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/M一般都在0.15kgBOD/（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，主要要因?yàn)橄趸?xì)菌增殖速度較慢，世代期長，如果不保證足夠長的SRT，硝化細(xì)菌就培養(yǎng)不起來，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。氮一般情況下，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，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一般也較活性污泥工藝長，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，因而需要更長的反應(yīng)時(shí)間。

3、溶解氧DO

硝化工藝混合液DO應(yīng)控制在2.0mg/L，一般在2.0~3.0mg/L之間。當(dāng)DO小于2.0mg/L時(shí)，硝化將受到抑制；當(dāng)DO小于1.0mg/L時(shí)，硝化將受到*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0.02gNH3-N/（gMLVSS·d），即每克活性污泥，每天大約能將0.02gNH3-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。地耐性城市污水的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)致出水渾濁。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BOD5/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)來說，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*，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。如果無強(qiáng)酸排入，正常的城市污水應(yīng)該是偏堿性的，即PH值一般都大于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)消耗污水中的堿度，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、qing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。

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)會(huì)*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。

二、影響硝化細(xì)菌生長和硝化效率的化學(xué)物質(zhì)

1、無機(jī)氮類化合物

1）主要是游離氨（FA）：游離氨的抑制作用對(duì)2類硝化細(xì)菌是不同的，對(duì)亞硝酸菌，F(xiàn)A的抑制質(zhì)量度范圍為10——150mg/L，而對(duì)硝酸菌，這個(gè)范圍僅僅為0.1-1.0mg/L。

 2）游離態(tài)的亞硝酸：在水中亞硝酸根以游離態(tài)和離子態(tài)兩種形式存在。游離態(tài)的亞硝酸是硝化細(xì)菌的主要基質(zhì)，同時(shí)也是亞硝酸鹽氧化菌的抑制劑。游離態(tài)的亞硝酸對(duì)氨氧化細(xì)菌、亞硝酸鹽氧化菌的生長、繁殖均具有一定的毒性，游離態(tài)的亞硝酸對(duì)亞硝酸細(xì)菌的抑制濃度為0.06mgN/L，對(duì)硝酸細(xì)菌也有抑制作用，抑制濃度為2.8mgN/L。相對(duì)于亞硝化細(xì)菌，硝化細(xì)菌有更強(qiáng)的適應(yīng)性。

2、消毒劑

1）氯酸鹽：開始抑制濃度（以lvsuanjia為例）約為0.001——0.001mmol/L（約為0.1225-1.225mg/L）；*抑制濃度以CLO3-濃度計(jì)為1-10mmol/L時(shí)，硝化菌被*抑制。

3、（重）金屬類

當(dāng)水中受到Cr、Cd、Cu、Zn、Pb、Ag、As等重金屬污染過高時(shí)，硝化作用會(huì)受到抑制，其原因可能是重金屬對(duì)硝化過程中的酶活性產(chǎn)生影響，從而影響硝化細(xì)菌的轉(zhuǎn)錄等正常的生理過程，導(dǎo)致硝化菌硝化效率下降。

有學(xué)者Hg主要表現(xiàn)為抑制生物大分子如蛋白質(zhì)和核酸的合成，致突變效應(yīng)，停止細(xì)胞分裂，抑制生物氧化及運(yùn)動(dòng)性。Pb可造成細(xì)胞膜損傷，破壞營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸。Cd致突變效應(yīng)，導(dǎo)致DNA鏈斷裂。高濃度Mn干擾細(xì)胞對(duì)Mg（II）的運(yùn)輸。銅離子螯合疏基，干擾細(xì)胞蛋白質(zhì)或酶的結(jié)合；六價(jià)鉻通過細(xì)胞膜的硫酸鹽通道進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻時(shí)產(chǎn)生的氧化應(yīng)激，造成蛋白質(zhì)和DNA損傷。部分重金屬對(duì)硝化的抑制作用效果大致如下：

EC50：半數(shù)效應(yīng)濃度，引起受試對(duì)象50%個(gè)體產(chǎn)生一種特定效應(yīng)的藥物劑量。

IC50：半數(shù)抑制濃度，一種藥物能將細(xì)胞生長、病毒復(fù)制等一直50%所需的濃度。

4、苯酚

苯酚對(duì)硝化有抑制作用，該一直屬非競爭性抑制，是可逆的。苯酚2,4-二氯酚共存時(shí)產(chǎn)生疊加抑制效應(yīng)。多位學(xué)者研究均表明，苯酚對(duì)硝化反應(yīng)的半數(shù)抑制率，即IC50約為20mg/L。

5、硝化抑制劑

在農(nóng)業(yè)上，通常會(huì)在氮肥中施加硝化抑制劑，以抑制肥料中的氮元素硝化損失肥效，這些硝化抑制劑對(duì)硝化過程中均有明顯的抑制作用，主要有：ATC（4-氨基-1,2,4-三唑）、疊氮化鉀、2-氯-6-（三氯甲基）吡啶、2-氨基-4-氯-9-甲基吡啶、磺胺噻唑、雙氰胺、硫脲-N-2,5-二氯苯丁二酰胺、4-氨基-1,2,3,-三唑鹽酸鹽、脒基硫脲等。

這些物質(zhì)一般屬于含硫化合物、N雜環(huán)化合物、雙氰胺類化合物。這些物質(zhì)由于其本身特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，在硝化過程中影響氨氮加氧酶（AMO）的氧化過程，從而會(huì)對(duì)硝化過程產(chǎn)生影響。在農(nóng)業(yè)上一般是用這些硝化抑制劑時(shí)，投加量約為總氮量的0.1%-1%，就可以對(duì)硝化過程產(chǎn)生明顯的抑制作用。