縮甲醛的高分子懸(xuan)浮填料，—種懸(xuan)浮多孔填料，并(bing)且利用用這種懸(xuan)浮填料為載體的流化(hua)床，馴化(hua)好的氨氧化(hua)菌加(jia)入流化(hua)床系統后(hou)，然后(hou)通過保持(chi)(chi) DO 濃(nong)度在 2.0 mg/L左(zuo)右(you)(you)，pH 值保持(chi)(chi)在 8.0~8.5 期間，溫度保持(chi)(chi)在約為 300 ℃左(zuo)右(you)(you)的環境下，可以發生短程硝(xiao)化(hua)反硝(xiao)化(hua)的現象，NH3-N 的去(qu)除(chu)率高達90 %，亞硝(xiao)酸鹽的積累率高于 90 %。
Huihui Chen等研(yan)究無紡布(bu)(bu)生(sheng)物(wu)(wu)轉(zhuan)盤(pan)反(fan)(fan)應(ying)器的短程硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)，結果表(biao)(biao)明無紡布(bu)(bu)生(sheng)物(wu)(wu)轉(zhuan)盤(pan)反(fan)(fan)應(ying)器的短程硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)的穩(wen)定(ding)存在(zai)條(tiao)件：是用(yong)恒溫(wen)箱保(bao)持溫(wen)度 35 ℃，pH：8~8.2，DO：0.4-0.6mg/L，C/N：1∶2。利(li)用(yong) SEM 和(he) FISH 驗證了短程硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)這(zhe)個過程穩(wen)定(ding)存在(zai)于反(fan)(fan)應(ying)器中，FISH 結果顯示生(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)表(biao)(biao)面主要微生(sheng)物(wu)(wu)種(zhong)群為(wei)氨氧(yang)(yang)(yang)化(hua)菌，氨氧(yang)(yang)(yang)化(hua)菌與反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)菌構成生(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)的內部厭氧(yang)(yang)(yang)。
X.M.Hu等研究填料為陶瓷球的內循(xun)環移動生物膜反應器存在短程硝(xiao)(xiao)化反硝(xiao)(xiao)化過程，通過測定 NO2-的為累積率 65 %，但并沒有(you)涉及分子微生物學進行深入分析驗證。
范美(mei)霖等研究(jiu)生(sheng)物(wu)(wu)強化 MBR-AF 工藝短程硝(xiao)(xiao)(xiao)化反硝(xiao)(xiao)(xiao)化，他們將短程硝(xiao)(xiao)(xiao)化功能菌和反硝(xiao)(xiao)(xiao)化功能菌分別接種至(zhi)膜(mo)(mo)生(sheng)物(wu)(wu)反應器(qi)(MBR)和內置耦合陶瓷環(huan)-塑料環(huan)填(tian)料，填(tian)充率為 50 %的(de)上流式(shi)厭氧生(sheng)物(wu)(wu)濾池(AF)中，構(gou)建了生(sheng)物(wu)(wu)強化的(de) MBR-AF 短程硝(xiao)(xiao)(xiao)化反硝(xiao)(xiao)(xiao)化技術(shu)，活(huo)性(xing)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)法是空白樣，研究(jiu)該技術(shu)處理高(gao)(gao)氨氮污(wu)(wu)(wu)水脫氮效果。結果顯示，生(sheng)物(wu)(wu)強化的(de)膜(mo)(mo)生(sheng)物(wu)(wu)反應器(qi)(MBR)的(de)啟(qi)動(dong)(dong)時間(jian)較短，只需(xu)要 30 天(tian)，然而活(huo)性(xing)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)法的(de)膜(mo)(mo)生(sheng)物(wu)(wu)反應器(qi)(MBR)的(de)啟(qi)動(dong)(dong)時間(jian)長達到(dao) 100 天(tian)；生(sheng)物(wu)(wu)強化的(de)膜(mo)(mo)生(sheng)物(wu)(wu)反應器(qi)(MBR)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸鹽氮累積率一直保持(chi) 95 %以上；在(zai) 30 ℃環(huan)境下，伴(ban)隨(sui)系(xi)統(tong)運行時間(jian)較長，生(sheng)物(wu)(wu)強化的(de) MBR-AF技術(shu)TN的(de)去除率一直提(ti)高(gao)(gao)，可提(ti)高(gao)(gao)至(zhi) 90 %，高(gao)(gao)于(yu)活(huo)性(xing)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)法的(de)系(xi)統(tong) 20 %。
Baolin Hou等研究(jiu)堿度對(dui)用移動床生物反應器處理煤化工廢水的(de)(de)亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸鹽的(de)(de)積(ji)累的(de)(de)影響，填料(liao)是(shi)聚乙烯(xi)圓球，填充(chong)率(lv)是(shi)35 %，反應器底部有曝氣裝置使載體(ti)處于流動狀態，研究(jiu)表明反應器存(cun)在短程(cheng)硝(xiao)(xiao)化反硝(xiao)(xiao)化過程(cheng)，并(bing)且(qie)堿度對(dui)其有很大(da)的(de)(de)影響作用。
4 生物膜法短程硝化反硝化研究展望
雖然(ran)有(you)很多的(de)(de)研究(jiu)已經表明生物(wu)膜法(fa)可(ke)以特定運(yun)行(xing)環境下可(ke)以出(chu)現短(duan)(duan)程(cheng)硝化反硝化過(guo)程(cheng)，但(dan)是(shi)對其研究(jiu)還是(shi)處(chu)于比(bi)較淺(qian)的(de)(de)水平，并沒有(you)采用(yong)更多的(de)(de)分(fen)子生物(wu)技術對生物(wu)膜不同厚度(du)處(chu)的(de)(de)微生物(wu)進行(xing)深入(ru)的(de)(de)分(fen)析和驗證(zheng)；已發現存(cun)在短(duan)(duan)程(cheng)硝化反硝化的(de)(de)生物(wu)膜法(fa)中反應(ying)器的(de)(de)填料都是(shi)普通的(de)(de)陶瓷顆粒和聚乙烯(xi)球(qiu)，可(ke)以研究(jiu)新型填料，更適合(he)出(chu)現穩定的(de)(de)短(duan)(duan)程(cheng)硝化反硝化過(guo)程(cheng)的(de)(de)填料。
作者：余春(chun)菲，廣州市(shi)環境保護公(gong)司設計(ji)院有限公(gong)司
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