皙全純水設備教你利用好氧顆粒污泥實現同步硝化與反硝化
【蘭州純水設備http://www.killzj.cn】生物反硝化過程中，廢水中的氨氮首先在好氧條件下被硝化菌氧化成no-x，然后在缺氧條件下被硝化菌還原成N2(反硝化)。硝化和反硝化不僅可以在活性污泥反應器中進行，也可以在生物膜反應器中進行。
硝化細菌和反硝化細菌在相同的活性污泥,因為有氧和自養硝化細菌的特性明顯不同于缺氧和異養反硝化細菌的特點,脫氮過程通常需要進行獨立的兩個核反應堆(如Bardenpho、節點、雙槽氧化溝工藝,等等)或者先后在一個反應器(SBR)。實驗室純水設備當混合污泥進入缺氧池(或處于缺氧狀態)時，工業純水設備反硝化菌工作，硝化菌處于抑制狀態;當混合污泥進入好氧池(或處于好氧狀態)時，情況正好相反。
顯然,如果兩組細菌具有不同屬性(硝化細菌和反硝化細菌)相同的污泥可以同時在同一個反應器形式同時同步硝化反硝化(SND)活性污泥法脫氮過程中會更簡化,效率將大大提高。
此外,從工程的角度來看,當硝化和反硝化作用在兩個反應堆或獨立進行先后在同一反應器,脫氮堿生產過程會導致哦的積累,導致PH值的增加,這將影響上述兩級反應過程的反應速度,更明顯的高氨氮廢水的脫氮。而對于SND過程，反硝化生成的OH-可以中和原位硝化生成的H+，降低PH值的波動，既有利于生物反應過程，又提高了反應效率。
實現同步硝化反硝化的途徑
由于硝化細菌的好氧特性，在曝氣池中實現SND是可能的。事實上,它已經在很久以前發現,曝氣池中的non-assimilation氮損失(損失金額隨控制在大約10% ~ 20%)條件下,研究和分析和研究主要集中在路徑的氮損失,希望能提高脫氮效率的曝氣池在不影響硝化作用的效果。
利用好氧條件下部分微生物種群的反硝化特性實現SND。結果表明，NOX-N可用于脫硝硫藻、Pseadonmonasnautica、Comamonossp。如果將硝化菌和反硝化菌混合培養在同一個反應器(曝氣池)中，則可以實現單個反應器同時硝化和反硝化。雖然這些微生物的純培養結果令人滿意，但一般認為實際應用前還有很長的路要走，主要是因為這些細菌在實際污泥中的比例太小。
②利用好氧活性污泥絮體中的缺氧區來實現SND。通常曝氣池中的DO維持在1～2mg/L，活性污泥大小具有一定的尺度，由于擴散梯度的存在，在污泥顆粒的內部可能存在著一個缺氧區，從而形成有利于反硝化的微環境。以往對曝氣池中氮的損失主要以此解釋，并被廣泛接受。如果污泥顆粒內部厭氧區增大，反硝化效率就相應提高。
大量研究結果表明，活性污泥的SND主要是由污泥絮體內部缺氧產生。要實現高效率的SND，關鍵是如何在曝氣條件下(不影響硝化效果)增大活性污泥顆粒內部的缺氧區以實現反硝化。要達到這一目的，有兩種途徑可供選擇，即減小曝氣池內混合液的DO濃度和提高活性污泥顆粒的尺度。
降低曝氣池的DO濃度，即減小了O2的擴散推動力，可在不改變污泥顆粒尺度的條件下在其內部形成較大的缺氧區。丹麥BioBalance公司發明的SymBio工藝即建立在此理論基礎之上(曝氣池DO維持在1mg/L以下)，但在低DO濃度下硝化菌的活性將會降低，且極易形成諸如Sphaeroticulenatans/1701和H.Hydrossis之類的絲狀菌膨脹。
因此，提高SND活性污泥顆粒的尺度，在不影響硝化效率的前提下達到高效的SND可能是*選擇。然而，由于曝氣池中氣泡的劇烈擾動作用實驗室純水設備，活性污泥顆粒在曝氣條件下很難長大，因此限制了活性污泥法SND效率的提高。
實現活性污泥法的高效同步硝化反硝化，必須在曝氣狀態下滿足以下兩個條件：
①入流中的碳源應盡可能少地被好氧氧化；
②曝氣池內應維持較大尺度的活性污泥。
在連續流好氧條件下硝化發生在碳氧化之后，入流中的碳源被碳氧化或合成為細胞物質，只有當BOD濃度處于較低水平時硝化過程才開始。此時，即使污泥尺度較大也能形成有利于反硝化的微環境，但外源碳已消耗殆盡，只能利用內源碳進行反硝化，而內源水平反硝化的反應速率小，因此SND效率就低。
在非連續條件下微生物的代謝模式則截然不同，入流中的碳源可在很短的時間內被微生物大量吸收，并以聚合物或原始基質的形態儲藏于體內，從而使曝氣池中的碳源濃度迅速降低，為硝化創造良好條件。如果顆粒污泥較大，形成有利于反硝化的微環境，則微生物可利用預先儲存的基質進行反硝化工業純水設備。由于反硝化處在基質水平，反硝化的速度快，SND效率就高。
好氧顆粒污泥的培養
活性污泥工藝的運行好壞主要依賴于反應器中形成污泥的質量。*研究結果表明，在活性污泥反應器中創造一定條件可培養出高活性的SND顆粒污泥，其顆粒尺度在500μm左右，具有良好的沉淀性能和較高的SND速率。
根據目前普遍接受的污泥絮體理論及在曝氣池中通常觀測到的污泥顆粒大小(約為100μm)可知，在某些特定條件下污泥顆粒的緊密層可進一步增大，進而形成SND顆粒污泥。另有研究結果表明，在反硝化條件下活性污泥絮體能形成性能優良的顆粒污泥。
以往認為在曝氣池中由于水流紊動劇烈、剪切力較大，工業純水設備污泥顆粒尺度在達到100μm后就很難增大了。采用微氧電極對DO在顆粒內部擴散的研究結果表明，當DO為1～2mg/L時，O2在污泥顆粒內的擴散深度約為100μm，因此在單純的碳氧化曝氣池中的污泥尺度若再增大，內部將進入厭氧狀態。
目前對如何在曝氣池中提高活性污泥尺度的研究報道還較少，最近Morgenroth采用厭氧顆粒污泥培養中的水力篩分法，以碳源為基質在USB反應器內培養出好氧顆粒污泥，其顆粒尺度可達1～3mm，具有優良的沉淀性能。但由于曝氣池中O2的供給是限制因素，當顆粒變大后其平均活性并不高(內部大量污泥處于厭氧狀態)，且隨著運行時間的延長，污泥活性可能進一步退化。
在SBR系統中采用縮短沉降時間可截留住那些具有較高沉速的生物顆粒，培養出的顆粒污泥可達3.3mm(也有僅為0.3～0.5mm的)，其中幾乎不含絲狀菌，全部由細菌組成。顆粒化不是由微生物種類決定的，而是與操作條件有關，曝氣池中的攪動強度或混合程度及曝氣產生的剪切力對顆粒污泥的形成都有較大影響。好氧顆粒污泥的形成機制目前還不完全清楚。
在SBR反應器中，DO保持在0.7～1.0mg/L時運行一個月可基本完成顆粒化，且COD、NH3-N、TN去除率高達95%、95%、60%，顆粒中無絲狀菌，SVI為80～100mL/g，SS為4～4.5g/L。
好氧顆粒污泥在顯微鏡和曝氣狀態下都可觀察到，其活性即使在DO<1mg/L時也很高，有機物和氨氮負荷可達1.5kgCOD/(m3?d)和0.18kgNH3-N/(m3?d)。
可形成好氧顆粒污泥的微生物不僅僅局限于甲烷菌工業純水設備，人們觀察到酸化菌、硝化菌、反硝化菌及好氧異養菌也能形成顆粒污泥。好氧顆粒污泥主要由桿菌組成，無絲狀菌。這些都是在連續運行操作中發現的，目前在SBR系統中也有發現. 本文由皙全蘭州水處理設備網提供任何人和單位不得轉載盜用。
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