摘要：本文主要列举了现阶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响因素和如何控制条件以实现稳定的短程硝化反硝化过程，以及对生物膜法短程硝化反硝化的研究进行展望。


短程硝化反硝化技术以可以节省大约25%的耗氧量，大约40%的反硝化碳源。该技术具有污泥产率低特点，已经成为目前脱氮技术研究的焦点。活性污泥法尤其是序批式反应器(SBR)的短程硝化反硝化技术已经挺成熟了，生物膜法短程硝化反硝化虽然没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间。


1、短程硝化反硝化理论及其影响因素


1.1、短程硝化反硝化原理


硝化过程分为两个反应步骤，把废水中的游离氨转变成硝酸盐过程，第一个反应为在氨氧化菌的作用下将氨氮转变成亚硝酸盐的过程；第二个反应为亚硝酸氧化菌的作用下把亚硝酸盐转变成硝酸盐(NO3-)的过程。硝化过程必须为有氧环境下反应的，氧气起着电子受体的作用，短程硝化反硝化技术为把硝化过程控制在亚硝化过程，实现亚硝酸盐的累积。


1.2、短程硝化的影响因素


NO2-积累的影响因素主要有温度、游离氨(FA)、pH、溶解氧浓度、抑制剂、泥龄等。详见表1。

2、生物膜法原理及特点


2.1、生物膜法原理


生物膜反应器内的载体上分布着微生物，微生物与进入反应器的污水接触后，微生物吸收消化污水中的有机物来生长，繁殖，从而可以达到去除污水中的污染物。因为微生物固定在反应器内，它不会和废水一起流出去，从而可以达到污泥的停留时间(SRT)与水力的停留时间(HRT)实现分离的情况。这种情况并不能在活性污泥法中实现。


2.2、生物膜法特点


生物膜法相比于活性污泥法，它具有如下特点[8]：


(1)微生物种群的多样化，微生物种群食物链较长，可以达到较高单位面积处理能力；


(2)功能微生物菌群进行分区域代谢，从而提高功能菌群对有机物的降解以及提高较难降解的污染物去除效率，从而可以增加脱氮除磷效率；


(3)具有较高的对进水水量、水质变化适应性，增加生化处理工艺的冲击负荷；


(4)产生的剩余污泥量较少，从而具有较低的污泥处置费用；


(5)比较适用于浓度较低的污水处理；


(6)容易维护，管理较为方便，能耗消耗较低。


3、生物膜法短程硝化反硝化研究进展


陈旭配制了聚乙烯醇缩甲醛的高分子悬浮填料，—种悬浮多孔填料，并且利用用这种悬浮填料为载体的流化床，驯化好的氨氧化菌加入流化床系统后，然后通过保持DO浓度在2.0 mg/L左右，pH值保持在8.0~8.5期间，温度保持在约为300℃左右的环境下，可以发生短程硝化反硝化的现象，NH3-N的去除率高达90%，亚硝酸盐的积累率高于90%。


Huihui Chen等研究无纺布生物转盘反应器的短程硝化反硝化，结果表明无纺布生物转盘反应器的短程硝化反硝化的稳定存在条件：是用恒温箱保持温度35℃，pH：8~8.2，DO：0.4-0.6mg/L，C/N：1∶2。利用SEM和FISH验证了短程硝化反硝化这个过程稳定存在于反应器中，FISH结果显示生物膜表面主要微生物种群为氨氧化菌，氨氧化菌与反硝化菌构成生物膜的内部厌氧。


X.M.Hu等研究填料为陶瓷球的内循环移动生物膜反应器存在短程硝化反硝化过程，通过测定NO2-的为累积率65%，但并没有涉及分子微生物学进行深入分析验证。


范美霖等研究生物强化MBR-AF工艺短程硝化反硝化，他们将短程硝化功能菌和反硝化功能菌分别接种至膜生物反应器(MBR)和内置耦合陶瓷环-塑料环填料，填充率为50%的上流式厌氧生物滤池(AF)中，构建了生物强化的MBR-AF短程硝化反硝化技术，活性污泥法是空白样，研究该技术处理高氨氮污水脱氮效果。结果显示，生物强化的膜生物反应器(MBR)的启动时间较短，只需要30天，然而活性污泥法的膜生物反应器(MBR)的启动时间长达到100天；生物强化的膜生物反应器(MBR)亚硝酸盐氮累积率一直保持95%以上；在30℃环境下，伴随系统运行时间较长，生物强化的MBR-AF技术TN的去除率一直提高，可提高至90%，高于活性污泥法的系统20%。


Baolin Hou等研究碱度对用移动床生物反应器处理煤化工废水的亚硝酸盐的积累的影响，填料是聚乙烯圆球，填充率是35%，反应器底部有曝气装置使载体处于流动状态，研究表明反应器存在短程硝化反硝化过程，并且碱度对其有很大的影响作用。


4、生物膜法短程硝化反硝化研究展望


虽然有很多的研究已经表明生物膜法可以特定运行环境下可以出现短程硝化反硝化过程，但是对其研究还是处于比较浅的水平，并没有采用更多的分子生物技术对生物膜不同厚度处的微生物进行深入的分析和验证；已发现存在短程硝化反硝化的生物膜法中反应器的填料都是普通的陶瓷颗粒和聚乙烯球，可以研究新型填料，更适合出现稳定的短程硝化反硝化过程的填料。


作者：余春菲，广州市环境保护公司设计院有限公司