硝化細菌 ( Nitrifying bacteria ) 是一類好氧性細菌，包括亞硝酸菌和硝酸菌。生活在有氧的水中或砂層中，在氮循環水質凈化過程中扮演著很重要的角色。

今天就探討一下污水處理中關于硝化細菌的影響因素及控制，希望能夠給大家帶來一定的參考價值。

污泥負荷Ns




硝化細菌更多的還是在伴隨著菌膠團的生存，有機物的去除是先進行碳氧氧化，再進行氮氧化。有機物先通過菌膠團分解氧化生成二氧化碳與水，部分作為自身能量消耗。只有有機負荷降低到一定程度，硝化細菌才開始工作進行硝化反應。對于這個污泥負荷，設計值及經驗值一般小于0.15kgBOD5/KgMLss.d。通過介紹相信大家也能知道污泥負荷對于硝化細菌，硝化反應是尤為重要！





污泥齡（SRT）






首先簡單介紹一下污泥齡:污泥齡是指曝氣池中活性污泥的總量與每日排放的剩余污泥的比值，穩定運行時剩余污泥量就是新增長的活性污泥量。因此，污泥齡也是新增長的活性污泥在曝氣池中的平均停留時間，也可以理解為污泥總量增長一倍也就是繁殖一代所需要的時間。



泥齡ts是活性污泥在曝氣池中的平均停留時間，即曝氣池中的活性污泥量/每天從曝氣池系統排出的剩余污泥量



TS=（X*VT）/（QS*XR+Q*XE）



式中:



tS——泥齡，d



X——曝氣池中的活性污泥濃度，即 MLSS，kg/m3



VT——曝氣池總體積，m3



QS——每天排出的剩余污泥體積，m3/d



XR——剩余污泥濃度，kg/m3



Q——設計污水流量，m3/d



XE——二沉池出水的懸浮固體濃度，kg/m3



為了保證好氧系統的微生物中有足夠的硝化菌，需要增加硝化菌的繁殖數量，為此雖然硝化菌的繁殖周期在5d，但是為了提高硝化菌的濃度，通常將污泥齡控制在繁殖周期的 2 倍。有些資料也顯示是10～15d。



案例分享：某生活污水處理廠，主要工藝為A2O工藝，進水水量5000m3/d，進水 COD300-400mg/l 進水氨氮為 20mg/l，出水在16-20mg/l，氨氮出水要求 5mg/l。從去除率來看脫氮效果不明顯，幾乎沒有經過現場詢問運營人員，運行管理人員平時運行，如果出水 COD 升高，檢測SV30 為 85%時，他們就采取排泥措施，還有DO偏高，污泥沉降性能不好，他們也會排泥，基本 1-2d 排一次泥，根據現場分析判斷，排泥太勤，污泥齡短硝化菌流失，硝化效率低下甚至無去除率。





針對現場情況建議：



1.條件允許的情況下投泥。

2.減少排泥時間，甚至不排。提高污泥齡。





有毒有害物質（抑制物）




有毒有害物質對于所有微生物，細菌都是致命的作用。硝化細菌也不例外。下面介紹一下有毒有害物質:有毒有害物質是指抗生素等殺菌物質，也包含影響硝化反應酶活性的物質，比如重金屬及其有機化合物。盡量防止這些物質進入系統。



抑制性物質 : 抑制硝化的物質主要有重金屬、酚、硫脲及其衍生物、 游離氨、雙氧水等。有毒有害物質對于微生物是致命的，所以在處理一些含有毒有害物質的污水時一定要做好預處理，防止有毒有害物質進入生化池！





PH值






污水處理中PH至關重要，同理pH值酸堿度也是影響硝化作用的重要因素。硝化菌對pH反應很敏感，在pH中性或微堿性條件下（pH為8～9的范圍內），其生物活性最強，硝化過程最迅速。



關于PH值，污師們都知道硝化反應會消耗堿度，致使PH值會降低。但是PH降低不一定就是因為硝化反應引起。接下來分析一下關于PH降低的原因：PH下降的原因可能有兩個：



一是進水中有強酸排入，導致人流污水pH降低，因而混合液的pH也隨之降低。



二是由硝化方程式可知，隨著NH3-N被轉化成NO3-N，會產生部分酸度H+，這部分酸度將消耗部分堿度，每克NH3-N轉化成NO3-N約消耗 7.14g堿度(以CaC03計)。因而當污水中的堿度不足而TKN負荷又較高時，便會耗盡污水中的堿度，使混合液中的pH 值降低至7.0 以下，使硝化速率降低或受到抑制。



如果無強酸排人，正常的城市污水應該是偏堿性的，即PH一般都大于 7.0，此時的pH則主要取決于污水中堿度的大小。



而對于工業廢水，PH波動較大，所以進入好氧池中的PH要時常監測。硝化菌的最佳 PH值范圍是 7.5-8.0，PH太高或者太低都會影響。硝化菌的生長，從我們的運營經驗來看PH低于6.8時硝化菌的生長就會收到抑制。同時不能高于8.9。



案例分享：某城市污水處理廠（生活+工業）日處理量2萬m3/d，工藝;水解酸化+A2/O進水指標COD:200~300mg/L，氨氮NH3-N：15~20mg/L，TN:25mg/L ,TP:1mg/L。排放標準一級A。



情況描述;系統一直運行正常，忽然一夜之間氨氮升高，直到基本無去除率，曝氣池污泥顏色不正常發暗，無土腥味，二沉池飄泥。COD出水指標升高。由于事故發生在第二天才發現指標異常。經詢問當班人員頭天沒有發現異常。唯一不正常就是發現旋流沉砂池表面有大量泡沫。由于系統惡化比較快，初步懷疑有毒有害物資進入，有大量異常工業廢水進入。通過檢測水解池出口PH：4.5~5.0 曝氣池PH：5.5~5.8 溶解氧：5.0~5.8 通過分析得出由于工業酸性廢水進入，導致系統PH降低，微生物得到抑制，菌膠團趨于解體。硝化細菌死亡，氨氮無去除率，COD超標。為了盡快恢復系統決定停止進水，排空水解池，調節進水PH，開大污泥回流系統稀釋中和生化系統PH，提高曝氣池污泥濃度。投加部分污泥，5天左右系統恢復正常。同時向環保局報告排查異常水質來源。





溫度（T）






對于溫度的要求也是至關重要！



硝化菌的比生長速率u：

   

μ=0.47*1.103（T-15）



由上面式子可以看出硝化菌的生長速率和溫度成正比關系，溫度高于15℃，隨著溫度的升高，硝化速率也會增長，小于 15℃，隨著溫度的降低，硝化速率也會急劇下降。根據我們的經驗，溫度低于 15℃， 硝化速率下降 30%，溫度低于 10℃，硝化速率下降 70%。在 10-15℃， 會出現亞硝酸氮的積累會導致亞硝酸化的進行速度。



所以溫度很重要：



1.每個菌種都有一個最適生長溫度，溫度過高或者過低都會影響菌種活性，硝化菌的最適生長溫度為 25-30℃。



2.一般情況現場出現的問題是水溫過低，那么水溫過低我們該如何運營？我們通常采取如下措施：



提高外回流比，適當增加污泥濃度，提高硝化菌濃度。



適當延長好氧池曝氣時間，(曝氣也會產生熱量雖然微弱）。需要注意曝氣時間，防止曝氣過量污泥解絮。





溶解氧（DO）






首先介紹下溶解氧很多人認為是溶解在水中的氧，其實不然我們將它定義為溶解在水中的氧經過微生物氧化反應利用后水中剩余的氧量。



溶解氧過高或者過低對硝化反應的影響？



溶解氧過高：溶解氧過高對硝化反應沒有明顯的抑制，但是好氧池是個大家庭，溶解氧過高會導致污泥老化，菌膠團解體，硝化菌流失。同時也是對能源的一種浪費。



溶解氧過低：好氧菌與硝化菌惡性競爭，硝化菌如此嬌貴，如何競爭的過強大的好氧軍團。根據多年經驗溶解氧低于1.5mg/l，硝化細菌便會收到抑制，低于0.5mg/l，硝化反應基本停止。一般把溶解氧控制在 2-3mg/l 左右為佳。





營養物質






微生物的生長繁殖也離不開營養物質。營養物質的均衡決定了微生物的生長情況。關于營養物質也就是碳，氮，磷等物質。硝化細菌是自養菌，需要無機碳源，水中自帶的碳酸根及碳酸氫根以及曝氣和異養菌代謝產生的CO2完全可以滿足硝化細菌的需要，而有機碳源（BOD）對硝化卻是一個威脅，有機碳源過多，導致異養菌爭奪氧氣和優勢菌種的地位，所以，一般進硝化池BOD不大于80PPM，而脫氮系統不缺N源，不需要考慮，磷酸鹽的話，硝化細菌在菌膠團中比例很小，而且合成慢，基本上都可以滿足需要。





進水氨氮的濃度






硝化反應是將氨態氮轉化為亞硝態氮，再亞硝酸菌氧化為硝態氮。有研究表明當氨氮濃度較低時，隨著濃度的增加，氨氧化速率和亞硝酸氧化速率均增加，而且亞硝酸氧化速率增長較快，當濃度增大到一定程度，反應速率均減小。



平常運營過程中，總結的經驗為氨氮起始濃度（好氧池前端）市政高于 100mg/l 硝化反應，工業高于 150mg/l 將受到一定程度抑制。（高氮氮廢水可以通過回流稀釋等避免起始濃度的影響，比如養殖，垃圾滲濾液等）





鹽分






在生物法處理高鹽含氮廢水的過程中，鹽分能夠直接影響溶解氧濃度及氧氣轉移到液相的能力，引起硝化微生物新陳代謝功能、活性污泥沉降性、顆粒污泥以及生物膜結構改變，導致生物絮體或胞外聚合物解體從而影響硝化效率。



根據經驗：硝化反應的氯小于2000mg/l 的情況下正常進行 ;當然如果進水比較穩定，可以馴化耐鹽，耐氯，氯在5000mg/L也能正常進行。氯的影響在于波動性，如果進水波動大，硝化受的影響就大，很容易流失！





堿度






在硝化過程中需要消耗一定量的堿度，如果污水中沒有足夠的堿度，硝化反應將導致pH值的下降，使反應速率減緩，所以硝化反應要順利進行就必須使污水中的堿度大于硝化所需的堿度。



對于典型的城市污水，進水中NH3-N濃度一般為 20～40mg／L。TKN 約 50～60mg／L，堿度約200mg／L(以Ca2CO3計)左右。



在硝化反應中每硝化1gNH3-N 需要消耗7.14g堿度，所以硝化過程中需要的堿度量可按下式計算：



堿度=7.14×QΔCNH3-N×10-3



式中：



Q 為進入濾池的日平均污水量，m3／d；

ΔCNH3-N 為進出NH3-N濃度的差值，mg／L；

7.14 為硝化需堿量系數，kg 堿度／kgNH3-N。



Ø 對于含氨氮濃度較高的工業廢水，通常需要補充堿度才能使硝化反應器內的pH值維持在7.2～8.0之間。計算公式如下：



堿度＝K×7.14×QΔCNH3-N×10—3



式中：K 為安全系數，一般為 1.2～1.3。



實際工程中進行堿度核算應考慮以下幾部分：入流污水中的堿度，生物硝化消耗的堿度，分解 BOD5 產生的堿度，以及混合液中應保持的剩余堿度。要使生物硝化順利進行，必須滿足下式：



原水總堿度＋BOD5 分解產生的堿度＞硝化消耗的堿度＋混合液應保持的堿度如果堿度不足，要使硝化順利進行，則必須投加純堿，補充堿度。



投加的堿量可按下式計算：



補充堿度＝（硝化消耗的堿度＋混合液應保持的堿度）—（原水總堿度＋BOD5 分解產生的堿度





式中：



系統應補充的堿度，mg／L；



硝化消耗的堿度一般按硝化每kgNH3-N消耗7.14kg堿計算。（以CaCo3）；



混合液應保一般按曝氣池排出的混合液中剩余 50mg/L 堿度(以 CaCO3 計)計算；



BOD5 分解過程中產生的堿量與系統的 SRT 有關系：



當 SRT＞20d 時，可按降解每千克 BOD5 產堿 0.1kg 計算；

當 SRT＝10～20d 時，按 0.05kgALK/kgBOD5；

當 SRT＜10d 時，按 0.01gALK/kgBOD5。