短程硝化—反硝化生物脫氮
近年來國內(nèi)外學(xué)者對污水生物脫氮工程實踐中暴露出的問題和現(xiàn)象進行了大量理論和試驗研究,并提出了一些新的觀點和方法,其中短程生物脫氮法頗受重視,具有重要的應(yīng)用價值。
1 短程硝化—反硝化作用機理
長期以來無論是在廢水生物脫氮理論上還是在工程實踐中,都一直認為要實現(xiàn)廢水生物脫氮就必須使NH+4經(jīng)歷典型的硝化和反硝化過程才能安全地被除去,這條途徑也可稱之為全程(或完全)硝化—反硝化生物脫氮。實際上從氮的微生物轉(zhuǎn)化過程來看,氨被氧化成硝酸是由兩類獨立的細菌催化完成的兩個不同反應(yīng),應(yīng)該可以分開。對于反硝化菌,無論是NO-2還是NO-3均可以作為最終受氫體,因而整個生物脫氮過程也可以經(jīng)NH+4→HNO2→N2這樣的途徑完成。早在1975年Voet就發(fā)現(xiàn)在硝化過程中HNO2積累的現(xiàn)象并首次提出了短程硝化
—反硝化生物脫氮(Shortcut nitrification—denitrifi-cation,也可稱為不完全或稱簡捷硝化—反硝化生物脫氮),隨后國內(nèi)外許多學(xué)者對此進行了試驗研究。這種方法就是將硝化過程控制在HNO2階段而終止,隨后進行反硝化。傳統(tǒng)生物脫氮之所以要將氨完全氧化成硝酸后再進行反硝化,主要是基于以下幾方面原因:①如果硝化不完全,形成的亞硝化產(chǎn)物HNO2是“三致”物質(zhì),對受納水體和人是不安全的,所以盡量避免出現(xiàn)HNO2;②HNO2具有一定耗氧性,影響出水COD和受納水體的DO;③氨自然生物氧化過程中,NH+4→NO-2可釋放242.8~351.7kJ/mol的能量,亞硝酸菌從中獲取5%~14%能量。氧化NO-2→NO-3釋放能量為64.5~87.5 kJ/mol,硝酸菌可利用其中5%~10%,是亞硝酸菌有效利用能量的1/4~1/5,要達到相同的能量,硝酸菌氧化NO-2量必須達到亞硝酸菌氧化NH+4量的4~5倍,因而在穩(wěn)態(tài)下不會有HNO2積累,氨會被氧化成硝酸;④亞硝酸菌和硝酸菌雖是兩類獨立細菌,但在開放體系中這兩類菌普遍存在,并生活在一起,彼此有利,因此難以單獨存在;⑤氨氧化為亞硝酸的速率較亞硝酸氧化為硝酸速率快,在NH3→HNO3中,亞硝酸的形成是限速步驟,所以通常硝化產(chǎn)物為硝酸,亞硝酸濃度很低。
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