硝化反應(yīng)影響因素

1.污泥負(fù)荷F/M和泥齡SRT

生物硝化屬低負(fù)荷工藝，F(xiàn)/M一般都在0.15 kgBOD/(kgMLVSS·d)以下。負(fù)荷越低，硝化進(jìn)行得越充分，NH3-N向NO3--N轉(zhuǎn)化的效率就越高。有時(shí)為了使出水NH3-N非常低，甚至采用F/M為0.05kgBOD/(kgMLVSS·d)的超低負(fù)荷。

與低負(fù)荷相對(duì)應(yīng)，生物硝化系統(tǒng)的泥齡SRT一般較長(zhǎng)，這主要是因?yàn)橄趸?xì)菌增殖速度較慢，世代期長(zhǎng)，如果不保證足夠長(zhǎng)的SRT，硝化細(xì)菌就培養(yǎng)不起來(lái)，也就得不到硝化效果。實(shí)際運(yùn)行中，SRT控制在多少，取決于溫度等因素。但一般情況下，要得到理想的硝化效果，SRT至少應(yīng)在15d以上。

2.回流比R與水力停留時(shí)間T

生物硝化系統(tǒng)的回流比一般較傳統(tǒng)活性污泥工藝大。這主要是因?yàn)樯锵趸到y(tǒng)的活性污泥混合液中已含有大量的硝酸鹽，如果回流比太小，活性污泥在二沉池的停留時(shí)間就較長(zhǎng)，容易產(chǎn)生反硝化，導(dǎo)致污泥上浮。

生物硝化系統(tǒng)曝氣池的水力停留時(shí)間Ta一般也較傳統(tǒng)活性污泥工藝長(zhǎng)，至少應(yīng)在8h之上。這主要是因?yàn)橄趸俾瘦^有機(jī)污染物的去除速率低得多，因而需要更長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間。

3.溶解氧DO

硝化工藝混合液的DO應(yīng)控制在2.0 mg/L，一般在2.0~3.0 mg/L之間。當(dāng)DO小于2.0 mg/L時(shí)，硝化將受到抑制；當(dāng)DO小于1.0 mg/L時(shí)，硝化將受到完全抑制并趨于停止。生物硝化系統(tǒng)需維持高濃度DO，其原因是多方面的。

首先，硝化細(xì)菌為專性好氧菌，無(wú)氧時(shí)即停止生命活動(dòng)，不像分解有機(jī)物的細(xì)菌那樣，大多數(shù)為兼性菌。其次，硝化細(xì)菌的攝氧速率較分解有機(jī)物的細(xì)菌低得多，如果不保持充足的氧量，硝化細(xì)菌將“爭(zhēng)奪”不到所需要的氧。另外，絕大多數(shù)硝化細(xì)菌包埋在污泥絮體內(nèi)，只有保持混合液中較高的溶解氧濃度，才能將溶解“擠入”絮體內(nèi)，便于硝化菌攝取。

一般情況下，將每克NH3-N轉(zhuǎn)化成NO3--N約需氧4.57g，對(duì)于典型的城市污水，生物硝化系統(tǒng)的實(shí)際供氧量一般較傳統(tǒng)活性污泥工藝高50%以上，具體取決于進(jìn)水中的TKN濃度。

4.硝化速率

生物硝化系統(tǒng)一個(gè)專門的工藝參數(shù)是硝化速率，系指單位重量的活性污泥每天轉(zhuǎn)化的氨氮量，一般用NR表示，單位一般為gNH3-N/(gMLVSS·d)。NR值的大小取決于活性污泥中硝化細(xì)菌所占的比例，溫度等很多因素，典型值為0.02 gNH3-N/(gMLVSS·d)，即每克活性污泥每天大約能將0.02 gNH3-N轉(zhuǎn)化成NO3--N。

5.BOD5/TKN對(duì)硝化的影響

TKN系指水中有機(jī)氮與氨氮之和。入流污水中BOD5與TKN之比是影響硝化效果的一個(gè)重要因素。

BOD5/TKN越大，活性污泥中硝化細(xì)菌所占的比例越小，硝化速率NR也就越小，在同樣運(yùn)行條件下硝化效率就越低；反之，BOD5/TKN越小，硝化效率越高。典型城市污水的BOD5/TKN大約為5－6，此時(shí)活性污泥中硝化細(xì)菌的比例約為5％；如果污水的BOD5/TKN增至9，則硝化菌比例將降至3%；如果BOD5/TKN減至3，則硝化細(xì)菌的比例可高達(dá)9%。

其次，BOD5/TKN變小時(shí)，由于硝化細(xì)菌比例增大，部分會(huì)脫離污泥絮體而處于游離狀態(tài)，在二沉池內(nèi)不易沉淀，導(dǎo)致出水混濁。綜上所述，BOD5/TKN太小時(shí)，雖硝化效率提高，但出水清澈度下降；而B(niǎo)OD5/TKN太大時(shí)，雖清澈度提高，但硝化效率下降。因而，對(duì)某一生物硝化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，存在一個(gè)最佳BOD5/TKN值。很多處理廠的運(yùn)行實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，BOD5/TKN值最佳范圍為2~3。

6.pH和堿度對(duì)硝化的影響

硝化細(xì)菌對(duì)pH反應(yīng)很敏感，在pH為8~9的范圍內(nèi)，其生物活性最強(qiáng)，當(dāng)pH＜6.0或＞9.6時(shí)，硝化菌的生物活性將受到抑制并趨于停止。在生物硝化系統(tǒng)中，應(yīng)盡量控制混合液的pH大于7.0，當(dāng)pH＜7.0時(shí)，硝化速率將明顯下降。當(dāng)pH＜6.5時(shí)，則必須向污水中加堿。

混合液pH下降的原因可能有兩個(gè)，一是進(jìn)水中有強(qiáng)酸排入，導(dǎo)致入流污水pH降低，因而混合液的pH也隨之降低。如果無(wú)強(qiáng)酸排入，正常的城市污水應(yīng)該是偏堿性的，即pH一般都大于7.0，此時(shí)混合液的pH則主要取決于入流污水中堿度的大小。

由硝化反應(yīng)方程可看出，隨著NH3-N被轉(zhuǎn)化成NO3--N，會(huì)產(chǎn)生出部分礦化酸度H＋，這部分酸度將消耗部分堿度，每克NH3-N轉(zhuǎn)化為NO3--N約消耗7.14g堿度(以CaCO3計(jì))。因而當(dāng)污水中的堿度不足而TKN負(fù)荷又較高時(shí)，便會(huì)耗盡污水中的堿度，使混合液pH降低至7.0以下，使硝化速率降低或受到抑制。

7.有毒物質(zhì)對(duì)硝化的影響

某些重金屬離子、絡(luò)合陰離子、氰化物以及一些有機(jī)物質(zhì)會(huì)干擾或破壞硝化細(xì)菌的正常生理活動(dòng)。當(dāng)這些物質(zhì)在污水中的濃度較高，便會(huì)抑制生物硝化的正常運(yùn)行。

例如，當(dāng)鉛離子大于0.5mg/L、酚大于5.6mg/L、硫脲大于0.076mg/L時(shí)，硝化均會(huì)受到抑制。有趣的是，當(dāng)NH3-N濃度大于200mg/L時(shí)，也會(huì)對(duì)硝化過(guò)程產(chǎn)生抑制，但城市污水中一般不會(huì)有如此高的NH3-N濃度。

有毒物質(zhì)對(duì)活性污泥的抑制濃度(mg/L)

抑制生物硝化的一些有機(jī)物

抑制硝化的一些重金屬和無(wú)機(jī)物濃度

8.溫度對(duì)硝化的影響

硝化細(xì)菌對(duì)溫度的變化也很敏感。在5~35℃的范圍內(nèi)，硝化細(xì)菌能進(jìn)行正常的生理代謝活動(dòng)，并隨溫度的升高，生物活性增大。在30℃左右，其生物活性增至最大，而在低于5℃時(shí)，其生理活動(dòng)趨于停止。在生物硝化系統(tǒng)的運(yùn)行管理中，當(dāng)污水溫度在16℃之上時(shí)，采用8~10d的泥齡即可；但當(dāng)溫度低于10℃時(shí)，應(yīng)將泥齡SRT增至12~20d。

硝化系統(tǒng)異常問(wèn)題的分析與排除

現(xiàn)象一：硝化系統(tǒng)混合液的pH降低，硝化效率下降，出水NH3-N濃度升高。

其原因及解決對(duì)策如下：

① 堿度不足。檢查二沉池出水中的堿度，如果小于20mg/L，則可判定系堿度不足所致，應(yīng)進(jìn)行堿度核算，確定投堿量。

② 入流污水中的酸性廢水排放。檢查入流污水的 pH，如果太低，可說(shuō)明有酸性廢水排入，可采取石灰中和處理等臨時(shí)措施，并同時(shí)加強(qiáng)上游污染源管理。

現(xiàn)象二：混合液PH值正常，但硝化效率下降，出水NH3-N濃度升高

其原因及解決對(duì)策如下：

① 供氧不足。檢查混合液的DO值是否小于2mg/L，如果DO太低，可增加曝氣量。

② 溫度太低。檢查入流污水或混合液的溫度是否明顯降低，影響了硝化效果。解決對(duì)策可以有增加投運(yùn)曝氣池?cái)?shù)量或提高混合液濃度ML VSS。

③ 入流TKN負(fù)荷太高。檢查入流污水中的TKN濃度是否升高。如果升高，則應(yīng)增加投運(yùn)曝氣池?cái)?shù)量或者提高曝氣池的MLVSS，并同時(shí)增大曝氣量。

④ 硝化菌數(shù)量不足。首先檢查是否排泥過(guò)量，如果排泥量太大，則減少排泥量；其次檢查是否由于某種原因?qū)е露脸仫h泥，造成污泥流失，并采取控制對(duì)策。如果非以上兩個(gè)原因，則檢查是否入流污水的BOD5/TKN太大，使MLVSS中硝化菌比例降低。可以增大初沉池停留時(shí)間，降低BOD5/TKN值。

現(xiàn)象三：活性污泥沉降速度太慢

其原因及解決對(duì)策如下：

① 污泥中毒。檢查活性污泥的耗氧速率SOUR及硝化速率NR是否降低。如果降低了太多，則確認(rèn)污泥中毒 ，應(yīng)尋找污水中毒物來(lái)源，強(qiáng)化上游污染源管理。

② 污泥膨脹。

現(xiàn)象四：二沉出水混濁并攜帶針狀絮體

其原因及解決對(duì)策如下：

① 二沉出水混濁系由于活性污泥中硝化細(xì)菌比例太高所致，可適當(dāng)提高BOD5/TKN值，但以不影響硝化效果為宜。

② 由于生物硝化系低負(fù)荷或超低負(fù)荷工藝，活性污泥沉降速度太快，不能有效地捕集一些游離細(xì)小絮體，因此出水中攜帶針絮是不可避免的?？刂漆樞醯挠行Т胧┦窃龃笈拍啵档蚐RT，但這勢(shì)必影響硝化效果，使出水NH3-N超標(biāo)。實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)首先權(quán)衡解決針絮問(wèn)題重要還是保持高效硝化重要，再采取運(yùn)行控制措施。

除傳統(tǒng)活性污泥工藝的檢測(cè)項(xiàng)目以外，生物硝化系統(tǒng)還應(yīng)增加以下項(xiàng)目：

① TKN：包括進(jìn)水和出水的TKN值。應(yīng)做混合樣，每天至少1次。

②NO3--N：主要測(cè)二沉池出水的NO3--N，應(yīng)做混合樣，每天至少1次。

③pH：每天數(shù)次測(cè)定混合液出流pH，并根據(jù)工藝控制需要隨時(shí)檢測(cè)。

④堿度：包括入流污水的總堿度和二沉出水的總堿度，做混合樣，每天至少1次。

⑤NR：定期測(cè)混合液的硝化速率NR。每周1次，或根據(jù)工藝調(diào)控需要，隨時(shí)測(cè)量。

實(shí)際操作中硝化系統(tǒng)失調(diào)的案例

1.有機(jī)物導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)

筆者運(yùn)營(yíng)過(guò)CN比小于3的高氨氮污水，因脫氮工藝要求CN比在4~6，所以需要投加碳源來(lái)提高反硝化的完全性。當(dāng)時(shí)投加的碳源是甲醇，因?yàn)槟承┰蚣状純?chǔ)罐出口閥門脫落，大量甲醇進(jìn)入A池，導(dǎo)致曝氣池泡沫很多，出水COD，氨氮飆升，系統(tǒng)崩潰。

分析：大量碳源進(jìn)入A池，反硝化利用不了，進(jìn)入曝氣池，因?yàn)榈孜锍渥?，異養(yǎng)菌有氧代謝，大量消耗氧氣和微量元素，因?yàn)橄趸?xì)菌是自養(yǎng)菌，代謝能力差，氧氣被爭(zhēng)奪，形成不了優(yōu)勢(shì)菌種，所以硝化反應(yīng)受限制，氨氮升高。

解決辦法：

① 立即停止進(jìn)水進(jìn)行悶爆、內(nèi)外回流連續(xù)開(kāi)啟

② 停止壓泥保證污泥濃度

③ 如果有機(jī)物已經(jīng)引起非絲狀菌膨脹可以投加PAC來(lái)增加污泥絮性、投加消泡劑來(lái)消除沖擊泡沫

2.內(nèi)回流導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)

筆者目前遇到的內(nèi)回流導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)有兩方面原因:內(nèi)回流泵有電氣故障（現(xiàn)場(chǎng)跳停仍有運(yùn)行信號(hào)）、機(jī)械故障（葉輪脫落）和人為原因（內(nèi)回流泵未試正反轉(zhuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)為反轉(zhuǎn)狀態(tài)）。

分析：內(nèi)回流導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)也可以歸到有機(jī)物沖擊中，因?yàn)闆](méi)有硝化液的回流，導(dǎo)致A池中只有少量外回流攜帶的硝態(tài)氮，總體成厭氧環(huán)境，碳源只會(huì)水解酸化而不會(huì)完全代謝成二氧化碳逸出。所以大量有機(jī)物進(jìn)入曝氣池，導(dǎo)致了氨氮的升高。

解決辦法：

內(nèi)回流的問(wèn)題很好發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)及趨勢(shì)來(lái)判斷是否是內(nèi)回流導(dǎo)致的問(wèn)題：初期O池出口硝態(tài)氮升高，A池硝態(tài)氮降低直至0，pH降低等，所以解決辦法分三種情況：

① 及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，檢修內(nèi)回流泵就可以了

② 內(nèi)回流已經(jīng)導(dǎo)致氨氮升高，檢修內(nèi)回流泵，停止或者減少進(jìn)水進(jìn)行悶爆

③ 硝化系統(tǒng)已經(jīng)崩潰，停止進(jìn)水悶爆，如果有條件、情況比較緊迫可以投加相似脫氮系統(tǒng)的生化污泥，加快系統(tǒng)恢復(fù)。

3.pH過(guò)低導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)

筆者目前遇到的pH過(guò)低導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)有三種情況：

① 內(nèi)回流太大或者內(nèi)回流處曝氣開(kāi)太大，導(dǎo)致攜帶大量的氧進(jìn)入A池，破壞缺氧環(huán)境，反硝化細(xì)菌有氧代謝，部分有機(jī)物被有氧代謝掉，嚴(yán)重影響了反硝化的完整性，因?yàn)榉聪趸梢匝a(bǔ)償硝化反應(yīng)代謝掉堿度的一半，所以因?yàn)槿毖醐h(huán)境的破壞導(dǎo)致堿度產(chǎn)生減少，pH降低，低于硝化細(xì)菌適宜的pH之后 硝化反應(yīng)受抑制，氨氮升高。這種情況可能有些同行會(huì)遇到，但是從來(lái)沒(méi)從這方面找原因。

② 進(jìn)水CN比不足，原因也是反硝化不完整，產(chǎn)生的堿度少，導(dǎo)致的pH下降。

③ 進(jìn)水堿度降低導(dǎo)致的pH連續(xù)下降。

分析：pH降低導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)，實(shí)際中發(fā)生的概率比較低，因?yàn)閜H的連續(xù)下降是一個(gè)過(guò)程，一般運(yùn)營(yíng)人員在沒(méi)找到問(wèn)題的時(shí)候就開(kāi)始加堿去調(diào)節(jié)pH了

解決辦法：

① pH過(guò)低這種問(wèn)題其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是發(fā)現(xiàn)pH連續(xù)下降就要開(kāi)始投加堿來(lái)維持pH，然后再通過(guò)分析去查找原因。

② 如果pH過(guò)低已經(jīng)導(dǎo)致了系統(tǒng)的崩潰，目前筆者接觸過(guò)pH在5.8~6的時(shí)候，硝化系統(tǒng)還沒(méi)有崩潰的情況，但是及時(shí)將pH補(bǔ)充上來(lái)，首先要把系統(tǒng)的pH補(bǔ)充上來(lái)，然后悶爆或者投加同類型的污泥。

4.DO過(guò)低導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)

筆者運(yùn)營(yíng)過(guò)的污水是高硬度的廢水，特別容易結(jié)垢，開(kāi)始曝氣使用微孔爆氣器，運(yùn)行一段時(shí)間曝氣頭就會(huì)堵塞，導(dǎo)致DO一直提不上來(lái)導(dǎo)致氨氮升高。

分析：原因很簡(jiǎn)單，曝氣的作用是充氧和攪拌，曝氣頭的堵塞造成兩種都受到影響，而硝化反應(yīng)是有氧代謝，需要保證曝氣池溶氧適宜的環(huán)境下才能正常進(jìn)行，而DO過(guò)低則會(huì)導(dǎo)致硝化受阻，氨氮超標(biāo)。

解決辦法：

① 更換曝氣頭，如果硬度低操作問(wèn)題導(dǎo)致的堵塞可以考慮這種方法

② 改造成大孔曝氣器（氧利用率過(guò)低，風(fēng)機(jī)余量大和不差錢的企業(yè)可以考慮）或者射流曝氣器（只能用監(jiān)測(cè)池出水來(lái)進(jìn)行充當(dāng)動(dòng)力流體，尤其是硬度高的污水，切記?。?/p>

5.泥齡導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)

目前筆者遇到過(guò)兩種情況：

① 壓泥過(guò)多，導(dǎo)致氨氮升高。

② 污泥回流不均衡，兩側(cè)系統(tǒng)污泥回流相差過(guò)大，導(dǎo)致污泥回流少的一側(cè)氨氮升高。

分析：壓泥過(guò)多和污泥回流過(guò)少都會(huì)導(dǎo)致污泥的泥齡降低，因?yàn)榧?xì)菌都有世代期，SRT低于世代期，會(huì)導(dǎo)致該細(xì)菌無(wú)法在系統(tǒng)中聚集，形成不了優(yōu)勢(shì)菌種，所以對(duì)應(yīng)的代謝物無(wú)法去除。一般泥齡是細(xì)菌世代期的3-4倍。

解決辦法：

① 減少進(jìn)水或者悶爆

② 投加同類型污泥（一般情況下1，2一塊用效果更好）

③ 如果是污泥回流不均衡導(dǎo)致的問(wèn)題，把問(wèn)題系列的減少進(jìn)水或者悶爆、保證正常系列運(yùn)行的情況下將部分污泥回流到問(wèn)題系列

6.氨氮沖擊導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)

這種情況一般是工業(yè)污水或者有工業(yè)污水進(jìn)入生活污水管網(wǎng)的系統(tǒng)才能遇到，筆者之前遇到的情況是上游汽提塔控制溫度降低，導(dǎo)致來(lái)水氨氮突然升高，脫氮系統(tǒng)崩潰，出水氨氮超標(biāo)，污水處理現(xiàn)場(chǎng)氨味特別濃（曝氣會(huì)有部分游離氨逸出）。

分析：氨氮沖擊目前還沒(méi)有明確的解釋，筆者分析氨氮沖擊是因?yàn)樗杏坞x氨（FA）過(guò)高導(dǎo)致的，雖然FA（游離氨）對(duì)AOB（氨氧化細(xì)菌／亞硝酸細(xì)菌）影響比較弱，但是當(dāng)FA（游離氨）濃度在10~150mg/L時(shí)就開(kāi)始對(duì)AOB（氨氧化細(xì)菌／亞硝酸細(xì)菌）產(chǎn)生抑制作用，而游離氨（FA）對(duì)NOB（亞硝酸鹽氧化細(xì)菌／硝酸菌）影響更敏感，游離氨（FA）在0.1~60mg/L時(shí)對(duì)NOB（亞硝酸鹽氧化細(xì)菌／硝酸菌）就起到的抑制作用，眾所周知，硝化反應(yīng)是亞硝酸菌和硝酸菌共同完成的，對(duì)亞硝酸菌的抑制直接就可以導(dǎo)致硝化系統(tǒng)的崩潰。

解決辦法：

保證pH的情況下，下面三種方法同時(shí)進(jìn)行效果更好更快

① 降低系統(tǒng)內(nèi)氨氮濃度

② 投加同類型污泥

③ 悶曝

7.溫度過(guò)低導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)

這種情況多發(fā)生在北方無(wú)保溫或加熱的污水處理廠，因?yàn)樗疁氐陀谙趸?xì)菌的適宜溫度，而且MLSS沒(méi)有為了冬季代謝緩慢而提高，導(dǎo)致的氨氮去除率下降。

分析：細(xì)菌對(duì)溫度的要求比人類低，但是也是有底線的，尤其是自養(yǎng)型的硝化細(xì)菌，工業(yè)污水這種情況比較少，因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水溫度不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境溫度的變化波動(dòng)很大，但是生活污水水溫基本上是受環(huán)境溫度來(lái)控制的，冬季進(jìn)水溫度很低，尤其是晝夜溫差大，往往低于細(xì)菌代謝需要的溫度，使得細(xì)菌休眠，硝化系統(tǒng)異常。

解決辦法：

① 設(shè)計(jì)階段把池體做成地埋式的（小型的污水處理比較適合）

② 提前提高污泥負(fù)荷

③ 進(jìn)水加熱，如果有勻質(zhì)調(diào)節(jié)池，可以在池內(nèi)加熱，這樣波動(dòng)比較小，如果是直接進(jìn)水可以用電加熱或者蒸汽換熱或混合來(lái)提高水溫，這個(gè)需要比較精確的溫控來(lái)控制進(jìn)水溫度的波動(dòng)。

④ 曝氣加熱，比較小眾，目前還沒(méi)遇到過(guò)，其實(shí)空氣壓縮鼓風(fēng)時(shí)溫度已經(jīng)升高了，如果曝氣管可以承受，可以考慮加熱壓縮空氣來(lái)提高生化池溫度。