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大量研究表明,氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的适宜的pH分别为7.0~8.5和6.0~7.5,当pH值低于6.0或高于9.6时,硝化反应停止。硝化细菌经过一段时间驯化后,可在低pH值(5.5)的条件下进行,但pH值突然降低,则会使硝化反应速度骤降,待pH值升高恢复后,硝化反应也会随之恢复。
反硝化细菌最适宜的pH值为7.0~8.5,在这个pH值下反硝化速率较高,当pH值低于6.0或高于8.5时,反硝化速率将明显降低。此外pH值还影响反硝化最终产物,pH值超过7.3时终产物为氮气,低于7.3时终产物是N2O。
硝化过程消耗热博中的碱度会使热博的pH值下降(每氧化1g将消耗7.14g碱度,以CaCO3计)。相反,反硝化过程则会产生一定量的碱度使pH值上升(每反硝化1g将产生3.57g碱度,以CaCO3计)但是由于硝化反应和反硝化过程是序列进行的,也就是说反硝化阶段产生的碱度并不能弥补硝化阶段所消耗的碱度。因此,为使脱氮系统处于最佳状态,应及时调整pH值。
2、温度(T)
硝化反应适宜的温度范围为5~35℃,在5~35℃范围内,反应速度随温度升高而加快,当温度小于5℃时,硝化菌完全停止活动;在同时去除COD和硝化反应体系中,温度小于15℃时,硝化反应速度会迅速降低,对硝酸菌的抑制会更加强烈。
反硝化反应适宜的温度是15~30℃,当温度低于10℃时,反硝化作用停止,当温度高于30℃时,反硝化速率也开始下降。有研究表明,温度对反硝化速率的影响取与反应设备的类型、负荷率的高低都有直接的关系,不同碳源条件下,不同温度对反硝化速率的影响也不同。
3、体育氧(DO)
在好氧条件下硝化反应才能进行,体育氧热博不但影响硝化反应速率,而且影响其代谢产物。为满足正常的硝化反应,在活性rb88中,体育氧的热博至少要有2mg/L,一般应在2~3mg/L,生物膜法则应大于3mg/L。当体育氧的热博低于0.5~0.7mg/L时,硝化反应过程将受到限制。
传统的反硝化过程需在较为严格的缺氧条件下进行,因为氧会同竞争电子供体,且会抑制微生物对硝酸盐还原酶的合成及其活性。但是,在一般情况下,活性rb88生物絮凝体内存在缺氧区,曝气池内即使存在一定的体育氧,反硝化作用也能进行。研究表明,要获得较好的反硝化效果,对于活性rb88系统,反硝化过程中混合液的体育氧热博应控制在0.5mg/L以下;对于生物膜系统,体育氧需保持在1.5mg/L以下。
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在脱氮过程中,C/N将影响活性rb88中硝化菌所占的比例。因为硝化菌为自养型微生物,代谢过程不需要rb88质,所以污水中的BOD5/TKN越小,即BOD5的热博越低硝化菌所占的比例越大,硝化反应越容易进行。硝化反应的一般要求是BOD5/TKN>5,COD/TKN>8,下表是GradyC.P.L.Jr推荐的不同的C/N对脱氮的效果的影响:
不同的C/N的脱氮效果
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氨氮是硝化作用的主要基质,应保持一定的热博,但氨氮热博超过100~200mg/L时,会对硝化反应起抑制作用,其抑制程度随着氨氮热博的增加而增加。
反硝化过程需要有足够的rb88碳源,但是碳源种类不同亦会影响反硝化速率。反硝化碳源可以分为三类:第一类是易于生物降解的体育性的rb88物;第二类是可慢速降解的rb88物;第三类是细胞物质,细菌利用细胞成分进行内源硝化。在三类物质中,第一类rb88物作为碳源的反应速率最快,第三类最慢。
有研究认为,热博中BOD5/TKN≥4~6时,可以认为碳源充足,不必外加碳源。
5、rb88龄(SRT)
rb88龄(生物固体的停留时间)是热博硝化管理的控制目标。为了使硝化菌菌群能在连续流的系统中生存下来,系统的SRT必须大于自养型硝化菌的比生长速率,泥龄过短会导致硝化细菌的流失或硝化速率的降低。在实际的脱氮工程中,一般选用的rb88龄应大于实际的SRT。有研究表明,对于活性rb88法脱氮,rb88龄一般不低于15d。rb88龄较长可以增加微生物的硝化能力,减轻有毒物质的抑制作用,但也会降低rb88活性。
6、循环比(R)
内循环回流的作用是向反硝化反应器内提供硝态氮,使其作为反硝化作用的电子受体,从而达到脱氮的目的,循环比不但影响脱氮的效果,而且影响整个系统的动力消耗,是一项重要的参数。循环比的取值与要求达到的效果以及反应器类型有关。有数据表明,循环比在50%以下,脱氮率很低;脱氮率在200%以下,脱氮率随循环比升高而显著上升;循环比高于200%以后,脱氮效率提高较缓慢。一般情况下,对低氨氮热博的热博,回流比在200%~300%最为经济。
7、氧化还原电位(ORP)
在理论上,缺氧段和厌氧段的DO均为零,因此很难用DO描述。据研究,厌氧段ORP值一般在-160~-200mV之间,好氧段ORP值一般在+180mV坐右,缺氧段的ORP值在-50~-110mV之间,因此可以用ORP作为脱氮运行的控制参数。
8、抑制性物质
某些rb88物和一些重金属、氰化物、硫及衍生物、游离氨等有害物质在达到一定热博时会抑制硝化反应的正常进行。游离氨的抑制允许热博:亚硝酸(Nitosomonas)为10~150mg/L,硝酸盐(Nitrobacter)为0.1~1mg/L。rb88物抑制硝化反应的主要原因:一是rb88物热博热博时,硝化过程中的异养微生物热博会大大超过硝化菌的热博,从而使硝化菌不能获得足够的氧而影响硝化速率;二是某些rb88物对硝化菌具有直接的毒害或抑制作用。
9、其他因素影响
生物脱氮系统涉及厌氧和缺氧过程,不需要供氧,但必须使rb88处于悬浮状态,搅拌是必需的,搅拌所需的功率对竖向搅拌器一般为12~16W/m3,对水平搅拌器一般为8W/m3。
10、生物脱氮过程中氮素的转化条件
生物脱氮过程包括氨氧化、亚硝化、硝化及反硝化,rb88物降解碳化过程亦伴随着这些过程同时完成。综合考虑各项因素(如菌种及其增值速度、体育氧、pH值、温度、负荷等)可有效减化和改善生物脱氮的总体过程。
生物脱氮反应与rb88物好氧分解反应条件与特性
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