淹没式生物膜活性污泥复合工艺，在污水处理中，如何提高脱氮效率

文|万象硬核

编辑|万象硬核

«——【·前言·】——»

淹没式生物膜活性污泥复合工艺已被广泛应用于污水处理领域，以降低氮污染物的浓度，这种工艺结合了生物膜技术和活性污泥工艺的优点，具有高效、稳定和节能的特点，然而在实际应用中脱氮效率仍然是一个重要的挑战需要进一步的研究和改进。

本文探讨了淹没式生物膜活性污泥复合工艺在污水处理中提高脱氮效率的关键因素，深入分析了脱氮机理、影响脱氮效率的因素、运行参数的优化、反应器设计的改进以及生物体系的改进，旨在为污水处理时，提高污水脱氮效率提供一些方法和建议。

«——【·脱氮机理·】——»

1.硝化作用

硝化作用是淹没式生物膜活性污泥复合工艺中脱氮的关键步骤之一，这个过程通常包括两个连续的反应步骤，分别是氨氮的氧化成亚硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的氧化成硝酸盐氮。

硝化过程由氨氧化菌和亚硝酸盐氮氧化菌参与，它们分别将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，然后再将亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐氮。

硝化作用的关键因素包括温度、氧气浓度、pH值和氨氮浓度等，适宜的温度通常在20°C到30°C范围内，过高或过低的温度都会降低硝化速率。

氧气浓度是硝化过程中的氧化剂，过低的氧气浓度将限制硝化反应的进行，另外pH值的维持在7到8之间对硝化作用也至关重要，氨氮浓度的控制需要避免过高的浓度，以免抑制硝化菌的活性。

2.反硝化作用

反硝化作用是脱氮过程中的另一个重要步骤，它有助于将硝酸盐氮还原成氮气，这个过程由反硝化细菌参与，它们能够在缺氧或微氧条件下将硝酸盐氮还原成氮气，同时释放出氮气气体。

反硝化作用的关键因素包括氧气浓度、有机物负荷、pH值和温度等，反硝化需要缺氧或微氧的环境，因此需要控制反应器中的氧气浓度，以提供适宜的条件供反硝化菌生长。

有机物负荷是另一个重要因素，因为它提供了反硝化细菌所需的有机碳源，适宜的pH值通常在6到8之间，而温度也需要在适宜的范围内以维持反硝化菌的生长和活性。

3.其他氮转化过程

除了硝化和反硝化作用外淹没式生物膜活性污泥复合工艺中还涉及其他氮转化过程，如氨化作用和氮气气体的排放。

氨化作用是将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮或氨氮的过程，通常在缺氧或微氧条件下发生，氮气气体的排放是脱氮的最终目标，这需要确保适宜的反硝化条件和菌群的存在。

淹没式生物膜活性污泥复合工艺中的脱氮机理涉及硝化、反硝化以及其他氮转化过程，理解这些机理对于优化脱氮过程至关重要，可以通过调控相关因素来提高脱氮效率，从而减少氮污染物的排放，促进环境保护和可持续发展。

«——【·影响脱氮效率的因素·】——»

1.氧化还原电位

氧化还原电位是淹没式生物膜活性污泥复合工艺中影响脱氮效率的关键因素之一，氧化还原电位反映了系统中氧化和还原反应的趋势，对硝化和反硝化过程具有直接影响。

较低的氧化还原电位通常更有利于硝化作用的进行，因为这意味着亚硝酸盐氮更容易被氧化成硝酸盐氮，但对于反硝化过程来说较高的氧化还原电位更有利于将硝酸盐氮还原成氮气，因此在淹没式生物膜活性污泥复合工艺中，控制适当的氧化还原电位是提高脱氮效率的关键。

2. C/N比

C/N比即碳氮比是另一个重要的因素，它直接影响淹没式生物膜活性污泥复合工艺中的脱氮效率，适宜的C/N比能够提供适量的有机碳源促进反硝化作用，从而有助于将硝酸盐氮还原成氮气。

但C/N比过低或过高都会对脱氮效率产生负面影响，过低的C/N比可能导致有机碳不足，限制反硝化细菌的活性，而过高的C/N比可能导致浪费有机碳资源。

3.温度

温度是影响脱氮效率的另一个关键因素，脱氮反应的速率通常随着温度的升高而增加，但是过高或过低的温度都会影响脱氮效率。

适宜的温度通常在20°C到30°C范围内，这个范围内的微生物活性较高，脱氮过程更为有效，然而低温条件下的脱氮速率较慢而高温可能导致微生物失活。

4.混合方式

混合方式是影响脱氮效率的重要操作参数之一，淹没式生物膜活性污泥复合工艺中的混合方式包括搅拌、曝气和外加氧气等。

适当的混合可以提高氧气传递效率促进氧化还原反应的进行，不同的混合方式可能适用于不同的工艺条件，因此需要根据具体情况来选择合适的混合方式。

5.污泥浓度

污泥浓度是另一个影响脱氮效率的因素，较高的污泥浓度通常意味着更多的微生物生物量，可以加速脱氮过程。

过高的污泥浓度可能导致混合困难和氧气传递问题，所以在淹没式生物膜活性污泥复合工艺中需要平衡污泥浓度与混合效率之间的关系。

6.氧气传递

氧气传递是脱氮效率的关键因为硝化和反硝化过程都需要氧气或缺氧条件，有效的氧气传递可以提供足够的氧气供应，促进硝化和反硝化反应的进行，氧气传递效率受到反应器设计、搅拌设备、气泡大小和气体分布等因素的影响。

7.pH值

pH值是影响脱氮效率的另一个重要因素，适宜的pH值范围通常在6到8之间，有助于维持微生物活性和反应速率，过低或过高的pH值可能导致微生物失活或反应受限，从而影响脱氮效率。

淹没式生物膜活性污泥复合工艺中影响脱氮效率的因素包括氧化还原电位、C/N比、温度、混合方式、污泥浓度、氧气传递和pH值等，了解和优化这些因素对于提高脱氮效率至关重要，可以有效降低氮污染物的排放，改善污水处理效果。

«——【·运行参数的优化·】——»

1.控制氧化还原电位

在淹没式生物膜活性污泥复合工艺中，控制氧化还原电位是提高脱氮效率的关键，为了促进硝化和反硝化过程，操作员可以调整系统中的氧化还原电位，通常情况下降低电位（更负电）有助于提高硝化作用，而升高电位（更正电）有助于反硝化作用。

所以操作员可以通过调整外部电流或添加还原剂/氧化剂来控制氧化还原电位，以满足不同脱氮阶段的需求。

2.维持适当的温度和pH值

温度和pH值的控制对于淹没式生物膜活性污泥复合工艺的运行至关重要，操作员应确保反应器中的温度保持在适宜的范围内，通常在20°C到30°C之间，以维持微生物的活性。

此外应维持适当的pH值，通常在6到8之间以确保微生物生长和反应速率的最佳条件，可以使用缓冲剂来调节pH值，以防止酸碱度波动对脱氮效率产生不利影响。

3.优化C/N比

C/N比是另一个可以优化的运行参数，适宜的C/N比能够提供足够的有机碳源，促进反硝化作用，有助于将硝酸盐氮还原成氮气。

操作员可以通过调整进水中的有机碳浓度或氮浓度来优化C/N比，也可以考虑在进水中添加外部有机碳源，如乙酸或乳酸，以提供额外的碳源来促进反硝化。

4.改进混合方式

混合方式的改进可以提高淹没式生物膜活性污泥复合工艺的脱氮效率，不同的混合方式如机械搅拌、曝气和外加氧气，可以影响氧气传递和反应器中的液体混合效果，操作员可以优化混合设备的布局和运行条件，以确保充分的氧气传递和混合，从而提高硝化和反硝化的效率。

5.监测和调整运行参数

为了优化运行参数，操作员应定期监测反应器的性能，这可以通过测量关键参数如氨氮浓度、硝酸盐氮浓度、氮气排放率和微生物活性来实现。

根据监测结果可以调整运行参数，如氧化还原电位、温度、pH值、C/N比和混合方式，以实现最佳脱氮效率。

优化运行参数是提高淹没式生物膜活性污泥复合工艺中脱氮效率的关键步骤，操作员可以通过控制氧化还原电位、维持适当的温度和pH值、优化C/N比、改进混合方式以及定期监测和调整运行参数来实现这一目标，这些措施有助于提高脱氮效率，降低氮污染物的排放，从而改善污水处理效果。

«——【·反应器设计的改进·】——»

1.增加反应器的表面积

反应器的表面积是影响淹没式生物膜活性污泥复合工艺脱氮效率的重要因素之一，通过增加反应器的表面积，可以提供更多的生物膜附着面积，增加微生物的数量和生物活性。

这可以通过改变反应器的结构设计，如增加填料或改进反应器的形状来实现，增加反应器的表面积有助于提高硝化和反硝化作用的效率，从而提高脱氮效率。

2.提高质量传递效率

质量传递效率是另一个关键的反应器设计参数对脱氮效率有着直接影响，质量传递效率涉及到氧气和底物（氮化合物）在反应器中的有效传递。

为了提高传递效率可以优化气体分布系统，确保氧气均匀分布在整个生物膜上并减小气泡大小以增加气体-液体接触面积，还可以改进气体流动动力学以减少气体的浪费提高氧气的利用率。

3.采用新型反应器材料

选择适当的反应器材料对于脱氮效率的提高至关重要，新型材料的使用可以改善反应器的附着性能、耐久性和生物膜生长条件。

例如特殊涂层、多孔陶瓷材料或聚合物膜等材料可以提供更多的附着表面，并提高生物膜的稳定性，选择具有高耐受性的材料可以减少反应器的维护成本，延长其使用寿命。

4.考虑氧气传递的改进

氧气传递是反应器设计中的关键挑战之一，为了改进氧气传递可以考虑采用更高效的气体传递系统，如超音速气体传递或膜透气技术。

这些技术可以提供更高的氧气传递速率，从而增加硝化和反硝化作用的效率，可以考虑改进气体分布器的设计，以确保氧气均匀分布在整个反应器中。

5.优化反应器操作条件

除了反应器的结构设计，还可以通过优化操作条件来改进反应器的性能，这包括调整进水流速、氧气供应率、混合方式和反应温度等操作参数，通过定期监测反应器性能，并根据实时数据进行调整，可以实现最佳的脱氮效率。

改进反应器设计是提高淹没式生物膜活性污泥复合工艺中脱氮效率的关键措施之一，通过增加反应器的表面积、提高质量传递效率、采用新型反应器材料、考虑氧气传递的改进和优化反应器操作条件，可以有效提高脱氮效率，降低氮污染物的排放，从而改善污水处理效果。

«——【·生物体系的改进·】——»

1.引入新的微生物群落

生物体系中微生物群落的组成和特性对淹没式生物膜活性污泥复合工艺的脱氮效率具有重要影响，为了改进脱氮效率可以考虑引入新的、具有高氮转化能力的微生物群落。

这可以通过种子污泥的添加或自然环境中的微生物选择来实现，新的微生物群落可能具有更高的硝化和反硝化活性，从而提高脱氮效率。

2.提高微生物的活性

微生物的活性是影响脱氮效率的关键因素之一，为了提高微生物的活性可以采取多种措施，其中之一是维护适宜的温度条件，以确保微生物处于最佳的生长和代谢状态。

还可以通过定期投加外部碳源或营养物质来刺激微生物的活性，微生物的活性还可以通过控制氧气浓度、pH值和混合方式等操作参数来调整和优化。

3.降低抑制因子的影响

在生物体系中存在各种抑制因子可能影响脱氮效率，如毒性物质、重金属离子和抗生素残留等，为了改进生物体系的性能，需要采取措施降低这些抑制因子的影响。

包括对进水进行预处理，如化学沉淀或活性炭吸附，以去除抑制因子，还可以考虑采用特定微生物菌株，具有对抑制因子的耐受性，来改进生物体系的稳定性。

4.优化气-液质传递

气-液质传递是淹没式生物膜活性污泥复合工艺中的关键过程之一，为了提高脱氮效率需要优化气体（氧气）在液体中的传递效率。

这可以通过改进气体传递系统的设计，如气体分布器和气体吹气速率来实现，优化气-液质传递可以确保微生物获得足够的氧气，从而提高硝化和反硝化的速率。

5.使用生物增强剂

生物增强剂是一种可用于改进生物体系的工具，这些生物增强剂通常包含了高效的硝化和反硝化微生物，可以添加到反应器中以增强脱氮效率。

使用生物增强剂可以迅速提高微生物的活性和数量加速脱氮过程，这种方法特别适用于需要快速响应和改进的情况，如处理高氮负荷的情况。

改进生物体系是提高淹没式生物膜活性污泥复合工艺中脱氮效率的关键措施之一，通过引入新的微生物群落、提高微生物的活性、降低抑制因子的影响、优化气-液质传递和使用生物增强剂等方法，可以有效提高生物体系的性能，从而改善脱氮效率，减少氮污染物的排放。

«——【·笔者观点·】——»

淹没式生物膜活性污泥复合工艺在污水处理中的应用具有显著的潜力，可以有效降低氮污染物的排放，改善水环境质量，为了提高脱氮效率并最大程度地发挥这种工艺的优势，需要综合考虑多个因素，包括脱氮机理、操作参数、反应器设计和生物体系的改进。

通过综合考虑脱氮机理、操作参数、反应器设计和生物体系的改进，可以有效提高淹没式生物膜活性污泥复合工艺在污水处理中的脱氮效率，为环境保护和可持续发展做出贡献。

未来的研究应继续探索新的技术和方法，以进一步提高脱氮效率，并应用于不同的污水处理场景中，这将有助于应对氮污染带来的环境挑战，维护水环境的健康和可持续发展。

«——【·参考文献·】——»

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