影響氨氮含量較低污水厭氧氨氧化的因素分析

摘 要：與傳統脫氮工藝相比較，厭氧氨氧化工藝凈化污水具有較多的優點，也存在著一定的缺點。文章分別從NO2--N、無機碳、有機碳、溫度、pH等方面對厭氧氨氮氧化的影響進行了認真的研究，為厭氧氨氧化凈化氨氮含量較低污水提供了參考。

關鍵詞：氨氮含量較低污水；厭氧氨氧化；影響因素

當前，我國城市污水中C/N比值普遍偏低，再加上我國污水排放標準逐漸提高，傳統脫氮工藝難以實現污水總氮、氨氮達標。厭氧氨氧化作為新型生物脫氮技術，能夠分別以污水中的氨、亞硝酸鹽作為電子供體、受體，并在厭氧狀態下將污水中的氮除去。和傳統脫氮工藝相比較，厭氧氨氧化不但不需要外加碳源，能夠節約50%堿消耗量、62.5%供氧量，且短程硝化的產泥量約為傳統脫氮工藝的15%。但是，厭氧氨氧化也存在著厭氧氨氧化工藝細菌生長速度相對緩慢，污水中氨氮含量高，脫氮需于無單質氧狀態下進行等缺點[1]。為拓展厭氧氨氧化的應用范圍，將其應用于氨氮含量較低的污水之中，我單位展開影響氨氮含量較低污水厭氧氨氧化的因素研究，現總結報告如下。

1 材料與方法

1.1 裝置

實驗裝置使用有機玻璃制造的下向流生物膜濾池，高2m，內徑7cm，填料為粒徑2.5-5mm的頁巖顆粒，填料高度1.6m。

1.2 試驗原水

實驗選擇我單位所在地污水處理廠沉池出水，其中TOC：9.02-12.21mg/L，COD25.23-44.67mg/L，NH3-N：14.89-40.12mg/L，pH值：7.39-7.84，水溫：25-28℃。

1.3 細菌培養

接種污泥選擇主要含硝化細菌的污泥，為達到厭氧氨氧化工藝要求，實驗進程中需在原水中加入亞硝酸鹽。進水中NH3-N：NO2-N=1：1.3，濾速：2.49m/h。培養2-3個月，當原水中NH3-N維持40.12mg/L，濾池NH3-N穩定去除率≥98%，培養結束。

1.4 分析指標

分析COD、TOC、IC、NH3-N、PH值、NO2--N、溫度等指標。

2 結果及分析

2.1 NO2--N對厭氧氨氮氧化的影響

隨著進水中 NO2--N濃度的不斷增加，去除氨氮的速率也逐漸增加，當 NO2--N達到120.43mg/L時，去除氨氮的速率也達到最大值3.30mg/L·min，當去除氨氮的速率達到最大值后，若繼續增加進水中NO2--N的濃度，去除氨氮的速率卻不增反降，但是去除氨氮的速率仍然比NO2--N濃度為61.23mg/L時去除氨氮的速率高。這充分說明NO2--N的濃度對厭氧氨氮氧化需控制在一定濃度范圍內，濃度越高，厭氧氨氮氧化速率就越快，當達到峰值后，濃度越高反而會抑制厭氧氨氮氧化速率的特點。究其原因主要為，在未達到峰值前，隨著NO2--N濃度的逐漸升高，參與厭氧氨氮氧化的細菌活性逐漸增加，當達到峰值后，盡管參與厭氧氨氮氧化的細菌活性被抑制，但其活性并沒有完全喪失，反而維持在較高的水平。

2.2 碳對厭氧氨氮氧化的影響

2.2.1 無機碳對厭氧氨氮氧化的影響

隨著進水中無機碳濃度的不斷增加，去除氨氮的速率也逐漸增加，當無機碳達到56.03mg/L時，去除氨氮的速率也達到最大值5.01mg/L·min，當去除氨氮的速率達到最大值后，若繼續增加進水中無機碳的濃度，去除氨氮的速率卻呈現出逐漸下降的趨勢。在一定濃度范圍內，適當增加無機碳的濃度能夠促進厭氧氨氮氧化的進行，當反應速率達到峰值后再增加無機碳的濃度，其反應速率將隨著無機碳濃度的增加而逐漸下降。其原因主要為，當無機碳的濃度在一定范圍內，厭氧型氨氮氧化細菌將大量繁殖，進而促進反應的快速進行。當無機碳的濃度超過一定范圍，異養型反硝化細菌將大量繁殖，并爭奪厭氧型氨氮氧化細菌生長繁殖的基質，從而導致厭氧氨氮氧化速率下降[2]。

2.2.2 有機碳對厭氧氨氮氧化的影響

在保證進水中氨氮濃度不變的情況下，當進水中有機碳的濃度越高，去除氨氮的速率卻逐漸下降。有機碳的濃度對于厭氧氨氮氧化反應具有抑制作用。究其原因，主要包括兩個方面：（1）厭氧氨氧化細菌為化能自養型專性厭氧菌，在有機碳存在條件下時，反應容器內異養菌的繁殖速度遠大于厭氧氨氧化細菌，異養菌占有的基質就越多，從而對厭氧氨氧化細菌的繁殖形成抑制作用，并且有機碳濃度越高，異養菌的繁殖速度越大，厭氧氨氧化數量就越少，厭氧氨氧化效率就越低。（2）大量繁殖的異養菌對NO2--N產生競爭性爭奪，導致厭氧氨氧化細菌能夠利用的NO2--N顯著減少，致使厭氧氨氧化速率降低。本研究還發現，在較高無機碳濃度條件下，厭氧氨氧化細菌在較短時間內的生長繁殖盡管被抑制，但生長繁殖仍然可以進行，但當較高無機碳濃度持續時間在14d以上，厭氧氨氧化細菌的生長繁殖能力則會完全喪失，即使無機碳濃度降低，厭氧氨氧化細菌的生長繁殖能力也無法恢復[3]。

2.3 溫度對厭氧氨氮氧化的影響

在維持進水NH3-N不變的條件下，在15.00-28.00℃溫度范圍內，隨著溫度的逐漸升高，去除氨氮的速率也逐漸增大，此外，在進水的溫度發生變化時，反應濾池內氨氮容積負荷率也隨著水溫的變化而變化，水溫逐漸升高，容積負荷率也隨之逐漸升高，反之，水溫逐漸降低，容積負荷率也隨之逐漸降低。這充分說明，在一定溫度范圍內，厭氧氨氧化細菌對于溫度的變化非常敏感，溫度升高，厭氧氨氧化細菌活性增加，溫度降低，厭氧氨氧化細菌活性降低，可見，低溫環境對于厭氧氨氧化反應具有抑制作用。鄭平等學者研究發現，厭氧氨氧化細菌活性較高的溫度范圍為30℃-40℃，溫度高于40℃或者低于15℃，厭氧氨氧化細菌的活性就會顯著降低。本研究結果與上述研究結論基本一致，為鄭平等學者的研究提供了支撐。

2.4 pH對厭氧氨氮氧化的影響

當進水pH值介于6.5-7.0之間時，去除氨氮的速率基本無變化，當進水pH值逐漸增大至弱堿性時，去除氨氮的速率逐漸增大，當進水pH=8時，去除氨氮的速率達到峰值，再繼續增加進水pH值至8.5，去除氨氮的速率則顯著降低。這充分說明，厭氧氨氧化反應最適合的pH值約在8左右，保持弱堿性環境，能夠提高厭氧氨氮氧化反應的速率。Strous等學者研究發現，由于厭氧氨氮氧化反應是于自養型細菌的作用下進行的，在反應進行過程中，必須一定的二氧化碳作為碳源才能維持反應的進行，盡管厭氧氨氮氧化細菌異化作用對pH值不會產生影響，但是自養型細菌卻能夠固定二氧化碳導致環境pH略增大，并且在這種弱堿性環境中活性最大。為此，盡管大多數學者認為在厭氧氨氮氧化過程中無需使用酸堿中和劑，但是本研究發現，保持環境為弱堿性能夠促進厭氧氨氮氧化反應的發生。

3 結束語

總之，NO2--N、碳、溫度、pH均會對氨氮含量較低污水厭氧氨氧化產生一定的影響，為此，在氨氮含量較低污水厭氧氨氧化處理過程中，必須對這些因素的影響進行充分考慮，提高厭氧氨氧化的反應速率，進而達到處理氨氮含量較低污水處理的目的。

參考文獻

[1]付麗霞，吳立波，張怡然，等.低含量氨氮污水厭氧氨氧化影響因素研究[J].水處理技術，2010，36（4）：50-55.

[2]李亞峰，張文靜，馬晨曦，等.厭氧氨氧化脫氮性能及主要影響因素的試驗[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版），2013，29，2：333-337.

作者簡介：龔君玉，漢族，江蘇吳江，本科學歷，學習單位：蘇州科技學院，研究方向：水污染控制工程。