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基本知識

硝化細菌的特點在氨氮水處理技術應用

作者:http://www.dimaixd.com   浏覽 發布時間:2017-04-10

   微生物在自然界中主要扮演垃圾清道夫的作用。在污水治理中利用生化方法去除COD、BOD、氨氮、磷等污染物時會利用到各種各樣的微生物,不同的微生物在不同的污染物的降解中都發揮不同的作用,比如厭氧菌能夠适應高濃度的廢水在厭氧條件下發揮水解酸化作用有效降低污染物濃度,聚磷菌則可以将污水中的磷元素收集到細胞内達到除磷的效果。本文将簡要介紹氨氮去除菌中的好氧氨氧化細菌的特點及其在污水處理的作用。
 
    好氧氨氧化細菌是能夠在有氧條件下将水中氨氮氧化為硝酸鹽的細菌。在這個轉化的過程當中主要分為兩個步驟,同時也是兩類的細菌共同發揮作用才能達成目的。一類是能夠将将氨氮氧化為亞硝酸鹽的亞硝化細菌,一類是将亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽的硝化細菌,目前為止尚未發現能夠将氨氮直接一步氧化為硝酸鹽的細菌。
 
    從目前對亞硝化細菌和硝化細菌的研究中發現了這兩類細菌每一類都包含不同的多個種屬,而每一個不同的種類其生長環境和對氨氮的氧化條件都不同。從性狀上來看可分為球菌、杆菌、螺旋菌以及弧菌等微小細菌,其大小隻有人的頭發直徑的一百分之一左右,在試驗中顯微觀察時需要用到油鏡放大100倍才能看到如頭發直徑大小的菌體。
 
    為什麼亞硝化細菌和硝化細菌的菌體這麼小呢?從微生物學研究的規律發現原來是由這兩類細菌的生長代謝方式決定的。亞硝化細菌和硝化細菌都是化能自養型細菌,他們能夠分别利用水體中的溶解氧将水中的氨氮和亞硝酸鹽進行氧化,然後利用氧化作用産生的能量進行合成代謝,即将溶解在水中的CO2進行固定和還原為細胞自身生長所需要的有機物,當然這個生長的過程也會利用到一部分氨氮合成氨基酸、蛋白質、核酸等含氮的有機物,但是這不是硝化細菌去除水中氨氮的主要方式。因為細胞生長需要大量的能量,這些能量隻能夠通過對氨氮和亞硝酸鹽的氧化來獲取,但是在氨氮和亞硝酸鹽的氧化過程中産生的能量較少,所以需要氧化大量的氨氮和亞硝酸鹽才能夠滿足細胞生長的需求。所以氧化作用才是水體中硝化細菌将氨氮轉化的主要方式。也正是因為氧化作用産生的能量少所以硝化細菌為了适應這種生存條件才進化了成為這種體積小的細胞形态以适應生存環境。
 
    同時也因為好氧氨氧化作用産生的能量少所以硝化細菌生長速度慢。在亞硝化細菌在氧化氨氮稱為亞硝酸鹽時獲取的能量比硝化細菌氧化亞硝酸為硝酸鹽更多,所以亞硝化細菌生長速度要比硝化細菌快很多,目前在好氧氨氧化作用中主要的瓶頸也在于硝化細菌對亞硝酸鹽的氧化效率。硝化細菌的世代時間很長,一般達到10~20d之久,而一般的細菌生長世代時間一般都在1d左右,甚至更短。
 
    由于硝化細菌特殊的代謝方式所以它們對生長的環境有獨特的要求。硝化細菌對水質的pH也較為敏感,需要在弱堿性條件下生長,最适pH一般在7.5-8.5之間,能夠适應pH 7-9的水質,在硝化細菌生長過程中會消耗堿度使水質pH下降,在pH 6以下時會對硝化細菌有明顯的抑制作用。在對溫度的适應性上,硝化細菌在5~42℃之間都表現出活性,但是在25-35 ℃之間活力最高。在對氨氮和亞硝酸鹽的耐受情況上,亞硝化細菌在氨氮濃度為40~170 ppm時表現最佳活力,硝化細菌在亞硝态氮濃度為90~1400 ppm時表現最佳活力,氨氮和亞硝态氮的濃度過高也不利于硝化細菌的生長。還有自養的硝化細菌對水體中有機物的耐受性能一般都不好,過高的有機物濃度會抑制硝化細菌的活性。
 
    了解硝化細菌的生長特性之後可以很容易理解它們在生化處理工藝上的應用。經典的氨氧化工藝為A/O工藝,這套工藝利用了硝化細菌和反硝化細菌的協同作用将氨氮轉化為N2。硝化細菌在好氧段将氨氮氧化為硝态氮,進入厭氧段後反硝化細菌利用水體的有機物将硝态氮還原為N2。在污水處理中硝化細菌和反硝化細菌在空間上其實沒有嚴格的區分,它們在好氧段和厭氧段都存在,隻是當進入好氧段後硝化細菌表現出活性而反硝化菌的活性受到抑制沒有表現出來而已,反之亦然。這個可以在SBR和氧化溝工藝中得到明顯的體現。當SBR處于曝氣階段時硝化細菌表現活性将氨氮氧化,曝氣結束後由于水體中活性污泥濃度高,耗氧菌會快速消耗完水體存餘溶解氧使水體進入厭氧階段,這時候反硝化細菌就會表現活性将硝态氮還原。氧化溝中的好氧和厭氧區的設置也是利用了同樣的原理。
 
    在好氧氨氧化的調控中污泥齡一般在10-30d之間,這個時間與硝化細菌的生長世代時間是一緻的,這樣控制有利于生化池中硝化細菌濃度保持穩定。還有在實際的污水處理過程中由于水量大,所以經過硝化細菌處理後出水的pH不會有明顯的變化,所以隻要保持進水pH達到硝化細菌生長的要求即可。硝化細菌對溫度的适應範圍大,所以對一年四季的氣候适應性強。因此硝化細菌在污水治理中應用範圍廣,在生活污水、食品、養殖、印染、皮革等領域污水處理中皆有應用。在應用方式上也是多種多樣,例如氧化溝、SBR、A/O,A2/O、接觸氧化、MBR等生化工藝中都可以發現硝化細菌的影子。
 
    好氧氨氧化處理工藝雖然會延長污泥齡來适應硝化細菌生長慢的特點,但是硝化細菌由于體積小所以在污水處理中極容易流失。因此現在開發了補加硝化菌菌劑、使用膜技術截留等方法保持生化池内硝化細菌的濃度穩定以解決氨氮去除不達标,以及氨氮去除不穩定的問題。而且在對重金屬的耐受性上硝化細菌表現也較差,這也是生化細菌普遍存在的問題。在生化前端使用化學藥劑去除重金屬解決這一問題。
 
    綜上所言可以知道硝化細菌在生化工藝上應用廣泛,隻要能夠結合硝化細菌的特點合理設計工藝,以及在運行過程中調控得當氨氮的去除就能做到穩定達标。


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