生物膜法短程硝化反硝化研究進展
[摘 要]本文主要列舉了現階段生物膜法短程硝化反硝化的研究，得出不同生物膜法短程硝化反硝化的影響因素和如何控制條件以實現穩定的短程硝化反硝化過程，以及對生物膜法短程硝化反硝化的研究進行展望。
[關鍵詞]生物膜法；短程硝化反硝化；氨氧化菌；亞硝酸鹽累積
短程硝化反硝化技術以可以節省大約 25 %的耗氧量，大約40 %的反硝化碳源。該技術具有污泥產率低特點，已經成為目前脫氮技術研究的焦點。活性污泥法尤其是序批式反應器(SBR)的短程硝化反硝化技術已經挺成熟了，生物膜法短程硝化反硝化雖然沒有活性污泥法的那么成熟，但也有一定的研究，而且有很大的研究空間。
1 短程硝化反硝化理論及其影響因素
1.1 短程硝化反硝化原理
硝化過程分為兩個反應步驟，把廢水中的游離氨轉變成硝酸鹽過程，第一個反應為在氨氧化菌的作用下將氨氮轉變成亞硝酸鹽的過程；第二個反應為亞硝酸氧化菌的作用下把亞硝酸鹽轉變成硝酸鹽(NO3-)的過程。硝化過程必須為有氧環境下反應的，氧氣起著電子受體的作用，短程硝化反硝化技術為把硝化過程控制在亞硝化過程，實現亞硝酸鹽的累積。
1.2 短程硝化的影響因素
NO2-積累的影響因素主要有溫度、游離氨(FA)、pH、溶解氧濃度、抑制劑、泥齡等。詳見表 1。
2 生物膜法原理及特點
2.1 生物膜法原理
生物膜反應器內的載體上分布著微生物，微生物與進入反應器的污水接觸后，微生物吸收消化污水中的有機物來生長，繁殖，從而可以達到去除污水中的污染物。因為微生物固定在反應器內，它不會和廢水一起流出去，從而可以達到污泥的停留時間(SRT)與水力的停留時間(HRT)實現分離的情況。這種情況并不能在活性污泥法中實現。
2.2 生物膜法特點
生物膜法相比于活性污泥法，它具有如下特點[8]：
(1)微生物種群的多樣化，微生物種群食物鏈較長，可以達到較高單位面積處理能力；
(2)功能微生物菌群進行分區域代謝，從而提高功能菌群對有機物的降解以及提高較難降解的污染物去除效率，從而可以增加脫氮除磷效率；
(3)具有較高的對進水水量、水質變化適應性，增加生化處理工藝的沖擊負荷；
(4)產生的剩余污泥量較少，從而具有較低的污泥處置費用；
(5)比較適用于濃度較低的污水處理；
(6)容易維護，管理較為方便，能耗消耗較低。
3 生物膜法短程硝化反硝化研究進展
陳旭配制了聚乙烯醇縮甲醛的高分子懸浮填料，—種懸浮多孔填料，并且利用用這種懸浮填料為載體的流化床，馴化好的氨氧化菌加入流化床系統后，然后通過保持 DO 濃度在 2.0 mg/L左右，pH 值保持在 8.0~8.5 期間，溫度保持在約為 300 ℃左右的環境下，可以發生短程硝化反硝化的現象，NH3-N 的去除率高達90 %，亞硝酸鹽的積累率高于 90 %。
Huihui Chen等研究無紡布生物轉盤反應器的短程硝化反硝化，結果表明無紡布生物轉盤反應器的短程硝化反硝化的穩定存在條件：是用恒溫箱保持溫度 35 ℃，pH：8~8.2，DO：0.4-0.6mg/L，C/N：1∶2。利用 SEM 和 FISH 驗證了短程硝化反硝化這個過程穩定存在于反應器中，FISH 結果顯示生物膜表面主要微生物種群為氨氧化菌，氨氧化菌與反硝化菌構成生物膜的內部厭氧。
X.M.Hu等研究填料為陶瓷球的內循環移動生物膜反應器存在短程硝化反硝化過程，通過測定 NO2-的為累積率 65 %，但并沒有涉及分子微生物學進行深入分析驗證。
范美霖等研究生物強化 MBR-AF 工藝短程硝化反硝化，他們將短程硝化功能菌和反硝化功能菌分別接種至膜生物反應器(MBR)和內置耦合陶瓷環-塑料環填料，填充率為 50 %的上流式厭氧生物濾池(AF)中，構建了生物強化的 MBR-AF 短程硝化反硝化技術，活性污泥法是空白樣，研究該技術處理高氨氮污水脫氮效果。結果顯示，生物強化的膜生物反應器(MBR)的啟動時間較短，只需要 30 天，然而活性污泥法的膜生物反應器(MBR)的啟動時間長達到 100 天；生物強化的膜生物反應器(MBR)亞硝酸鹽氮累積率一直保持 95 %以上；在 30 ℃環境下，伴隨系統運行時間較長，生物強化的 MBR-AF技術TN的去除率一直提高，可提高至 90 %，高于活性污泥法的系統 20 %。
Baolin Hou等研究堿度對用移動床生物反應器處理煤化工廢水的亞硝酸鹽的積累的影響，填料是聚乙烯圓球，填充率是35 %，反應器底部有曝氣裝置使載體處于流動狀態，研究表明反應器存在短程硝化反硝化過程，并且堿度對其有很大的影響作用。
4 生物膜法短程硝化反硝化研究展望
雖然有很多的研究已經表明生物膜法可以特定運行環境下可以出現短程硝化反硝化過程，但是對其研究還是處于比較淺的水平，并沒有采用更多的分子生物技術對生物膜不同厚度處的微生物進行深入的分析和驗證；已發現存在短程硝化反硝化的生物膜法中反應器的填料都是普通的陶瓷顆粒和聚乙烯球，可以研究新型填料，更適合出現穩定的短程硝化反硝化過程的填料。
作者：余春菲，廣州市環境保護公司設計院有限公司
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