脫氮處理過(guò)程亞硝酸鹽累積的原因研究
1、概述
反硝化是生物脫氮的有效方法。亞硝酸鹽氮（NO2―-N）作為反硝化過(guò)程的中間產(chǎn)物，其積累不但對(duì)生物和人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，而且會(huì)對(duì)反硝化菌產(chǎn)生毒害作用，使反硝化過(guò)程受到嚴(yán)重抑制，進(jìn)而對(duì)常規(guī)生物水處理工藝的正常運(yùn)行造成破壞。另外，在常規(guī)脫氮工藝中，積累有大量NO2―-N的廢水離開缺氧反應(yīng)器后會(huì)在后序的好氧反應(yīng)器中重新被氧化為硝酸鹽氮（NO3―-N），使得脫氮時(shí)需氧量增大，不但造成處理效果下降，而且浪費(fèi)了能源。影響NO2―-N積累的因素有很多，如微生物種群結(jié)構(gòu)、碳氮比（C/N）、碳源類型以及溫度、pH值、NO3―-N濃度、溶解氧等環(huán)境因素。
2、亞硝酸鹽積累的影響因素
2.1 溫度
溫度對(duì)反硝化處理工藝具有一定的影響。對(duì)于反硝化作用來(lái)說(shuō)，最適宜的運(yùn)行溫度是20－40℃。溫度對(duì)反硝化過(guò)程中的NO2―-N積累也有一定的影響。在適宜溫度時(shí)，NO2―-N的積累程度稍低。原因可能是相對(duì)于硝酸鹽還原酶，亞硝酸鹽還原酶對(duì)溫度更為敏感，一旦溫度不適宜，則其受到的抑制作用要大于硝酸鹽還原酶，進(jìn)而造成NO2―-N的積累。
2.2 溶解氧
反硝化菌屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌，它需要在缺氧條件下生活，這是因?yàn)槿芙庋鯐?huì)抑制細(xì)菌中還原硝酸鹽的酶系統(tǒng)的合成并抑制硝酸鹽還原酶和亞硝酸鹽還原酶的活性，而亞硝酸鹽還原酶受到溶解氧的抑制作用要大于硝酸鹽還原酶，所以當(dāng)溶解氧存在時(shí)，會(huì)發(fā)生NO2―-N的積累。而且溶解氧可以充當(dāng)電子受體，從而競(jìng)爭(zhēng)性地阻礙了NO3―-N的還原。為了保持系統(tǒng)中良好的反硝化作用，在實(shí)際運(yùn)行中一般控制溶解氧在0.5 mg/Ｌ以下。
2.3碳源類型
碳源在反硝化過(guò)程中主要用于產(chǎn)能、細(xì)胞合成和脫氧。碳源的性質(zhì)和數(shù)量對(duì)反硝化速率和反硝化中間產(chǎn)物有重要的影響。例如，黃明祝在研究缺氧條件下的吡啶、吲哚和喹啉的降解情況和廢水急性毒性削減情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，在吲哚降解過(guò)程中NO2―-N的積累量很小，但喹啉和吡啶則有大量積累。
2.4pH值
改變反硝化基質(zhì)的pH值也會(huì)對(duì)NO2―-N的積累產(chǎn)生影響。Ferrari Thomas E等得出結(jié)論，當(dāng)pH值處于4.5—7.0時(shí)，NO2―-N積累量與pH值成反比。一般認(rèn)為，隨著pH值的升高，NO3―-N在反硝化過(guò)程中的積累量越來(lái)越少。
2.5NO3―-N濃度
NO3―-N與NO2―-N對(duì)二者共同的電子供體（碳源）的競(jìng)爭(zhēng)是造成NO2―-N積累的原因之一，也是其影響因素之一。另外，當(dāng)NO3―-N還原速率大于NO2―-N還原速率時(shí)也會(huì)造成亞硝酸鹽積累，其根本原因是硝酸鹽還原酶與亞硝酸鹽還原酶活性之間的差別。
2.6C/N比
在反硝化工藝的設(shè)計(jì)與運(yùn)行中，C/N比是一個(gè)重要參數(shù)。如果 C/N比偏高，則氮源不足，有機(jī)物去除率低；C/N比偏低，則碳源不足，反硝化的效率較低，將造成出水中NO2―-N積累。NO3―-N與NO2―-N對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)以及溶解氧對(duì)NO2―-N積累的影響都與C/N比不足有關(guān)。原因?yàn)镹O3―-N與NO2―-N爭(zhēng)奪有限的碳源，而NO3―-N的競(jìng)爭(zhēng)能力比較強(qiáng)。
2.7微生物種群組成
Focht等提出活性污泥系統(tǒng)中存在著兩種異化反硝化菌：（1）硝酸鹽呼吸菌，只能將硝酸鹽氮還原到亞硝酸鹽氮；（2）真正的反硝化菌，可以將NO3―-N和NO2―-N同時(shí)還原到氧化亞氮或氮?dú)。Drysdale等則進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，他們根據(jù)缺氧條件下微生物對(duì)NO3―-N和NO2―-N的還原能力，將強(qiáng)化生物除磷系統(tǒng)活性污泥中的異養(yǎng)微生物分為了五類（表1）。因此，微生物功能群在生物處理系統(tǒng)中的比例不同及其反硝化能力不同會(huì)使得NO2―-N的還原速率與NO3―-N的還原速率之間存在差異，進(jìn)而會(huì)引起不同程度的NO2―-N積累。
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3、展望
NO2―-N是反硝化過(guò)程中的主要中間產(chǎn)物，控制反硝化過(guò)程中的一些參數(shù)條件或環(huán)境因素可以降低或增大NO2―-N的積累程度。本文分析了反硝化過(guò)程中可能引起NO2―-N積累的影響因素，研究中間產(chǎn)物的積累的產(chǎn)生機(jī)理及影響因素有助于我們更加深入地了解缺氧反硝化過(guò)程，為廢水的缺氧生物處理提供理論依據(jù)。在分析了中間產(chǎn)物積累的現(xiàn)象和原因后，可進(jìn)一步探討反硝化中間產(chǎn)物積累的動(dòng)力學(xué)方程及求取相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，對(duì)有效控制中間產(chǎn)物的積累、維持的途徑進(jìn)行更深入的研究和探討，對(duì)參與反應(yīng)的微生物特性進(jìn)行更全面的了解，對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行更深入的研究，以使這一技術(shù)得到更好的發(fā)展、完善和提高。
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