水处理 硝化细菌的自白

王中泰

水处理 硝化细菌的自白

走进硝化世界的王国，带你揭开硝化细菌的面纱。

微生物的世界里面生活着一种贵族菌种，天生娇贵，禁不起雨，经不起浪。它就是污师们又爱又恨的硝化细菌。生物脱氮的骁将，微生物界的贵族！

下面先介绍下这位贵族来头！硝化细菌属于化能自养型细菌，个体游离，需要依靠广大的异养型微生物而凝聚存活。而且生长繁殖周期长，相对于异养型微生物的繁殖周期滞后一代！这就是贵族的高傲？关键这主天生娇贵，对于生存环境敏感，要求苛刻，属于温室里的花朵。不可怠慢！否则翻脸比翻书都快！

上面介绍了硝化细菌出身名门，自带贵族血统。接下来关于如何伺候这爷，专门私人订制了一套方案也就是影响因素及控制，供大家探讨交流。

一、 污泥负荷 NS

自带的贵族环境注定了经不起强压高负荷的体力工作，没有菌胶团的挡风遮雨，也就没有硝化细菌的生存之地！有机物的去除是先进行碳、氧氧化，再进行氮氧化。有机物先通过菌胶团分解氧化生成二氧化碳与水，部分作为自身能量消耗。

只有有机负荷降低到一定程度，硝化细菌才开始工作进行硝化反应。对于这个污泥负荷，设计值及经验值一般小于 0.15 kgBOD5/KgMLss·d 。通过介绍相信大家也能知道污泥负荷对于硝化细菌，硝化反应是尤为重要！

二、 污泥龄 SRT

贵族的血统自带的高傲，导致了品种的优良，世代周期变长，导致了较长的污泥龄。首先简单介绍一下污泥龄：污泥龄是指曝气池中活性污泥的总量与每日排放的剩余污泥的比值，稳定运行时剩余污泥量就是新增长的活性污泥量。因此，污泥龄也是新增长的活性污泥在曝气池中的平均停留时间，也可以理解为污泥总量增长一倍也就是繁殖一代所需要的时间。

泥龄θc是活性污泥在曝气池中的平均停留时间，即曝气池中的活性污泥量/每天从曝气池系统排出的剩余污泥量。

θc —— 好氧区（池）的污泥龄；

X —— 生物反应池内提合液悬浮固体平均浓度 gMLSS/L；

So —— 生物反应池进水五日生化需氧量（mg/L）；

Se —— 生物反应池出水五日生化需氧量（mg/L）；

Yt —— 污泥总产率系数（kgMLss/kgBOD5）；

Q —— 设计污水流量，m3/d。

为了保证好氧系统的微生物中有足够的硝化菌，需要增加硝化菌的繁殖数量，为此虽然硝化菌的繁殖周期在 5d，但是为了提高硝化菌的浓度，通常将污泥龄控制在繁殖周期的 2倍。有些资料也显示是 10～15 d。

三、有毒有害物质(抑制物)

有毒有害物质对于所有微生物，细菌都是致命的作用。硝化细菌也不例外。下面介绍一下有毒有害物质：有毒有害物质是指抗生素等杀菌物质，也包含影响硝化反应酶活性的物质，比如重金属及其有机化合物。尽量防止这些物质进入系统。

抑制性物质：抑制硝化的物质主要有重金属、酚、硫脲及其衍生物、 游离氨、双氧水等。有毒有害物质对于微生物是致命的，所以在处理一些含有毒有害物质的污水时一定要做好预处理，防止有毒有害物质进入生化池！

四、 pH值

污水处理中pH至关重要，同理pH值酸碱度也是影响硝化作用的重要因素。硝化菌对pH反应很敏感，在pH中性或微碱性条件下（pH为 8～9的范围内），其生物活性最强，硝化过程最迅速。

关于pH值，污师们都知道硝化反应会消耗碱度，致使pH值会降低。但是pH降低不一定就是因为硝化反应引起。接下来分析一下关于pH降低的原因：pH下降的原因可能有两个：

一是进水中有强酸排入，导致人流污水pH降低，因而混合液的pH也随之降低。

二是由硝化方程式可知，随着 NH3-N被转化成 NO3-N，会产生部分酸度H+，这部分酸度将消耗部分碱度，每克 NH3-N转化成 NO3-N约消耗 7.14g碱度(以CaCO3计)。因而当污水中的碱度不足而 TKN负荷

又较高时，便会耗尽污水中的碱度，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。

如果无强酸排入，正常的城市污水应该是偏碱性的，即pH一般都大于 7.0，此时的pH则主要取决于污水中碱度的大小。

而对于工业废水，pH波动较大，所以进入好氧池中的pH要时常监测。硝化菌的最佳 pH值范围是 7.5-8.0，pH太高或者太低都会影响。硝化菌的生长，从我们的运营经验来看pH低于 6.8时硝化菌的生长就会收到抑制。同时不能高于 8.9。

五、 温度

温室里的花朵，对于温度的要求也是至关重要！

硝化菌的比生长速率u：

μ = 0.47 x1.103（T-15）

由上面式子可以看出硝化菌的生长速率和温度成正比关系，温度高于 15℃，随着温度的升高，硝化速率也会增长，小于 15℃，随着温度的降低，硝化速率也会急剧下降。根据我们的经验，温度低于 15℃，硝化速率下降 30%，温度低于 10℃，硝化速率下降 70%。在 10-15℃， 会出现亚硝酸氮的积累会导致亚硝酸化的进行速度。

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所以温度很重要：

（a）每个菌种都有一个最适生长温度，温度过高或者过低都会影响菌种活性，硝化菌的最适生长温度为 25-30℃。

（b）一般情况现场出现的问题是水温过低，那么水温过低我们该如何运营？我们通常采取如下措施：提高外回流比，适当增加污泥浓度，提高硝化菌浓度。适当延长好氧池曝气时间，（曝气也会产生热量虽然微弱）。需要注意曝气时间，防止曝气过量污泥解絮。

王中泰

六、 溶解氧（DO）
首先介绍下溶解氧很多人认为是溶解在水中的氧，其实不然。我们将它定义为溶解在水中的氧经过微生物氧化反应利用后水中剩余的氧量。
溶解氧过高或者过低对硝化反应的影响？
溶解氧过高：溶解氧过高对硝化反应没有明显的抑制，但是好氧池是个大家庭，溶解氧过高会导致污泥老化，菌胶团解体，硝化菌流失。同时也是对能源的一种浪费。溶解氧过低：好氧菌与硝化菌恶性竞争，硝化菌如此娇贵，如何竞争的过强大的好氧军团。根据多年经验，溶解氧低于 1.5mg/l，硝化细菌便会收到抑制，低于 0.5mg/l，硝化反应基本停止。一般把溶解氧控制在 2-3mg/l 左右为佳。

七、 营养物质
民以食为天，微生物的生长繁殖也离不开营养物质。营养物质的均衡决定了微生物的生长情况。关于营养物质也就是碳，氮，磷等物质。硝化细菌是自养菌，需要无机碳源，水中自带的碳酸根及碳酸氢根以及曝气和异养菌代谢产生的 CO2完全可以满足硝化细菌的需要，而有机碳源（BOD）对硝化却是一个威胁，有机碳源过多，导致异养菌争夺氧气和优势菌种的地位，所以，一般进硝化池 BOD不大于 80PPM，而脱氮系统不缺 N源，不需要考虑，磷酸盐的话，硝化细菌在菌胶团中比例很小，而且合成慢，基本上都可以满足需要。

八、 进水氨氮的浓度

硝化反应是将氨态氮转化为亚硝态氮，再亚硝酸菌氧化为硝态氮。有研究表明，当氨氮浓度较低时，随着浓度的增加，氨氧化速率和亚硝酸氧化速率均增加，而且亚硝酸氧化速率增长较快，当浓度增大到一定程度，反应速率均减小。

平常运营过程中，总结的经验为氨氮起始浓度（好氧池前端）市政高于 100mg/l 硝化反应，工业高于 150mg/l 将受到一定程度抑制。（高氮氮废水可以通过回流稀释等避免起始浓度的影响，比如养殖，垃圾渗滤液等）。

九、 盐分
在生物法处理高盐含氮废水的过程中，盐分能够直接影响溶解氧浓度及氧气转移到液相的能力，引起硝化微生物新陈代谢功能、活性污泥沉降性、颗粒污泥以及生物膜结构改变，导致生物絮体或胞外聚合物解体从而影响硝化效率。

根据经验：硝化反应的氯小于 2000 mg/l 的情况下正常进行 ;当然如果进水比较稳定，可以驯化耐盐，耐氯，氯在 5000 mg/l 也能正常进行。氯的影响在于波动性，如果进水波动大，硝化受的影响就大，很容易流失！

十、 碱度
在硝化过程中需要消耗一定量的碱度，如果污水中没有足够的碱度，硝化反应将导致pH值的下降，使反应速率减缓，所以硝化反应要顺利进行就必须使污水中的碱度大于硝化所需的碱度。

对于典型的城市污水，
进水中 NH3-N浓度一般为 20～40mg／L。
TKN 约 50～60mg／L，
碱度约 200mg／L（以CaCO3计）左右。

在硝化反应中每硝化 1g NH3-N 需要消耗 7.14 g碱度，所以硝化过程中需要的碱度量可按下式计算：

碱度 = 7.14 x QΔCNH3-N ×10 - 3

式中：
Q 为进入滤池的日平均污水量，m3／d；
ΔCNH3-N 为进出 NH3-N浓度的差值，mg／L；
7.14 为硝化需碱量系数，kg 碱度／kgNH3-N。

对于含氨氮浓度较高的工业废水，通常需要补充碱度才能使硝化反应器内的pH值维持在 7.2～8.0之间。计算公式如下：

碱度＝ K × 7.14 × QΔCNH3-N × 10-3

式中：
K 为安全系数，一般为 1.2～1.3。

实际工程中进行碱度核算应考虑以下几部分：入流污水中的碱度，生物硝化消耗的碱度，分解 BOD5 产生的碱度，以及混合液中应保持的剩余碱度。要使生物硝化顺利进行，必须满足下式：

原水总碱度＋BOD5 分解产生的碱度＞硝化消耗的碱度＋混合液，应保持的碱度如果碱度不足，要使硝化顺利进行，则必须投加纯碱，补充碱度。
投加的碱量可按下式计算：
补充碱度＝（硝化消耗的碱度＋混合液应保持的碱度）—（原水总碱度＋BOD5 分解产生的碱度）

式中：
系统应补充的碱度，mg／L；
硝化消耗的碱度一般按硝化每 kgNH3-N 消耗 7.14kg碱计算。（以 CaCO3）；

混合液应保一般按曝气池排出的混合液中剩余 50mg/L 碱度（以 CaCO3 计）计算；

BOD 5 分解过程中产生的碱量与系统的 SRT 有关系：
当 SRT＞20 d 时，可按降解每千克 BOD5 产碱 0.1 kg计算；
当 SRT＝10～20d 时，按 0.05 kg ALK/kgBOD5；
当 SRT＜10d 时，按 0.01 gALK/kgBOD5。