同步硝化反硝化技术的提出及其影响因素分析

现状 ， 并从微 环境 理论和微生物 理论 两个 方 面阐述 了同步 硝化反 硝化 作用 的机理 。论文 结合 目前 的研究 成 果综述 了同步硝化反硝 化影 响因素 的研究 。同时结 合 同步硝化 反硝 化技术 在实 际 中的应用 情况 ， 出 目前 提
同步硝 化反硝化 尚待研究解 决的 问题 。 关键词 ： 同步硝化 反硝化 ； 氮 ； 脱 机理 ； 影响 因素
ｎ ｔｉｉａ ｉｎ ｎｄ ｄ ｎｉｒ ｆｃ ｔｏ ｉｒ ｆｃ ｔｏ ａ ｅ ｔ ｉ ａ ｉ ｎ ｉ
Ｍ Ａ ｉ 。 ＰＥＮＧ ｉ ｅ ｇ Ｋａ ｊ— ｎ Ｆ
（ ｐ ｒｍｅ ｔｏ ｖｒ ｎ ｅ ｔ ｌＥｎ ｉｅ ｒｎ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＥｎ ｉｏ ｍ ｎ ａ ｇｎ ｅ ｉｇ，Ａｎｈ ｕｉ Ｕｎｉｅｓｔ ｆＡ ｒｈｔ ｃｕ ｅ，Ｈｅｅ ，２ ０ ２ ） ｖ ｒ ｉ ｏ ｃ ｉｅ ｔ ｒ ｙ ｆｉ ３ ０ ２
微环 境理 论从 物理 学角度 解 释 同步 硝化 反硝
化， 这是 目前 被 普遍 接 受 的一 种 观点 。在活 性 污
泥 和生物 膜 内部 的微 环境 中存 在着 多种 物质传 递
的变 化 ， 于 同步硝 化反 硝化来 说 ， 对 主要 是 由于溶
解氧 的扩 散作 用 受 到 限制 ， 而 在 微 生 物 絮体 内 从
Ａｂ ｔａ ｔＴｈ ａ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓａｎ ｗ ｆｉｉｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙｏ ｉ ｕ ｔｎ ｏ ｓｎｔｉｉａ ｉｎ ａ ｄｄ ｎｔｉｉａ ｓｒ ｃ ： ｅｐ ｐ ｒｉｔｏ ｕ ｅ ｅ ｅｆｃｅ ｔｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆｓｍ ｌａ ｅ ｕ ｉ ｆｃ ｔｏ ｎ ｅ ｉｒｆ — ｒ ｃ
中 图分 类 号 ： ０ Ｘ７ ３ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６４ ４ （０ ０ ０ —６—５ １ ０ —５０ ２ １ ）４０ ７０
Ｔｈ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｎ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｆ ｅ ｔｎｇ ｆ ｃ ｏ ｓ ｏ ｉ ｕ ｔ ｎｅ ｕ ｅ ｔ ｃ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ａ ｆ ｃ ｉ ａ ｔ ｒ ｆ ｓｍ ｌａ ｏ ｓ
第１ ８卷 第 ４期
２１ ０ ０年 ８月
院 自 安 徽 建 筑 工 业 学 学 报 （ 然科学版）
ｅ ｎ ｕ ｔｙ Ｊ ｕｎ ｌｏ ｈ ｉ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｃ ｉ ｃｕ ｅ＆ Ｉ ｄ ｓｒ ｏ ｒ ａ ｆＡｎ ｕ ｓｉ ｔ ｆＡｒ ｈｔ ｔ ｒ Ｉ ｔ
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ ４ １１ ．
３ 同步硝化反硝化技术
３１ 同步硝 化反 硝化 的提 出 ．
近些 年 ， 一些 研究 人 员 发 现 在 生 物脱 氮 过 程
中存在一些超出人们传统认识 的新现象 ， ｏ ｅｔ Ｒ ｂｒ — ｓｎ和 Ｋｕｎｎ在实 验过程 中 ， ｏ ｅｅ 发现在 氧 气存在 的 条件下发生了反硝化现象 ， 在这 以前反硝化反映
亚硝 酸盐 和硝 酸盐 作 为 最 终 电子 受 体 ， 是 这 种 但
化 作用 ， 同化 作用 是指 在生物 处 理过程 中， 污水 的
一
限制 只是 对专 性厌 氧反硝 化细 菌起 作用 。研究 人 员 在 实际工 程 中 又不 断 发 现 ， 在好 氧条 件 下 的脱 氮现 象 ， Ｐ ｃａ ａ Ｓ Ｒ反 应器 中观 察 到 了 如 ｏｈｎ ＿在 Ｂ ８ ９ 的总氮 去 除率 。随后 以此 为 基础 ， 究 者进 ６ 研 行 了许 多 的实验 研 究 ， 现 反 硝 化 和硝 化 过 程 可 发 以在 同一个操 作 条 件 下 ， 且 可 以在 同一 反应 器 而 内进行 ， 而提 出 了同步硝 化和 反硝化 的概 念 。 继
一
直都 被认 为是 一 个相 对 严 格 的厌 氧过 程 ， 因为
产生 了一个 溶解 氧梯 度 。生物 絮体 的外 表面溶解
氧浓 度 比较高 ， 以硝 化菌 和好 氧菌 为主 ， 自养 型 而 硝化 细菌利 用 氧气 进 行 着 硝 化反 应 ； 深 入 絮 体 在
增 加了动力消耗方面的费用 ； 再次 ， 由于硝化 菌的增
殖速度比较慢， 并且很难维持较高的生物浓度。因 此造成系统所需 水力停 留时间较长 ， 较大 的曝 需要 气池 ， 这就增 加 了基建投 资和运 行 费用 ； 最后 ， 化 硝 过程 中产生的酸度 ， 需要投加碱 中和， 这就不但 增加 了处理费用 ， 而且还有可能造成水源再次污染 。
主要 污染物 ， 脱氮 除磷 技术 的研究 和应 用引 起 了人
、Ｂ Ｅ Ｓ Ｒ引、
ＭＢ Ｒ等 工艺 。因此对 同步 硝化 反硝化 生
们的广泛关注。根据传统生物脱氮理论， 脱氮途径 般包括 硝化和反 硝化 两个过程 ， 硝化 过程 是氨通
一
物脱 氮技术 进行深人 研究具 有重要 意义 。
同步硝化 和 反硝化 是指 硝化 与反 硝化 反应 同 时在相 同操作 条件 下 和 同一 反应 器 中实现 ：１硝 （）
化 过程 的产 物是 反硝 化 的 反应 物 （ ） 化 消耗 一 ２硝
Ｉ 丽氮 ｝—— 有机ห้องสมุดไป่ตู้ 氨态氮 ＿ －
面 亚硝酸氮 Ｉ
定 的碱度 ， 系 统 的 Ｐ 下 降 ， 反 硝 化 使 系 统 使 Ｈ 而
３ ２ 同步硝 化反 硝化 的机 理 ．
部 分 氮 （ 氮或有 机氮 ） 同化合 成 为微生 物细 氨 被
胞 的组成 部分 ， 常情 况下 ， 通 有机 的氮化 合物 在氨 化 细菌 的作用 下 ， 解产 生氨 的过 程 ， 为氨 化反 分 称 应 ， 够转 化 为 氨态 得 氮 ； 能 在好 氧 的条 件下 ， 自养
Ｅｆｅ ｔｖ ｃｏ ｓ ｆ ｃｉｅＦａ ｔ ｒ
１ 概
述
应器 中进行 。然而 ， 近几年 国外有 不少 实验 和报 最 道证 明存 在 同 步硝 化 反 硝 化现 象 （ ） ［ 。如 流 化 床 反 应 器 －生 物 转 盘 氧 化 ｚ、 引、
ＣＡＳ Ｔｃ
、
目前 ， 国的水 体 污染 中氮 、 已逐 渐 上 升 为 我 磷
ｔｏ （ ＮＤ ） Ｉ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓｔ ｅｄ ｖ ｌ ｐ ｅ ｔｐ ｏ ｒ ｓ ，ｔ ｅｍｅ ｈ ｎ ｓ ｏ ｉ ｕ ｔ ｎ ｏ ｓｎｔｉｉａ ｉｎ ａ ｄ ｉｎ Ｓ ． ｔｉ ｔｏ ｕ ｅ ｈ ｅ ｅｏ ｍ ｎ ｒ ｇ ｅ ｓ ｈ ｃ ａ ｉｍ ｆｓｍ ｌａ ｅ ｕ ｉ ｆｃ ｔ ｎ ｒ ｏ
须 同时进行硝化液 回流和污泥 回流两个 过程 ， 就 这
目前 ， 人们对于同步硝化反硝化的反应机理 存在不同的观点 ， 对其机理的探讨还需要进～步 的深入 。但综 合 近 年来 相 关 的研 究 理论 和成 果 ， 已初 步形 成 了 以下 两种 解 释 ： 环 境 理 论解 释 和 微 生 物学解 释 。 （ ） 环 境理论 解 释 １微
Ｐ 上 升 ， 生硝 化所 需 的碱ｌ 。 Ｈ 产 ＿ ９ ｊ
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图 １ 传统 生物脱氮过程
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虽然传统 的脱 氮 工艺 在去 除 氮元 素方 面起 到 了一些作用 ， 但仍存 在许多不 足方 面 ： 首先 ， 有机 在
物大量存在的条件下 ， 养硝化菌对营养物和氧气 自 的竞争不如好 氧异养菌强 ， 导致 了异 养菌 占居 从而 优势地位； 以有机物作为电子供体的反硝化菌 ， 有
型 的硝 化 细 菌 硝 化 首 先将 ＮＨ ＋氧化 成 ＮＯｚ 一，
然后 再将 ＮＯ 一氧 化 成 ＮＯ。 一的过 程 ， 为 硝 化 称
作用 ； 反硝化作用是指亚硝 酸氮和硝酸氮在异养
型反 硝化 菌 的 作用 下 ， ＮＯ 一 ＮＯ 一Ｎ 还 原 将 。和 。 成气 态氮 Ｎ２ Ｎ２ ＮＯＬ 。 或 Ｏ、 ７ ］
机 物 的存在能够影 响硝化反应 的速率 ； 硝化反 应 反 和硝化反应 与对溶 解氧浓度需求 差别 比较大 ， 以上 的反硝化菌和 硝化 菌 的不 同要求 导 致 了反硝 化 和 硝化两个过程 在 空间 和时 间上 难 以一 致 ； 次 ， 其 为 了维持 比较 高生物 浓度和取得较好 的脱 氮效果 ， 必
收稿 日期 ：０ ００ —５ ２ １—５０ 作者简介 ： 马 凯 （ ９６ ， ， １８ 一）男 硕士研究生 ， 主要研究方 向为水处理理论 与技术 。
６ ８
安徽 建 筑＿ ， 学院 学报 （ Ｔｌ －ｋ 自然科 学版 ）
第１ ８卷
化 ， 氨化 、 化 和反硝 化作 用外 还包括 生 物 的同 除 硝
２ 传统 生物脱氮技术 的机 理
传统脱氮技术 的理论基础 ， 是微 生物 的反硝 化 和硝 化作 用 。 因为两 个作 用 对环 境条 件 的要 求 条件 不 同 ， 以这两 个 过程 通 常不 能 同时发 生 ， 所 只 能是 序 批 式 进 行 。污 水 生 物 处 理 过 程 中氮 的 转
内部 以后 ， 由于氧的传递受阻 ， 以及外部氧的消耗 如有 机物 氧化 和硝 化 作 用 的 消耗 ， 而产 生 缺 氧 继 区 ， 时 反 硝 化 菌 就 占 居 优 势 ， 硝 化 菌 利 用 这 反 ＮＯ。 为 电子受 体 ， 生 反 硝 化作 用 ， 就 是 系 统 一 发 也
缺氧微 环境 的存 在导 致 了反硝化 作用 的发 生［ １ 。
Ａｕ ．２ ０ ｇ ０１
同步 硝 化 反 硝 化 技 术 的提 出及 其 影 响 因素分 析
马 凯 彭 继 峰 ，
（ 安徽建筑工业学院环境与能源学 院， 合肥 ２０２） ３０ ２
摘
要： 本文介 绍了一种新 型的生物脱氮技术—— 同步硝化反 硝化技术 ， 细叙述 了 同步 硝化反硝 化 的发展 详
过亚硝酸盐 向硝酸盐的自养型转换 ， 主要是 由化能 无机营养菌——硝化细菌完成的， 反硝化过程则被 认 为是在严 格 的厌 氧 条件 下 完 成 的 。硝 化 和 反硝 化 两个过程 需要在 不 同的反应器 中进行 ， 者在 时 或
间或空 间上造 成 交 替缺 氧 和好 氧 环境 的 同一 个反
ｄ ｎ ｔｉ ｃ ｔｏ ｒ ｍ ｉｒ ｅ ｖｒ ｎ ｅ ｔｔ ｅ ｒ ｎ ｉｌｇ ｈ ｏ ｙ Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏｔ ｅｌｔ ｓ ｅ ｅ ｒ ｈ， ｈ ｅ ｉｒｆ ａ ｉｎ ｆｏ ｍ ｃｏ ｎ ｉｏ ｍ ｎ ｈ ｏ ｙａ ｄｂ ｏｏ ｙｔ ｅ ｒ ． ｉ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｈ ｅ ｔｒ ｓ ａ ｃ ｔ ｅ ａ ｐ ｐ ｒｅ ｐ ｕ ｄ ｈ ｎ ｕ ｎ ｉｌｆ ｃｏ ｓｏ Ｎ Ｄ． Ｏｐ ｏ ｉ ｇ ｔ ｅｎ ｔｉ ｃ ｔｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｃ ｍｂ ｎｎ ｔ ａ ｅ ｘ ｏ ｎ ｓｔ ｅｉ ｆ ｅ ｔ ａ ｔ ｒ ｆＳ ｌ ａ ｐ ｓｎ ｈ ｉｒｆ ａｉｎ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｉ ｉｉ ｇ ｗｉｈ ｎｔｉｙｎ ｙ ｃ ｒ ｎ ｎ ｒ ａｉｙ ｕ ｇ ｓ ｈ ｔｔ ｅｐ ｅ ｅ ｔｎ ｔｉ ｃ ｔｏ ｐ ｏ ｅ ｉｒｆｃ ｔ ｎ ｓｉ ｉ ｉ ｆ ｉ ｇ ｓ ｎ ｈ ｏ ｙ ｉ ｅ ｌ ，ｓ ｇ ｅ ｔｔ ａ ｈ ｒ ｓ ｎ ｉ ｆ ａ ｉｎ ｏ ｐ ｓ ｓａｎ ｔｉｉａｉ ｔ ｌｗａｔ ｒ ｔ ｒｉ ｏ ｌ —
ｉ ｇ ｆ ｒ ｓ ｕ ｙ ｎ ｈ ｒ ｂ ｅ ｓ ｌ ｉ ｇ ｎ ｏ ｔ ｄ ｉ ｇ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍ ｏ ｖ ｎ ． Ｋｅ ｗｏ ｄ ： Ｓ ｍ ｕ ｔ ｎ ｏ ｓ Ｎ ｉ ｉ ｃ ｔｏ ａ ｄ Ｄｅ ｉｒｆｃ ｔｏ Ｎ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ｖ ｌ Ｍ ｅ ｈ ｎ ｓ ； ｙ ｒ ｓ ｉ ｌａ ｅ ｕ ｔ ｆ ａ ｉｎ ｒ ｉ ｎ ｎ ｔ ｉ ａ ｉ ｎ； ｉ ｔ ｇ ｒ ｍｏ ａ ； ｃ ａ ｉｍ