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污水處理技術篇：影響生物脫氮的主要因素
污水處理技術篇：影響生物脫氮的主要因素
1、酸堿度（pH值）
大量研究表明，氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌的適宜的pH分別為7.0～8.5和6.0～7.5，當pH值低于6.0或高于9.6時，硝化反應停止。硝化細菌經過一段時間馴化后，可在低pH值（5.5）的條件下進行，但pH值突然降低，則會使硝化反應速度驟降，待pH值升高恢復后，硝化反應也會隨之恢復。
反硝化細菌zui適宜的pH值為7.0～8.5，在這個pH值下反硝化速率較高，當pH值低于6.0或高于8.5時，反硝化速率將明顯降低。此外pH值還影響反硝化zui終產物，pH值超過7.3時終產物為氮氣，低于7.3時終產物是N2O。
硝化過程消耗廢水中的堿度會使廢水的pH值下降（每氧化1g將消耗7.14g堿度，以CaCO3計）。相反，反硝化過程則會產生一定量的堿度使pH值上升（每反硝化1g將產生3.57g堿度，以CaCO3計）但是由于硝化反應和反硝化過程是序列進行的，也就是說反硝化階段產生的堿度并不能彌補硝化階段所消耗的堿度。因此，為使脫氮系統處于*狀態，應及時調整pH值。
2、溫度（T）
硝化反應適宜的溫度范圍為5～35℃，在5～35℃范圍內，反應速度隨溫度升高而加快，當溫度小于5℃時，硝化菌*停止活動；在同時去除COD和硝化反應體系中，溫度小于15℃時，硝化反應速度會迅速降低，對硝酸菌的抑制會更加強烈。
反硝化反應適宜的溫度是15～30℃，當溫度低于10℃時，反硝化作用停止，當溫度高于30℃時，反硝化速率也開始下降。有研究表明，溫度對反硝化速率的影響取與反應設備的類型、負荷率的高低都有直接的關系，不同碳源條件下，不同溫度對反硝化速率的影響也不同。
3、溶解氧（DO）
在好氧條件下硝化反應才能進行，溶解氧濃度不但影響硝化反應速率，而且影響其代謝產物。為滿足正常的硝化反應，在活性污泥中，溶解氧的濃度至少要有2mg/L，一般應在2～3mg/L，生物膜法則應大于3mg/L。當溶解氧的濃度低于0.5～0.7mg/L時，硝化反應過程將受到限制。
傳統的反硝化過程需在較為嚴格的缺氧條件下進行，因為氧會同競爭電子供體，且會抑制微生物對硝酸鹽還原酶的合成及其活性。但是，在一般情況下，活性污泥生物絮凝體內存在缺氧區，曝氣池內即使存在一定的溶解氧，反硝化作用也能進行。研究表明，要獲得較好的反硝化效果，對于活性污泥系統，反硝化過程中混合液的溶解氧濃度應控制在0.5mg/L以下；對于生物膜系統，溶解氧需保持在1.5mg/L以下。
4、碳氮比（C/N）
在脫氮過程中，C/N將影響活性污泥中硝化菌所占的比例。因為硝化菌為自養型微生物，代謝過程不需要有機質，所以污水中的BOD5/TKN越小，即BOD5的濃度越低硝化菌所占的比例越大，硝化反應越容易進行。硝化反應的一般要求是BOD5/TKN＞5，COD/TKN＞8,下表是GradyC.P.L.Jr推薦的不同的C/N對脫氮的效果的影響：
不同的C/N的脫氮效果
氨氮是硝化作用的主要基質，應保持一定的濃度，但氨氮濃度超過100～200mg/L時，會對硝化反應起抑制作用，其抑制程度隨著氨氮濃度的增加而增加。
反硝化過程需要有足夠的有機碳源，但是碳源種類不同亦會影響反硝化速率。反硝化碳源可以分為三類：*類是易于生物降解的溶解性的有機物；第二類是可慢速降解的有機物；第三類是細胞物質，細菌利用細胞成分進行內源硝化。在三類物質中，*類有機物作為碳源的反應速率zui快，第三類zui慢。
有研究認為，廢水中BOD5/TKN≥4~6時，可以認為碳源充足，不必外加碳源。
5、污泥齡（SRT）
污泥齡（生物固體的停留時間）是廢水硝化管理的控制目標。為了使硝化菌菌群能在連續流的系統中生存下來，系統的SRT必須大于自養型硝化菌的比生長速率，泥齡過短會導致硝化細菌的流失或硝化速率的降低。在實際的脫氮工程中，一般選用的污泥齡應大于實際的SRT。有研究表明，對于活性污泥法脫氮，污泥齡一般不低于15d。污泥齡較長可以增加微生物的硝化能力，減輕有毒物質的抑制作用，但也會降低污泥活性。
6、循環比（R）
內循環回流的作用是向反硝化反應器內提供硝態氮，使其作為反硝化作用的電子受體，從而達到脫氮的目的，循環比不但影響脫氮的效果，而且影響整個系統的動力消耗，是一項重要的參數。循環比的取值與要求達到的效果以及反應器類型有關。有數據表明，循環比在50％以下，脫氮率很低；脫氮率在200％以下，脫氮率隨循環比升高而顯著上升；循環比高于200％以后，脫氮效率提高較緩慢。一般情況下，對低氨氮濃度的廢水，回流比在200％～300％zui為經濟。
7、氧化還原電位（ORP）
在理論上，缺氧段和厭氧段的DO均為零，因此很難用DO描述。據研究，厭氧段ORP值一般在－160～－200mV之間，好氧段ORP值一般在+180mV坐右，缺氧段的ORP值在－50～－110mV之間，因此可以用ORP作為脫氮運行的控制參數。
8、抑制性物質
某些有機物和一些重金屬、氰化物、硫及衍生物、游離氨等有害物質在達到一定濃度時會抑制硝化反應的正常進行。游離氨的抑制允許濃度：亞硝酸（Nitosomonas）為10～150mg/L，硝酸鹽(Nitrobacter)為0.1～1mg/L。有機物抑制硝化反應的主要原因：一是有機物濃度過高時，硝化過程中的異養微生物濃度會大大超過硝化菌的濃度，從而使硝化菌不能獲得足夠的氧而影響硝化速率；二是某些有機物對硝化菌具有直接的毒害或抑制作用。
9、其他因素影響
生物脫氮系統涉及厭氧和缺氧過程，不需要供氧，但必須使污泥處于懸浮狀態，攪拌是必需的，攪拌所需的功率對豎向攪拌器一般為12～16W/m3，對水平攪拌器一般為8W/m3。
10、生物脫氮過程中氮素的轉化條件
生物脫氮過程包括氨氧化、亞硝化、硝化及反硝化，有機物降解碳化過程亦伴隨著這些過程同時完成。綜合考慮各項因素（如菌種及其增值速度、溶解氧、pH值、溫度、負荷等）可有效減化和改善生物脫氮的總體過程。
生物脫氮反應與有機物好氧分解反應條件與特性
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