影响氨氮含量较低污水厌氧氨氧化的因素分析
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摘 要：与传统脱氮工艺相比较，厌氧氨氧化工艺净化污水具有较多的优点，也存在着一定的缺点。文章分别从NO2--N、无机碳、有机碳、温度、pH等方面对厌氧氨氮氧化的影响进行了认真的研究，为厌氧氨氧化净化氨氮含量较低污水提供了参考。
当前，我国城市污水中C/N比值普遍偏低，再加上我国污水排放标准逐渐提高，传统脱氮工艺难以实现污水总氮、氨氮达标。厌氧氨氧化作为新型生物脱氮技术，能够分别以污水中的氨、亚硝酸盐作为电子供体、受体，并在厌氧状态下将污水中的氮除去。和传统脱氮工艺相比较，厌氧氨氧化不但不需要外加碳源，能够节约50%碱消耗量、62.5%供氧量，且短程硝化的产泥量约为传统脱氮工艺的15%。但是，厌氧氨氧化也存在着厌氧氨氧化工艺细菌生长速度相对缓慢，污水中氨氮含量高，脱氮需于无单质氧状态下进行等缺点[1]。为拓展厌氧氨氧化的应用范围，将其应用于氨氮含量较低的污水之中，我单位展开影响氨氮含量较低污水厌氧氨氧化的因素研究，现总结报告如下。
1 材料与方法
1.1 装置
实验装置使用有机玻璃制造的下向流生物膜滤池，高2m，内径7cm，填料为粒径2.5-5mm的页岩颗粒，填料高度1.6m。
1.2 试验原水
实验选择我单位所在地污水处理厂沉池出水，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，水温：25-28℃。
1.3 细菌培养
接种污泥选择主要含硝化细菌的污泥，为达到厌氧氨氧化工艺要求，实验进程中需在原水中加入亚硝酸盐。进水中NH3-N：NO2-N=1：1.3，滤速：2.49m/h。培养2-3个月，当原水中NH3-N维持40.12mg/L，滤池NH3-N稳定去除率≥98%，培养结束。
1.4 分析指标
分析COD、TOC、IC、NH3-N、PH值、NO2--N、温度等指标。
2 结果及分析
2.1 NO2--N对厌氧氨氮氧化的影响
随着进水中 NO2--N浓度的不断增加，去除氨氮的速率也逐渐增加，当 NO2--N达到120.43mg/L时，去除氨氮的速率也达到最大值3.30mg/L・min，当去除氨氮的速率达到最大值后，若继续增加进水中NO2--N的浓度，去除氨氮的速率却不增反降，但是去除氨氮的速率仍然比NO2--N浓度为61.23mg/L时去除氨氮的速率高。这充分说明NO2--N的浓度对厌氧氨氮氧化需控制在一定浓度范围内，浓度越高，厌氧氨氮氧化速率就越快，当达到峰值后，浓度越高反而会抑制厌氧氨氮氧化速率的特点。究其原因主要为，在未达到峰值前，随着NO2--N浓度的逐渐升高，参与厌氧氨氮氧化的细菌活性逐渐增加，当达到峰值后，尽管参与厌氧氨氮氧化的细菌活性被抑制，但其活性并没有完全丧失，反而维持在较高的水平。
2.2 碳对厌氧氨氮氧化的影响
2.2.1 无机碳对厌氧氨氮氧化的影响
随着进水中无机碳浓度的不断增加，去除氨氮的速率也逐渐增加，当无机碳达到56.03mg/L时，去除氨氮的速率也达到最大值5.01mg/L・min，当去除氨氮的速率达到最大值后，若继续增加进水中无机碳的浓度，去除氨氮的速率却呈现出逐渐下降的趋势。在一定浓度范围内，适当增加无机碳的浓度能够促进厌氧氨氮氧化的进行，当反应速率达到峰值后再增加无机碳的浓度，其反应速率将随着无机碳浓度的增加而逐渐下降。其原因主要为，当无机碳的浓度在一定范围内，厌氧型氨氮氧化细菌将大量繁殖，进而促进反应的快速进行。当无机碳的浓度超过一定范围，异养型反硝化细菌将大量繁殖，并争夺厌氧型氨氮氧化细菌生长繁殖的基质，从而导致厌氧氨氮氧化速率下降[2]。
2.2.2 有机碳对厌氧氨氮氧化的影响
在保证进水中氨氮浓度不变的情况下，当进水中有机碳的浓度越高，去除氨氮的速率却逐渐下降。有机碳的浓度对于厌氧氨氮氧化反应具有抑制作用。究其原因，主要包括两个方面：（1）厌氧氨氧化细菌为化能自养型专性厌氧菌，在有机碳存在条件下时，反应容器内异养菌的繁殖速度远大于厌氧氨氧化细菌，异养菌占有的基质就越多，从而对厌氧氨氧化细菌的繁殖形成抑制作用，并且有机碳浓度越高，异养菌的繁殖速度越大，厌氧氨氧化数量就越少，厌氧氨氧化效率就越低。（2）大量繁殖的异养菌对NO2--N产生竞争性争夺，导致厌氧氨氧化细菌能够利用的NO2--N显著减少，致使厌氧氨氧化速率降低。本研究还发现，在较高无机碳浓度条件下，厌氧氨氧化细菌在较短时间内的生长繁殖尽管被抑制，但生长繁殖仍然可以进行，但当较高无机碳浓度持续时间在14d以上，厌氧氨氧化细菌的生长繁殖能力则会完全丧失，即使无机碳浓度降低，厌氧氨氧化细菌的生长繁殖能力也无法恢复[3]。
2.3 温度对厌氧氨氮氧化的影响
在维持进水NH3-N不变的条件下，在15.00-28.00℃温度范围内，随着温度的逐渐升高，去除氨氮的速率也逐渐增大，此外，在进水的温度发生变化时，反应滤池内氨氮容积负荷率也随着水温的变化而变化，水温逐渐升高，容积负荷率也随之逐渐升高，反之，水温逐渐降低，容积负荷率也随之逐渐降低。这充分说明，在一定温度范围内，厌氧氨氧化细菌对于温度的变化非常敏感，温度升高，厌氧氨氧化细菌活性增加，温度降低，厌氧氨氧化细菌活性降低，可见，低温环境对于厌氧氨氧化反应具有抑制作用。郑平等学者研究发现，厌氧氨氧化细菌活性较高的温度范围为30℃-40℃，温度高于40℃或者低于15℃，厌氧氨氧化细菌的活性就会显著降低。本研究结果与上述研究结论基本一致，为郑平等学者的研究提供了支撑。
2.4 pH对厌氧氨氮氧化的影响
当进水pH值介于6.5-7.0之间时，去除氨氮的速率基本无变化，当进水pH值逐渐增大至弱碱性时，去除氨氮的速率逐渐增大，当进水pH=8时，去除氨氮的速率达到峰值，再继续增加进水pH值至8.5，去除氨氮的速率则显著降低。这充分说明，厌氧氨氧化反应最适合的pH值约在8左右，保持弱碱性环境，能够提高厌氧氨氮氧化反应的速率。Strous等学者研究发现，由于厌氧氨氮氧化反应是于自养型细菌的作用下进行的，在反应进行过程中，必须一定的二氧化碳作为碳源才能维持反应的进行，尽管厌氧氨氮氧化细菌异化作用对pH值不会产生影响，但是自养型细菌却能够固定二氧化碳导致环境pH略增大，并且在这种弱碱性环境中活性最大。为此，尽管大多数学者认为在厌氧氨氮氧化过程中无需使用酸碱中和剂，但是本研究发现，保持环境为弱碱性能够促进厌氧氨氮氧化反应的发生。
3 结束语
总之，NO2--N、碳、温度、pH均会对氨氮含量较低污水厌氧氨氧化产生一定的影响，为此，在氨氮含量较低污水厌氧氨氧化处理过程中，必须对这些因素的影响进行充分考虑，提高厌氧氨氧化的反应速率，进而达到处理氨氮含量较低污水处理的目的。
参考文献
[1]付丽霞，吴立波，张怡然，等.低含量氨氮污水厌氧氨氧化影响因素研究[J].水处理技术，2010，36（4）：50-55.
[2]李亚峰，张文静，马晨曦，等.厌氧氨氧化脱氮性能及主要影响因素的试验[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2013，29，2：333-337.
作者简介：龚君玉，汉族，江苏吴江，本科学历，学习单位：苏州科技学院，研究方向：水污染控制工程。