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微生物的世界里面生活著一種細(xì)菌，天生嬌貴，禁不起雨，經(jīng)不起浪。它就是污師們又愛(ài)又恨的硝化細(xì)菌。生物脫氮的驍將，微生物界的貴族！像這樣優(yōu)秀的菌，為何這么難培養(yǎng)？看完下面這些控制條件你就知道了！

01

硝化細(xì)菌的分類

硝化細(xì)菌屬于自養(yǎng)型細(xì)菌，原核生物，包括兩種完全不同的代謝群：亞硝酸菌屬及硝酸菌屬。這兩類菌通常生活在一起，避免了亞硝酸鹽在池塘中的積累，有利于機(jī)體正常生長(zhǎng)。池塘中的氨或銨鹽必需在以上兩類細(xì)菌的共同作用下才能轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}，從而增加藻類可利用的氮素營(yíng)養(yǎng)。時(shí)至今日，人們尚未發(fā)現(xiàn)一種硝化細(xì)菌能夠直接把氨轉(zhuǎn)變成硝酸，所以說(shuō)，硝化作用必須通過(guò)這兩類菌的共同作用才能完成。

02

硝化細(xì)菌的原理

硝化細(xì)菌在自然界氮素循環(huán)中具有重要作用。

硝化細(xì)菌的生命活動(dòng)：亞硝酸細(xì)菌（又稱氨氧化菌），將氨氧化成亞硝酸。反應(yīng)式：

2NH3+3O2→2HNO2+2H2O

硝酸細(xì)菌（又稱亞硝酸氧化菌），將亞硝酸氧化成硝酸。反應(yīng)式：

HNO2+1/2O2= HNO3

這兩類菌能分別從以上氧化過(guò)程中獲得生長(zhǎng)所需要的能量，但其能量利用率不高，故生長(zhǎng)較緩慢，其平均代時(shí)（即細(xì)菌繁殖一代所需要的時(shí)間）在10小時(shí)以上。

很多人用過(guò)硝化細(xì)菌，覺(jué)得效果不如預(yù)期。為啥呢？一就是溶解氧，硝化細(xì)菌需要溶氧足；二是硝化細(xì)菌的繁殖很慢。所以當(dāng)你亞硝酸鹽高時(shí)，才想到硝化細(xì)菌，那基本沒(méi)用了，硝化細(xì)菌用在預(yù)防上面效果好。

03

硝化系統(tǒng)的培養(yǎng)

硝化菌的培養(yǎng)相對(duì)于異養(yǎng)菌來(lái)講比較難，硝化菌的培養(yǎng)過(guò)程同時(shí)也是污泥的馴化過(guò)程。硝化細(xì)菌的培養(yǎng)應(yīng)遵循循序漸進(jìn)、有的放矢、精心控制的的原則，出水穩(wěn)定后并逐步增加原水的進(jìn)水量。

每次增加的進(jìn)水量為設(shè)計(jì)進(jìn)水量的5—10%，每增加一次應(yīng)穩(wěn)定2-3個(gè)周期或2天左右，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)或出水指標(biāo)上升應(yīng)繼續(xù)維持本次進(jìn)水量，直至出水指標(biāo)穩(wěn)定，如出水指標(biāo)一直上升，應(yīng)暫停進(jìn)水，待指標(biāo)恢復(fù)正常后，進(jìn)水量應(yīng)稍微減少，或略大于上周期進(jìn)水量。以此類推，最終達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合。

根據(jù)影響硝化菌生長(zhǎng)的因素來(lái)確定硝化菌培養(yǎng)時(shí)應(yīng)控制的指標(biāo)：

1、溫度

在生物硝化系統(tǒng)中，硝化細(xì)菌對(duì)溫度的變化非常敏感，在5～35℃的范圍內(nèi)，硝化菌能進(jìn)行正常的生理代謝活動(dòng)。當(dāng)廢水溫度低于15℃時(shí)，硝化速率會(huì)明顯下降，當(dāng)溫度低于10℃時(shí)已啟動(dòng)的硝化系統(tǒng)可以勉強(qiáng)維持，硝化速率只有30℃時(shí)的硝化硝化速率的25%。盡管溫度的升高，生物活性增大，硝化速率也升高，但溫度過(guò)高將使硝化菌大量死亡，實(shí)際運(yùn)行中要求硝化反應(yīng)溫度低于38℃。

例如高氨廢水工程的調(diào)試應(yīng)盡量選擇氣溫15度以上的季節(jié)，如果必須在冬季啟動(dòng)，應(yīng)盡量選用高氨污水廠的菌種，或有保溫、加溫措施的系統(tǒng)。

2、pH值

硝化菌對(duì)pH值變化非常敏感，最佳pH值是8.0～8.4，在這一最佳pH值條件下，硝化速度，硝化菌最大的硝化速度可達(dá)最大值。在硝化菌培養(yǎng)時(shí)，如果進(jìn)水pH值較高，能夠達(dá)到8.0左右最好，如果達(dá)不到也不應(yīng)刻意追求，只要系統(tǒng)內(nèi)pH值不低于6.5即可，如低于此值，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充堿度，如NaOH、Na2CO3等。

3、溶解氧

氧是硝化反應(yīng)過(guò)程中的電子受體，反應(yīng)器內(nèi)溶解氧高低，必會(huì)影響硝化反應(yīng)的進(jìn)程。在活性污泥法系統(tǒng)中，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為溶解氧應(yīng)該控制在1.5～2.0mg/L內(nèi)，低于0.5mg/L時(shí)硝化反應(yīng)趨于停止。當(dāng)前，有許多學(xué)者認(rèn)為在低DO（1.5mg/L）下可出現(xiàn)SND（同步硝化反硝化）現(xiàn)象。在DO＞2.0mg/L，溶解氧濃度對(duì)硝化過(guò)程影響可不予考慮。但DO濃度不宜太高，因?yàn)槿芙庋踹^(guò)高能夠?qū)е掠袡C(jī)物分解過(guò)快，從而使微生物缺乏營(yíng)養(yǎng)，活性污泥易于老化，結(jié)構(gòu)松散。此外溶解氧過(guò)高，能量消耗過(guò)大，在經(jīng)濟(jì)方面也不合適。

4、生物固體平均停留時(shí)間（污泥齡）

為了使硝化菌群能夠在連續(xù)流反應(yīng)器系統(tǒng)存活，微生物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間（θc）N必須大于自養(yǎng)型硝化菌最小的世代時(shí)間（θc）minN，否則硝化菌的流失率將大于凈增率，將使硝化菌從系統(tǒng)中流失殆盡。一般對(duì)（θc）N的取值，至少應(yīng)為硝化菌最小世代時(shí)間的2倍以上，即安全系數(shù)應(yīng)大于2。

5、重金屬及有毒物質(zhì)

有毒物質(zhì)除了重金屬外，對(duì)硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用的物質(zhì)還有：高濃度氨氮、高濃度硝酸鹽有機(jī)物及絡(luò)合陽(yáng)離子等。

6、COD/BOD

如果系統(tǒng)內(nèi)COD/BOD較高，系統(tǒng)內(nèi)的異養(yǎng)菌就會(huì)與硝化菌爭(zhēng)奪溶解氧，由于異養(yǎng)菌的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硝化菌，硝化菌常常在系統(tǒng)內(nèi)COD/BOD較高的情況下得不到一定的溶解氧，而無(wú)法生長(zhǎng)增殖。一般系統(tǒng)內(nèi)BOD（筆者個(gè)人傾向于COD）高于20mg/l，就會(huì)對(duì)硝化菌產(chǎn)生抑制。如果進(jìn)水COD/BOD 過(guò)高或碳氮比較高，硝化菌的培養(yǎng)就必須通過(guò)延時(shí)曝氣來(lái)實(shí)現(xiàn)，即系統(tǒng)內(nèi)COD/BOD 已經(jīng)合格或處于較低水平時(shí)，繼續(xù)曝氣，給予硝化菌足夠的生長(zhǎng)時(shí)間，曝氣時(shí)，同樣要控制好溶解氧，盡量低于3mg/L，防止污泥加速老化。

7、氨氮濃度

在系統(tǒng)氨氮濃度200mg/L時(shí)硝化菌就會(huì)被抑制，因此建議系統(tǒng)內(nèi)氨氮濃度不高于150mg/L，在高氨污水處理中，由于進(jìn)水氨氮濃度高，如果不注意，幾個(gè)周期下來(lái)氨氮濃度就會(huì)升高到一定程度，常常在A池高于200mg/L，因此在硝化菌培養(yǎng)過(guò)程中以及正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)始終維持系統(tǒng)出水氨氮濃度在工藝要求指標(biāo)以內(nèi)，保證從調(diào)試開始，系統(tǒng)即出合格水。結(jié)合以上幾種因素，在培養(yǎng)硝化菌時(shí)，應(yīng)盡量創(chuàng)造其生長(zhǎng)的有利條件，制定出最佳方案。

04

硝化系統(tǒng)的管理

污水中氨氮的去除主要是在傳統(tǒng)活性污泥法工藝基礎(chǔ)上采用硝化工藝，只有控制好運(yùn)行參數(shù)才能管理好硝化系統(tǒng)，保證出水氨氮達(dá)標(biāo)！運(yùn)行參數(shù)如下：

1、污泥負(fù)荷與污泥齡

生物硝化屬低負(fù)荷工藝，F(xiàn)/M一般在0.05～0.15kgBOD/kgMLVSS·d。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。與低負(fù)荷相對(duì)應(yīng)，生物硝化系統(tǒng)的SRT一般較長(zhǎng)，因?yàn)橄趸?xì)菌世代周期較長(zhǎng)，若生物系統(tǒng)的污泥停留時(shí)間過(guò)短，即SRT過(guò)短，污泥濃度較低時(shí)，硝化細(xì)菌就培養(yǎng)不起來(lái)，也就得不到硝化效果。SRT控制在多少，取決于溫度等因素。對(duì)于以脫氮為主要目的生物系統(tǒng)，通常SRT可取11～23d。

2、回流比

生物硝化系統(tǒng)的回流比一般較傳統(tǒng)活性污泥工藝大，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，若回流比太小，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。通?；亓鞅瓤刂圃?0～100％。

3、水力停留時(shí)間

生物硝化曝氣池的水力停留時(shí)間也較活性污泥工藝長(zhǎng)，至少應(yīng)在8h以上。這主要是因?yàn)橄趸俾瘦^有機(jī)污染物的去除率低得多，因而需要更長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間。

4、BOD5/TKN

TKN系指水中有機(jī)氮與氨氮之和，入流污水中BOD5/TKN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。很多城市污水處理廠的運(yùn)行實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，BOD5/TKN值最佳范圍為2～3左右。

5、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。硝化速率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。

6、溶解氧

硝化細(xì)菌為專性好氧菌，無(wú)氧時(shí)即停止生命活動(dòng)，且硝化細(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。因此，需保持生物池好氧區(qū)的溶解氧在2mg/L以上，特殊情況下溶解氧含量還需提高。

7、溫度

硝化細(xì)菌對(duì)溫度的變化也很敏感，當(dāng)污水溫度低于15℃時(shí)，硝化速率會(huì)明顯下降，當(dāng)污水溫度低于5℃時(shí)，其生理活動(dòng)會(huì)完全停止。因此，冬季時(shí)污水處理廠特別是北方地區(qū)的污水處理廠出水氨氮超標(biāo)的現(xiàn)象較為明顯。

8、pH

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。因此，應(yīng)盡量控制生物硝化系統(tǒng)的混合液pH大于7.0。

05

有毒/抑制物質(zhì)

1、無(wú)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)量度范圍是10一150 mg / L ,而對(duì)硝酸菌, 這個(gè)范圍僅僅為0.1一1.0 mg / 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(zhǎng)、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0.06 mgN/ 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(jì)為1一10mmo l/ L 時(shí), 硝化菌被完全抑制。

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

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(guò)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(guò)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(guò)程，導(dǎo)致硝化菌硝化效率下降甚至死亡。

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(yíng)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。銅離子螯合巰基，干擾細(xì)胞蛋白質(zhì)或酶的結(jié)合；六價(jià)鉻通過(guò)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(zhǎng)、病毒復(fù)制等抑制50%所需的濃度。

4、苯酚

苯酚對(duì)硝化有抑制作用 , 該抑制屬非競(jìng)爭(zhēng)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(guò)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(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(guò)程中影響氨單加氧酶(AMO)的氧化過(guò)程，從而會(huì)對(duì)硝化過(guò)程產(chǎn)生影響。在農(nóng)業(yè)上一般使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(guò)程產(chǎn)生明顯的抑制作用。

6、抑制/有毒物質(zhì)最高濃度

06

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?？梢栽龃蟪醭脸赝Ａ魰r(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。控制針絮的有效措施是增大排泥，降低SRT，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。

6）分析測(cè)量與記錄

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。

② NO-3-N：主要測(cè)二沉池出水的NO-3-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。