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1、同步硝化反硝化,LIKEAdream,前言：,根据传统生物脱氮理论,脱氮途径一般包括硝化和反硝化2个过程,硝化过程是氨通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,反硝化过呈程则被认为是在严格的厌氧条件下完成的。硝化和反硝化2个过程需要在2个隔离的反应器中进行,或者在时间或空间上造成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中进行。然而,最近几年国外有不少实验和报道证明存在同步硝化反硝化(SimultaneousNitrificationandDenitrification,简称SND),尤其是有氧条件下的反硝化现象确实存在于不同的生物处理系统中,如生物转盘、SBR、氧化沟、C

2、AST、MBR、SMBR等工艺。,CatchmewhenIfall,1.同步硝化反硝化,20世纪80年代以来，研究人员发现，在一些没有明显缺氧及厌氧段的活性污泥法工艺中，即存在有氧情况下的反硝化反应、低氧情况下的硝化反应，造成氮的损失。由于在这些生物处理系统中，硝化及反硝化发生在相同的条件下或同一处理空间内，称该现象为同步硝化反硝化（simultaneousnitrificationanddinitrification,SND）。,2同步硝化反硝化机理,同步硝化反硝化技术，可实现在一个反应器内除碳、硝化及反硝化，具有无需外加碳源，基建投资低，运行费用省等优点。SND技术具有重要的现实意义，受到

3、国内外诸多专家学者的关注。传统生物脱氮技术利用的是微生物的硝化和反硝化作用。硝化作用即在好氧的条件下，自养型硝化细菌将氨氧化为亚硝酸（盐）和硝酸（盐）；反硝化作用是指亚硝酸（盐）和硝酸（盐）在异氧型反硝化菌的作用下，被还原为氮气的过程。因此，目前大多数的生物脱氮工艺都将好氧区和缺氧区（或厌氧区）分隔开，分别在不同的反应器中运行，或者采用间歇的好氧和厌氧条件来实现。,Yoursong,而同步硝化反硝化是指在低氧条件下，一个反应器同时存在硝化作用和反硝化作用，实现一步污水脱氮。从物理学角度认为，产生该现象是由于在微生物絮体内形成了溶氧（DO）梯度。在微生物絮体外表面溶解氧较高，微生物菌群以好氧菌、

4、硝化菌为主；深入絮体内部，由于氧传递受阻，以及有机物氧化、硝化作用的消耗，形成缺氧区，反硝化菌占优势；正是由于絮体内部存在缺氧环境，导致同步硝化反硝化现象的发生,Yoursong,3.同步硝化反硝化与传统生物理论比较,SND与传统生物理论相比具有很大的优势，它可以在同一反应器内同时进行硝化和反硝化反应，具有以下优点：1曝气量减少，降低能耗；2反硝化产生OH-可就地中和硝化产生的H+,SND能有效的保持反应器内的PH；3因不需缺氧反应池，可以节省基建费用，或至少减少反应器容积；4能够缩短反应时间，节约碳源；5简化了系统的设计和操作等。因此SND系统提供了今后降低投资并简化生物除氮技术的可能性。,

5、Yoursong,4影响因素,1溶解氧(DO控制系统的溶解氧在一定范围内,对获得高效的同步硝化反硝化具有极其重要的意义。系统中的DO首先应足以满足有机物的氧化及硝化反应的需要,使硝化反应充分,其次DO浓度又不能太高,以便能在微生物絮体内产生DO浓度梯度,促进缺氧微环境的形成,同时使系统中有机底物不致于过度消耗而影响了反硝化碳源的需求。对不同的水质和不同粒径、密实度的污泥絮体,DO浓度的控制也会有所不同。资料表明,各种不同构筑物发生SND的DO浓度范围也各异:四槽式氧化沟为0.3mg/L0.8mg/L,半间歇式活性污泥法工艺为0.3mg/L.5mg/L,附着生长反应器系统中为1.0mg/L2.0

6、mg/L等,大多生产实验性的结果为0.5mg/L1.0mg/L。,Yoursong,对于不同的水质和不同的工艺,实现SND的具体DO浓度水平需要在实践中确定。可以肯定,SND系统中的DO比传统生物脱氮工艺中的DO低得多,属于低DO下的硝化反硝化脱氮工艺,这显然具有重要的实践意义。,Yoursong,.2污泥有机负荷(F/M)污泥有机负荷是影响同步硝化反硝化效果的另一关键因素,有机负荷增加会降低氨氮的去除率。溶解氧浓度低而污泥负荷相对高时,微生物生存的微环境中缺氧微环境占有较大比例,硝化反应受到抑制;随着污泥有机负荷的降低,微生物生存的微环境形成好氧、缺氧微环境共存并达到平衡,同时硝化反硝化取得

7、较好的效果;污泥有机负荷进一步降低,微生物生存的微环境中好氧微环境占有优势,反硝化反应受到抑制,总氮的去除率下降。同济大学周仰原在实验中得出曝气池内溶解氧浓度为0.5mg/L时,达到最佳同步硝化反硝化效果的污泥有机负荷为0.3kgCOD/kgMLSSd,而曝气池内溶解氧浓度为0.3mg/L时,达到最佳同步硝化反硝化效果的污泥有机负荷为0.15kgCOD/kgMLSSd。,Yoursong,3有机碳源有机碳源作为生物生长代谢必需的物质和能量来源,被认为是实现完全生物反硝化的最关键因素之一。对于同步硝化反硝化体系,由于硝化与反硝化反应同时发生,相互制约,使得有机碳源对整个反应体系的影响尤为重要。对

8、于同步硝化反硝化体系来说,存在一个碳源的浓度范围,使得氨氮的降解能达到一个较高的水平。有机碳源浓度过低,满足不了反硝化的需要,浓度过高,使得硝化菌的同化作用占优而不利于氨氮的去除。,Yoursong,在碳源的投加方式上,一些学者也进行了研究。传统的碳源投加方式往往是一次性在曝气的开始段投加,专家等认为采用易降解的有机物作为碳源,难以保证反应后期的C/N比维持在反应所需水平,因此,在SBR系统中实验了分批补料的方式,获得了很好的氨氮去除效果。,Yoursong,4絮凝体结构絮凝体结构,主要指活性污泥颗粒的浓度、大小等,这些特性直接影响着缺氧微环境形成以及稳定程度。如果活性污泥浓度较低,由于曝气的

9、搅动、湍动加剧,将会使活性污泥絮凝体表面更新速率加快,很难形成缺氧微环境,因而难以产生反硝化作用。有的实验采用省去初沉池的办法,使进入曝气池的混合液内悬浮小颗粒增加,在曝气池中起到悬浮载体的作用,大量吸附有机质,增大了系统的脱氮能力。但是生物絮凝体的密实度不应过大,以防止水中的污染物质难以渗透至絮凝体内部,使絮凝体内部的微生物难以接触到碳源,影响了同步反硝化。,SKINTOSKIN,有研究表明,将活性污泥浓度控制在5g/L左右,溶解氧控制0.5mg/L1.0mg/L,可以形成较好的缺氧微环境,促进同步硝化反硝化。一般认为,絮凝体粒径越大,溶解氧进入絮凝体的阻力越大,容易在絮凝体内部形成缺氧微环

10、境,SKINTOSKIN,5pH值硝化菌对pH值的变化十分敏感，其生长适宜的pH值为8.0-8.4之间。与此同时，对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5，pH值高于8或者低于6时；反硝化速率将大为下降。考虑到硝化和反硝化两过程中碱度消耗与产生的相互性，同步硝化与反硝化的最适的:pH值应为7.5左右,SKINTOSKIN,6同步硝化反硝化的应用状况,1采用SBR滞后期的工艺提出这种工艺的是韩国科学技术学院的环境研究中心。采用SBR，乙酸作为碳源，碳（COD）氮比为5：110：1，曝气时间为72min,沉淀时间为48min,出水时间24min，在曝气初期最小溶解氧浓度为0.4mgL，然后逐渐增

11、大，在后期达到最大溶解氧的浓度为2.0-2.5mgL。该工艺碳的去除率为95%以上，氮的去除率也大于90%，曝气时间为72min,正是利用了硝化杆菌30h的滞后期。,ONCALL,2单一反应器通过亚硝酸盐去除氨氮工艺（SHARON）Delft技术大学在1997年提出了此工艺，其基本原理是使硝化反应停留在亚硝酸阶段，为了抑制亚硝酸盐转化为硝酸盐，该工艺采用了高温措施。因为在高温条件下硝化杆菌同亚硝化单胞杆菌相比，增长的速度明显较低，这样在完全混合反应器里控制较短的水力停留时间，提供较高的温度就可以将硝化杆菌去掉。该工艺与传统工艺相比，氧气和甲醇分别节约了25%和40%。,ONCALL,7同步硝化反硝化的研究展望,1、由于SND的形成原因较为复杂,对于SND的机理性研究还应进一步深入,特别是微生物学的研究,进一步研究SND的影响因素,建立SND中硝化和反硝化的动力学模型；2、由于絮凝体微缺氧区的形成往往会出现不稳定的现象,导致SND的处理效果会出现波动,应进一步研究SND颗粒污泥的培养方法,稳定和提高SN