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你的硝化為什么會崩潰?這篇文章告訴你!

更新時間:2020-05-15 10:12 來源:環保工程師 作者: 閱讀:1187 網友評論0

一、硝化反應影響因素

1、污泥負荷F/M和泥齡SRT

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

與低負荷相對應,生物硝化系統的泥齡SRT一般較長,這主要是因為硝化細菌增殖速度較慢,世代期長,如果不保證足夠長的SRT,硝化細菌就培養不起來,也就得不到硝化效果。實際運行中,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至少應在15d以上。

2、回流比R與水力停留時間T

生物硝化系統的回流比一般較傳統活性污泥工藝大。這主要是因為生物硝化系統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間就較長,容易產生反硝化,導致污泥上浮。

生物硝化系統曝氣池的水力停留時間Ta一般也較傳統活性污泥工藝長,至少應在8h之上。這主要是因為硝化速率較有機污染物的去除速率低得多,因而需要更長的反應時間。

3、溶解氧DO

硝化工藝混合液的DO應控制在2.0 mg/L,一般在2.0~3.0 mg/L之間。當DO小于2.0 mg/L時,硝化將受到抑制;當DO小于1.0 mg/L時,硝化將受到完全抑制并趨于停止。生物硝化系統需維持高濃度DO,其原因是多方面的。首先,硝化細菌為專性好氧菌,無氧時即停止生命活動,不像分解有機物的細菌那樣,大多數為兼性菌。其次,硝化細菌的攝氧速率較分解有機物的細菌低得多,如果不保持充足的氧量,硝化細菌將“爭奪”不到所需要的氧。另外,絕大多數硝化細菌包埋在污泥絮體內,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,便于硝化菌攝取。

一般情況下,將每克NH3-N轉化成NO3-N約需氧4.57g,對于典型的城市污水,生物硝化系統的實際供氧量一般較傳統活性污泥工藝高50%以上,具體取決于進水中的TKN濃度。

4、硝化速率

生物硝化系統一個專門的工藝參數是硝化速率,系指單位重量的活性污泥每天轉化的氨氮量,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轉化成NO3—-N。

5、BOD5/TKN對硝化的影響

TKN系指水中有機氮與氨氮之和。入流污水中BOD5與TKN之比是影響硝化效果的一個重要因素。BOD5/TKN越大,活性污泥中硝化細菌所占的比例越小,硝化速率NR也就越小,在同樣運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,此時活性污泥中硝化細菌的比例約為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,則硝化細菌的比例可高達9%。其次,BOD5/TKN變小時,由于硝化細菌比例增大,部分會脫離污泥絮體而處于游離狀態,在二沉池內不易沉淀,導致出水混濁。綜上所述,BOD5/TKN太小時,雖硝化效率提高,但出水清澈度下降;而BOD5/TKN太大時,雖清澈度提高,但硝化效率下降。因而,對某一生物硝化系統來說,存在一個最佳BOD5/TKN值。很多處理廠的運行實踐發現,BOD5/TKN值最佳范圍為2~3。

6、 pH和堿度對硝化的影響

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

混合液pH下降的原因可能有兩個,一是進水中有強酸排入,導致入流污水pH降低,因而混合液的pH也隨之降低。如果無強酸排入,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。由硝化反應方程可看出,隨著NH3-N被轉化成NO3-N,會產生出部分礦化酸度H+,這部分酸度將消耗部分堿度,每克NH3-N轉化為NO3-N約消耗7.14g堿度(以CaCO3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、有毒物質對硝化的影響

某些重金屬離子、絡合陰離子、氰化物以及一些有機物質會干擾或破壞硝化細菌的正常生理活動。當這些物質在污水中的濃度較高,便會抑制生物硝化的正常運行。例如,當鉛離子大于0.5mg/L、酚大于5.6mg/L、硫脲大于0.076mg/L時,硝化均會受到抑制。有趣的是,當NH3-N濃度大于200mg/L時,也會對硝化過程產生抑制,但城市污水中一般不會有如此高的NH3-N濃度。

8、溫度對硝化的影響

硝化細菌對溫度的變化也很敏感。在5~35℃的范圍內,硝化細菌能進行正常的生理代謝活動,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,其生理活動會完全停止。在生物硝化系統的運行管理中,當污水溫度在16℃之上時,采用8~10d的泥齡即可;但當溫度低于10℃時,應將泥齡SRT增至12~20d。

二、影響硝化細菌生長和硝化效率的化學物質

1、無機氮類化合物

1)主要是游離氨(FA):游離氨的抑制作用對2類硝化細菌是不同的,對亞硝酸菌,F A的抑制質量度范圍是10一150 mg / L ,而對硝酸菌, 這個范圍僅僅為0.1一1.0 mg / L。

2)游離態的亞硝酸:在水中亞硝酸根以游離態和離子態兩種形式存在。游離態的亞硝酸是硝化細菌的主要基質,同時也是亞硝酸鹽氧化菌的抑制劑。游離態的亞硝酸對氨氧化細菌、亞硝酸鹽氧化菌的生長、繁殖均具有一定的毒性,游離態的亞硝酸對亞硝酸細菌的抑制濃度為0.06 mgN/ L,對硝酸細菌也有抑制作用,抑制濃度為2.8mgN/ L。相對于亞硝化細菌,硝化細菌有更強的適應性。

2、消毒劑

1)氯酸鹽:開始抑制濃度(以氯酸鉀為例)約為0. 001一0. 01mmol/ L (約為0.1225-1.225mg/L);完全抑制濃度以ClO3-濃度計為1一10mmo l/ L 時, 硝化菌被完全抑制。

2)亞氯酸鹽:亞氯酸鹽濃度為 3 mmol/ L 時 , 硝酸菌能完全被抑制。

3)(重)金屬類

當水中受到Cr、Cd、Cu、Zn、Pb、Ag、As等重金屬污染過高時,硝化作用會受到抑制,其原因可能是重金屬對硝化過程中的酶活性產生影響,從而影響硝化細菌的轉錄等正常的生理過程,導致硝化菌硝化效率下降甚至死亡。

有學者Hg 主要表現為抑制生物大分子如蛋白質和核酸的合成, 致突變效應, 停止細胞分裂, 抑制生物氧化及運動性。Pb可造成細胞膜損傷, 破壞營養物質的運輸。Cd 致突變效應, 導致DNA 鏈斷裂。高濃度Mn干擾細胞對 Mg(Ⅱ)的運輸。銅離子螯合巰基,干擾細胞蛋白質或酶的結合;六價鉻通過細胞膜的硫酸鹽通道進入細胞,細胞質內六價鉻還原成三價鉻時產生的氧化應激,造成蛋白質和 DNA 損傷。部分重金屬對硝化的抑制作用效果大致如下:EC50:半數效應濃度,引起受試對象50%個體產生一種特定效應的藥物劑量。

IC50:半數抑制濃度,一種藥物能將細胞生長、病毒復制等抑制50%所需的濃度。

4、苯酚

苯酚對硝化有抑制作用 , 該抑制屬非競爭性抑制, 是可逆的。苯酚2,4-二氯酚共存時產生疊加抑制效應。多位學者研究均表明,苯酚對硝化反應的半數抑制率,即IC50約為20mg/L。

5、硝化抑制劑

在農業上,通常會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,這些硝化抑制劑對硝化過程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。

這些物質一般屬于含硫化合物、N雜環化合物、雙氰胺類化合物。這些物質由于其本身特殊的化學結構,在硝化過程中影響氨單加氧酶(AMO)的氧化過程,從而會對硝化過程產生影響。在農業上一般使用這些硝化抑制劑時,投加量約為總氮量的0.1%—1%,就可以對硝化過程產生明顯的抑制作用。

三、硝化系統異常問題的分析與排除

現象一:硝化系統混合液的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,應進行堿度核算,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,可說明有酸性廢水排入,可采取石灰中和處理等臨時措施,并同時加強上游污染源管理。

現象二: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。解決對策可以有增加投運曝氣池數量或提高混合液濃度ML VSS。

③ 入流TKN負荷太高。檢查入流污水中的TKN濃度是否升高。如果升高,則應增加投運曝氣池數量或者提高曝氣池的MLVSS,并同時增大曝氣量。

④ 硝化菌數量不足。首先檢查是否排泥過量,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導致二沉池飄泥,造成污泥流失,并采取控制對策。如果非以上兩個原因,則檢查是否入流污水的BOD5/TKN太大,使MLVSS中硝化菌比例降低??梢栽龃蟪醭脸赝A魰r間,降低BOD5/TKN值。

現象三:活性污泥沉降速度太慢。

其原因及解決對策如下:

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,則確認污泥中毒 ,應尋找污水中毒物來源,強化上游污染源管理。

② 污泥膨脹。

現象四:二沉出水混濁并攜帶針狀絮體。

其原因及解決對策如下:

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

② 由于生物硝化系低負荷或超低負荷工藝,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?,降低SRT,但這勢必影響硝化效果,使出水NH3-N超標。實際運行中,應首先權衡解決針絮問題重要還是保持高效硝化重要,再采取運行控制措施。

6)分析測量與記錄

除傳統活性污泥工藝的檢測項目以外,生物硝化系統還應增加以下項目:

① TKN:包括進水和出水的TKN值。應做混合樣,每天至少1次。

② NO-3-N:主要測二沉池出水的NO-3-N,應做混合樣,每天至少1次。

③pH:每天數次測定混合液出流pH,并根據工藝控制需要隨時檢測。

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:定期測混合液的硝化速率NR。每周1次,或根據工藝調控需要,隨時測量。

四、實際操作中導致硝化系統失調的案例

1、有機物導致的氨氮超標

筆者運營過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提高反硝化的完全性。當時投加的碳源是甲醇,因為某些原因甲醇儲罐出口閥門脫落,大量甲醇進入A池,導致曝氣池泡沫很多,出水COD,氨氮飆升,系統崩潰。

分析:大量碳源進入A池,反硝化利用不了,進入曝氣池,因為底物充足,異養菌有氧代謝,大量消耗氧氣和微量元素,因為硝化細菌是自養菌,代謝能力差,氧氣被爭奪,形成不了優勢菌種,所以硝化反應受限制,氨氮升高。

解決辦法:

1)立即停止進水進行悶爆、內外回流連續開啟

2)停止壓泥保證污泥濃度

3)如果有機物已經引起非絲狀菌膨脹可以投加PAC來增加污泥絮性、投加消泡劑來消除沖擊泡沫

2、內回流導致的氨氮超標

筆者目前遇到的內回流導致的氨氮超標有兩方面原因:內回流泵有電氣故障(現場跳停扔有運行信號)、機械故障(葉輪脫落)和人為原因(內回流泵未試正反轉,現場為反轉狀態)。

分析:內回流導致的氨氮超標也可以歸到有機物沖擊中,因為沒有硝化液的回流,導致A池中只有少量外回流攜帶的硝態氮,總體成厭氧環境,碳源只會水解酸化而不會完全代謝成二氧化碳逸出。所以大量有機物進入曝氣池,導致了氨氮的升高。

解決辦法:

內回流的問題很好發現,可以通過數據及趨勢來判斷是否是內回流導致的問題:初期O池出口硝態氮升高,A池硝態氮降低直至0,PH降低等,所以解決辦法分三種情況:

1)及時發現問題,檢修內回流泵就可以了

2)內回流已經導致氨氮升高,檢修內回流泵,停止或者減少進水進行悶爆

3)硝化系統已經崩潰,停止進水悶爆,如果有條件、情況比較緊迫可以投加相似脫氮系統的生化污泥,加快系統恢復。

3、PH過低導致的氨氮超標

筆者目前遇到的PH過低導致的氨氮超標有三種情況:

1)內回流太大或者內回流處曝氣開太大,導致攜帶大量的氧進入A池,破壞缺氧環境,反硝化細菌有氧代謝,部分有機物被有氧代謝掉,嚴重影響了反硝化的完整性,因為反硝化可以補償硝化反應代謝掉堿度的一半,所以因為缺氧環境的破壞導致堿度產生減少,PH降低,低于硝化細菌適宜的PH之后 硝化反應受抑制,氨氮升高。這種情況可能有些同行會遇到,但是從來沒從這方面找原因。

2)進水CN比不足,原因也是反硝化不完整,產生的堿度少,導致的PH下降。

3)進水堿度降低導致的PH連續下降。

分析:PH降低導致的氨氮超標,實際中發生的概率比較低,因為PH的連續下降是一個過程,一般運營人員在沒找到問題的時候就開始加堿去調節PH了

解決辦法:

1)PH過低這種問題其實很簡單,就是發現PH連續下降就要開始投加堿來維持PH,然后再通過分析去查找原因。

2)如果PH過低已經導致了系統的崩潰,目前筆者接觸過PH在5.8~6的時候,硝化系統還沒有崩潰的情況,但是及時將PH補充上來,首先要把系統的PH補充上來,然后悶爆或者投加同類型的污泥。

4、DO過低導致的氨氮超標

筆者運營過的污水是高硬度的廢水,特別容易結垢,開始曝氣使用微孔爆氣器,運行一段時間曝氣頭就會堵塞,導致DO一直提不上來導致氨氮升高。

分析:原因很簡單,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,而硝化反應是有氧代謝,需要保證曝氣池溶氧適宜的環境下才能正常進行,而DO過低則會導致硝化受阻,氨氮超標。

解決辦法:

1)更換曝氣頭,如果硬度低操作問題導致的堵塞可以考慮這種方法

2)改造成大孔曝氣器(氧利用率過低,風機余量大和不差錢的企業可以考慮)或者射流曝氣器(只能用監測池出水來進行充當動力流體,尤其是硬度高的污水,切記?。?/p>

5、泥齡導致的氨氮超標

目前筆者遇到過兩種情況:

1)壓泥過多,導致氨氮升高。

2)污泥回流不均衡,兩側系統污泥回流相差過大,導致污泥回流少的一側氨氮升高。

分析:壓泥過多和污泥回流過少都會導致污泥的泥齡降低,因為細菌都有世代期,SRT低于世代期,會導致該細菌無法在系統中聚集,形成不了優勢菌種,所以對應的代謝物無法去除。一般泥齡是細菌世代期的3-4倍。

解決辦法:

1)減少進水或者悶爆

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致的問題,把問題系列的減少進水或者悶爆、保證正常系列運行的情況下將部分污泥回流到問題系列

6、氨氮沖擊導致的氨氮超標

這種情況一般是工業污水或者有工業污水進入生活污水管網的系統才能遇到,筆者之前遇到的情況是上游汽提塔控制溫度降低,導致來水氨氮突然升高,脫氮系統崩潰,出水氨氮超標,污水處理現場氨味特別濃(曝氣會有部分游離氨逸出)。

分析:氨氮沖擊目前還沒有明確的解釋,筆者分析氨氮沖擊是因為水中游離氨(FA)過高導致的,雖然FA(游離氨)對AOB(氨氧化細菌/亞硝酸細菌)影響比較弱,但是當FA(游離氨)濃度在10~150mg/L時就開始對AOB(氨氧化細菌/亞硝酸細菌)產生抑制作用,而游離氨(FA)對NOB(亞硝酸鹽氧化細菌/硝酸菌)影響更敏感,游離氨(FA)在0.1~60mg/L時對NOB(亞硝酸鹽氧化細菌/硝酸菌)就起到的抑制作用,眾所周知,硝化反應是亞硝酸菌和硝酸菌共同完成的,對亞硝酸菌的抑制直接就可以導致硝化系統的崩潰。

解決辦法:

保證PH的情況下,下面三種方法同時進行效果更好更快

1)降低系統內氨氮濃度

2)投加同類型污泥

3)悶爆

7、溫度過低導致的氨氮超標

這種情況多發生在北方無保溫或加熱的污水處理廠,因為水溫低于硝化細菌的適宜溫度,而且MLSS沒有為了冬季代謝緩慢而提高,導致的氨氮去除率下降。

分析:細菌對溫度的要求比人類低,但是也是有底線的,尤其是自養型的硝化細菌,工業污水這種情況比較少,因為工業生產產生的廢水溫度不會因為環境溫度的變化波動很大,但是生活污水水溫基本上是受環境溫度來控制的,冬季進水溫度很低,尤其是晝夜溫差大,往往低于細菌代謝需要的溫度,使得細菌休眠,硝化系統異常。

解決辦法:

1)設計階段把池體做成地埋式的(小型的污水處理比較適合)

2)提前提高污泥負荷

3)進水加熱,如果有勻質調節池,可以在池內加熱,這樣波動比較小,如果是直接進水可以用電加熱或者蒸汽換熱或混合來提高水溫,這個需要比較精確的溫控來控制進水溫度的波動。

4)曝氣加熱,比較小眾,目前還沒遇到過,其實空氣壓縮鼓風時溫度已經升高了,如果曝氣管可以承受,可以考慮加熱壓縮空氣來提高生化池溫度。

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