硝化細菌：像我這樣優(yōu)秀的菌 為何這么難培養(yǎng)？！
微生物的世界里面生活著一種細菌，天生嬌貴，禁不起雨，經(jīng)不起浪。它就是污師們又愛又恨的硝化細菌。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！
一、硝化系統(tǒng)的培養(yǎng)
硝化菌的培養(yǎng)相對于異養(yǎng)菌來講比較難，硝化菌的培養(yǎng)過程同時也是污泥的馴化過程。硝化細菌的培養(yǎng)應遵循循序漸進、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水量。
每次增加的進水量為設計進水量的5—10%，每增加一次應穩(wěn)定2-3個周期或2天左右，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)或出水指標上升應繼續(xù)維持本次進水量，直至出水指標穩(wěn)定，如出水指標一直上升，應暫停進水，待指標恢復正常后，進水量應稍微減少，或略大于上周期進水量。以此類推，最終達到系統(tǒng)設計符合。
根據(jù)影響硝化菌生長的因素來確定硝化菌培養(yǎng)時應控制的指標：
1、溫度
在生物硝化系統(tǒng)中，硝化細菌對溫度的變化非常敏感，在5～35℃的范圍內(nèi)，硝化菌能進行正常的生理代謝活動。當廢水溫度低于15℃時，硝化速率會明顯下降，當溫度低于10℃時已啟動的硝化系統(tǒng)可以勉強維持，硝化速率只有30℃時的硝化硝化速率的25%。盡管溫度的升高，生物活性增大，硝化速率也升高，但溫度過高將使硝化菌大量死亡，實際運行中要求硝化反應溫度低于38℃。
例如高氨廢水工程的調(diào)試應盡量選擇氣溫15度以上的季節(jié)，如果必須在冬季啟動，應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最大值。在硝化菌培養(yǎng)時，如果進水pH值較高，能夠達到8.0左右最好，如果達不到也不應刻意追求，只要系統(tǒng)內(nèi)pH值不低于6.5即可，如低于此值，應及時補充堿度，如NaOH、Na2CO3等。
3、溶解氧
氧是硝化反應過程中的電子受體，反應器內(nèi)溶解氧高低，必會影響硝化反應的進程。在活性污泥法系統(tǒng)中，大多數(shù)學者認為溶解氧應該控制在1.5～2.0mg/L內(nèi)，低于0.5mg/L時硝化反應趨于停止。當前，有許多學者認為在低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，溶解氧濃度對硝化過程影響可不予考慮。但DO濃度不宜太高，因為溶解氧過高能夠導致有機物分解過快，從而使微生物缺乏營養(yǎng)，活性污泥易于老化，結構松散。此外溶解氧過高，能量消耗過大，在經(jīng)濟方面也不合適。
4、生物固體平均停留時間（污泥齡）
為了使硝化菌群能夠在連續(xù)流反應器系統(tǒng)存活，微生物在反應器內(nèi)的停留時間（θc）N必須大于自養(yǎng)型硝化菌最小的世代時間（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（θc）N的取值，至少應為硝化菌最小世代時間的2倍以上，即安全系數(shù)應大于2。
5、重金屬及有毒物質
有毒物質除了重金屬外，對硝化反應產(chǎn)生抑制作用的物質還有：高濃度氨氮、高濃度硝酸鹽有機物及絡合陽離子等。
6、COD/BOD
如果系統(tǒng)內(nèi)COD/BOD較高，系統(tǒng)內(nèi)的異養(yǎng)菌就會與硝化菌爭奪溶解氧，由于異養(yǎng)菌的數(shù)量遠遠大于硝化菌，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，而無法生長增殖。一般系統(tǒng)內(nèi)BOD（筆者個人傾向于COD）高于20mg/l，就會對硝化菌產(chǎn)生抑制。如果進水COD/BOD 過高或碳氮比較高，硝化菌的培養(yǎng)就必須通過延時曝氣來實現(xiàn)，即系統(tǒng)內(nèi)COD/BOD 已經(jīng)合格或處于較低水平時，繼續(xù)曝氣，給予硝化菌足夠的生長時間，曝氣時，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時硝化菌就會被抑制，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，由于進水氨氮濃度高，如果不注意，幾個周期下來氨氮濃度就會升高到一定程度，常常在A池高于200mg/L，因此在硝化菌培養(yǎng)過程中以及正常運行時，應始終維持系統(tǒng)出水氨氮濃度在工藝要求指標以內(nèi)，保證從調(diào)試開始，系統(tǒng)即出合格水。結合以上幾種因素，在培養(yǎng)硝化菌時，應盡量創(chuàng)造其生長的有利條件，制定出最佳方案。
二、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上采用硝化工藝，只有控制好運行參數(shù)才能管理好硝化系統(tǒng)，保證出水氨氮達標！運行參數(shù)如下：
1、污泥負荷與污泥齡
生物硝化屬低負荷工藝，F(xiàn)/M一般在0.05～0.15kgBOD/kgMLVSS·d。負荷越低，硝化進行得越充分，NH3-N向NO3--N轉化的效率就越高。與低負荷相對應，生物硝化系統(tǒng)的SRT一般較長，因為硝化細菌世代周期較長，若生物系統(tǒng)的污泥停留時間過短，即SRT過短，污泥濃度較低時，硝化細菌就培養(yǎng)不起來，也就得不到硝化效果。SRT控制在多少，取決于溫度等因素。對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，主要是因為生物硝化系統(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間就較長，容易產(chǎn)生反硝化，導致污泥上浮。通常回流比控制在50～100％。
3、水力停留時間
生物硝化曝氣池的水力停留時間也較活性污泥工藝長，至少應在8h以上。這主要是因為硝化速率較有機污染物的去除率低得多，因而需要更長的反應時間。
4、BOD5/TKN
TKN系指水中有機氮與氨氮之和，入流污水中BOD5/TKN是影響硝化效果的一個重要因素。BOD5/TKN越大，活性污泥中硝化細菌所占的比例越小，硝化速率就越小，在同樣運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行實踐發(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化的氨氮量。硝化速率的大小取決于活性污泥中硝化細菌所占的比例，溫度等很多因素，典型值為0.02gNH3-N/gMLVSS×d。
6、溶解氧
硝化細菌為專性好氧菌，無氧時即停止生命活動，且硝化細菌的攝氧速率較分解有機物的細菌低得多，如果不保持充足的氧量，硝化細菌將“爭奪”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
硝化細菌對溫度的變化也很敏感，當污水溫度低于15℃時，硝化速率會明顯下降，當污水溫度低于5℃時，其生理活動會完全停止。因此，冬季時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的現(xiàn)象較為明顯。
8、pH
硝化細菌對pH反應很敏感，在pH為8～9的范圍內(nèi)，其生物活性最強，當pH＜6.0或＞9.6時，硝化菌的生物活性將受到抑制并趨于停止。因此，應盡量控制生物硝化系統(tǒng)的混合液pH大于7.0。
三、有毒/抑制物質
1、無機氮類化合物
1）主要是游離氨（FA）：游離氨的抑制作用對2類硝化細菌是不同的,對亞硝酸菌，F(xiàn) A的抑制質量度范圍是10一150 mg / L ,而對硝酸菌, 這個范圍僅僅為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)的亞硝酸是硝化細菌的主要基質，同時也是亞硝酸鹽氧化菌的抑制劑。游離態(tài)的亞硝酸對氨氧化細菌、亞硝酸鹽氧化菌的生長、繁殖均具有一定的毒性，游離態(tài)的亞硝酸對亞硝酸細菌的抑制濃度為0.06 mgN/ L，對硝酸細菌也有抑制作用，抑制濃度為2.8mgN/ L。相對于亞硝化細菌，硝化細菌有更強的適應性。
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-濃度計為1一10mmo l/ L 時, 硝化菌被完全抑制。
2）亞氯酸鹽：亞氯酸鹽濃度為 3 mmol/ L 時 , 硝酸菌能完全被抑制。
3、（重）金屬類
當水中受到Cr、Cd、Cu、Zn、Pb、Ag、As等重金屬污染過高時，硝化作用會受到抑制，其原因可能是重金屬對硝化過程中的酶活性產(chǎn)生影響，從而影響硝化細菌的轉錄等正常的生理過程，導致硝化菌硝化效率下降甚至死亡。
有學者Hg 主要表現(xiàn)為抑制生物大分子如蛋白質和核酸的合成, 致突變效應, 停止細胞分裂, 抑制生物氧化及運動性。Pb可造成細胞膜損傷, 破壞營養(yǎng)物質的運輸。Cd 致突變效應, 導致DNA 鏈斷裂。高濃度Mn干擾細胞對 Mg（Ⅱ）的運輸。銅離子螯合巰基，干擾細胞蛋白質或酶的結合；六價鉻通過細胞膜的硫酸鹽通道進入細胞，細胞質內(nèi)六價鉻還原成三價鉻時產(chǎn)生的氧化應激，造成蛋白質和 DNA 損傷。部分重金屬對硝化的抑制作用效果大致如下：EC50：半數(shù)效應濃度，引起受試對象50%個體產(chǎn)生一種特定效應的藥物劑量。
IC50:半數(shù)抑制濃度，一種藥物能將細胞生長、病毒復制等抑制50%所需的濃度。
4、苯酚
苯酚對硝化有抑制作用 , 該抑制屬非競爭性抑制, 是可逆的。苯酚2,4-二氯酚共存時產(chǎn)生疊加抑制效應。多位學者研究均表明，苯酚對硝化反應的半數(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，這些硝化抑制劑對硝化過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。這些物質由于其本身特殊的化學結構，在硝化過程中影響氨單加氧酶(AMO)的氧化過程，從而會對硝化過程產(chǎn)生影響。在農(nóng)業(yè)上一般使用這些硝化抑制劑時，投加量約為總氮量的0.1%—1%，就可以對硝化過程產(chǎn)生明顯的抑制作用。
6、抑制/有毒物質最高濃度
四、異常問題的分析與排除
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，應進行堿度核算，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，可說明有酸性廢水排入，可采取石灰中和處理等臨時措施，并同時加強上游污染源管理。
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。解決對策可以有增加投運曝氣池數(shù)量或提高混合液濃度ML VSS。
③ 入流TKN負荷太高。檢查入流污水中的TKN濃度是否升高。如果升高，則應增加投運曝氣池數(shù)量或者提高曝氣池的MLVSS，并同時增大曝氣量。
④ 硝化菌數(shù)量不足。首先檢查是否排泥過量，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導致二沉池飄泥，造成污泥流失，并采取控制對策。如果非以上兩個原因，則檢查是否入流污水的BOD5/TKN太大，使MLVSS中硝化菌比例降低。可以增大初沉池停留時間，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，則確認污泥中毒 ，應尋找污水中毒物來源，強化上游污染源管理。
② 污泥膨脹。
現(xiàn)象四：二沉出水混濁并攜帶針狀絮體。
其原因及解決對策如下：
① 二沉出水混濁系由于活性污泥中硝化細菌比例太高所致，可適當提高BOD5/TKN值，但以不影響硝化效果為宜。
② 由于生物硝化系低負荷或超低負荷工藝，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，但這勢必影響硝化效果，使出水NH3-N超標。實際運行中，應首先權衡解決針絮問題重要還是保持高效硝化重要，再采取運行控制措施。
6）分析測量與記錄
除傳統(tǒng)活性污泥工藝的檢測項目以外，生物硝化系統(tǒng)還應增加以下項目：
① TKN：包括進水和出水的TKN值。應做混合樣，每天至少1次。
② NO-3-N：主要測二沉池出水的NO-3-N，應做混合樣，每天至少1次。
③pH：每天數(shù)次測定混合液出流pH，并根據(jù)工藝控制需要隨時檢測。
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，隨時測量。
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