硝化细菌 ( Nitrifying bacteria ) 是一类好氧性细菌，包括亚硝酸菌和硝酸菌。生活在有氧的水中或砂层中，在氮循环水质净化过程中扮演着很重要的角色。

今天就探讨一下污水处理中关于硝化细菌的影响因素及控制，希望能够给大家带来一定的参考价值。

污泥负荷Ns




硝化细菌更多的还是在伴随着菌胶团的生存，有机物的去除是先进行碳氧氧化，再进行氮氧化。有机物先通过菌胶团分解氧化生成二氧化碳与水，部分作为自身能量消耗。只有有机负荷降低到一定程度，硝化细菌才开始工作进行硝化反应。对于这个污泥负荷，设计值及经验值一般小于0.15kgBOD5/KgMLss.d。通过介绍相信大家也能知道污泥负荷对于硝化细菌，硝化反应是尤为重要！





污泥龄（SRT）






首先简单介绍一下污泥龄:污泥龄是指曝气池中活性污泥的总量与每日排放的剩余污泥的比值，稳定运行时剩余污泥量就是新增长的活性污泥量。因此，污泥龄也是新增长的活性污泥在曝气池中的平均停留时间，也可以理解为污泥总量增长一倍也就是繁殖一代所需要的时间。



泥龄ts是活性污泥在曝气池中的平均停留时间，即曝气池中的活性污泥量/每天从曝气池系统排出的剩余污泥量



TS=（X*VT）/（QS*XR+Q*XE）



式中:



tS——泥龄，d



X——曝气池中的活性污泥浓度，即 MLSS，kg/m3



VT——曝气池总体积，m3



QS——每天排出的剩余污泥体积，m3/d



XR——剩余污泥浓度，kg/m3



Q——设计污水流量，m3/d



XE——二沉池出水的悬浮固体浓度，kg/m3



为了保证好氧系统的微生物中有足够的硝化菌，需要增加硝化菌的繁殖数量，为此虽然硝化菌的繁殖周期在5d，但是为了提高硝化菌的浓度，通常将污泥龄控制在繁殖周期的 2 倍。有些资料也显示是10～15d。



案例分享：某生活污水处理厂，主要工艺为A2O工艺，进水水量5000m3/d，进水 COD300-400mg/l 进水氨氮为 20mg/l，出水在16-20mg/l，氨氮出水要求 5mg/l。从去除率来看脱氮效果不明显，几乎没有经过现场询问运营人员，运行管理人员平时运行，如果出水 COD 升高，检测SV30 为 85%时，他们就采取排泥措施，还有DO偏高，污泥沉降性能不好，他们也会排泥，基本 1-2d 排一次泥，根据现场分析判断，排泥太勤，污泥龄短硝化菌流失，硝化效率低下甚至无去除率。





针对现场情况建议：



1.条件允许的情况下投泥。

2.减少排泥时间，甚至不排。提高污泥龄。





有毒有害物质（抑制物）




有毒有害物质对于所有微生物，细菌都是致命的作用。硝化细菌也不例外。下面介绍一下有毒有害物质:有毒有害物质是指抗生素等杀菌物质，也包含影响硝化反应酶活性的物质，比如重金属及其有机化合物。尽量防止这些物质进入系统。



抑制性物质 : 抑制硝化的物质主要有重金属、酚、硫脲及其衍生物、 游离氨、双氧水等。有毒有害物质对于微生物是致命的，所以在处理一些含有毒有害物质的污水时一定要做好预处理，防止有毒有害物质进入生化池！





PH值






污水处理中PH至关重要，同理pH值酸碱度也是影响硝化作用的重要因素。硝化菌对pH反应很敏感，在pH中性或微碱性条件下（pH为8～9的范围内），其生物活性最强，硝化过程最迅速。



关于PH值，污师们都知道硝化反应会消耗碱度，致使PH值会降低。但是PH降低不一定就是因为硝化反应引起。接下来分析一下关于PH降低的原因：PH下降的原因可能有两个：



一是进水中有强酸排入，导致人流污水pH降低，因而混合液的pH也随之降低。



二是由硝化方程式可知，随着NH3-N被转化成NO3-N，会产生部分酸度H+，这部分酸度将消耗部分碱度，每克NH3-N转化成NO3-N约消耗 7.14g碱度(以CaC03计)。因而当污水中的碱度不足而TKN负荷又较高时，便会耗尽污水中的碱度，使混合液中的pH 值降低至7.0 以下，使硝化速率降低或受到抑制。



如果无强酸排人，正常的城市污水应该是偏碱性的，即PH一般都大于 7.0，此时的pH则主要取决于污水中碱度的大小。



而对于工业废水，PH波动较大，所以进入好氧池中的PH要时常监测。硝化菌的最佳 PH值范围是 7.5-8.0，PH太高或者太低都会影响。硝化菌的生长，从我们的运营经验来看PH低于6.8时硝化菌的生长就会收到抑制。同时不能高于8.9。



案例分享：某城市污水处理厂（生活+工业）日处理量2万m3/d，工艺;水解酸化+A2/O进水指标COD:200~300mg/L，氨氮NH3-N：15~20mg/L，TN:25mg/L ,TP:1mg/L。排放标准一级A。



情况描述;系统一直运行正常，忽然一夜之间氨氮升高，直到基本无去除率，曝气池污泥颜色不正常发暗，无土腥味，二沉池飘泥。COD出水指标升高。由于事故发生在第二天才发现指标异常。经询问当班人员头天没有发现异常。唯一不正常就是发现旋流沉砂池表面有大量泡沫。由于系统恶化比较快，初步怀疑有毒有害物资进入，有大量异常工业废水进入。通过检测水解池出口PH：4.5~5.0 曝气池PH：5.5~5.8 溶解氧：5.0~5.8 通过分析得出由于工业酸性废水进入，导致系统PH降低，微生物得到抑制，菌胶团趋于解体。硝化细菌死亡，氨氮无去除率，COD超标。为了尽快恢复系统决定停止进水，排空水解池，调节进水PH，开大污泥回流系统稀释中和生化系统PH，提高曝气池污泥浓度。投加部分污泥，5天左右系统恢复正常。同时向环保局报告排查异常水质来源。





温度（T）






对于温度的要求也是至关重要！



硝化菌的比生长速率u：

   

μ=0.47*1.103（T-15）



由上面式子可以看出硝化菌的生长速率和温度成正比关系，温度高于15℃，随着温度的升高，硝化速率也会增长，小于 15℃，随着温度的降低，硝化速率也会急剧下降。根据我们的经验，温度低于 15℃， 硝化速率下降 30%，温度低于 10℃，硝化速率下降 70%。在 10-15℃， 会出现亚硝酸氮的积累会导致亚硝酸化的进行速度。



所以温度很重要：



1.每个菌种都有一个最适生长温度，温度过高或者过低都会影响菌种活性，硝化菌的最适生长温度为 25-30℃。



2.一般情况现场出现的问题是水温过低，那么水温过低我们该如何运营？我们通常采取如下措施：



提高外回流比，适当增加污泥浓度，提高硝化菌浓度。



适当延长好氧池曝气时间，(曝气也会产生热量虽然微弱）。需要注意曝气时间，防止曝气过量污泥解絮。





溶解氧（DO）






首先介绍下溶解氧很多人认为是溶解在水中的氧，其实不然我们将它定义为溶解在水中的氧经过微生物氧化反应利用后水中剩余的氧量。



溶解氧过高或者过低对硝化反应的影响？



溶解氧过高：溶解氧过高对硝化反应没有明显的抑制，但是好氧池是个大家庭，溶解氧过高会导致污泥老化，菌胶团解体，硝化菌流失。同时也是对能源的一种浪费。



溶解氧过低：好氧菌与硝化菌恶性竞争，硝化菌如此娇贵，如何竞争的过强大的好氧军团。根据多年经验溶解氧低于1.5mg/l，硝化细菌便会收到抑制，低于0.5mg/l，硝化反应基本停止。一般把溶解氧控制在 2-3mg/l 左右为佳。





营养物质






微生物的生长繁殖也离不开营养物质。营养物质的均衡决定了微生物的生长情况。关于营养物质也就是碳，氮，磷等物质。硝化细菌是自养菌，需要无机碳源，水中自带的碳酸根及碳酸氢根以及曝气和异养菌代谢产生的CO2完全可以满足硝化细菌的需要，而有机碳源（BOD）对硝化却是一个威胁，有机碳源过多，导致异养菌争夺氧气和优势菌种的地位，所以，一般进硝化池BOD不大于80PPM，而脱氮系统不缺N源，不需要考虑，磷酸盐的话，硝化细菌在菌胶团中比例很小，而且合成慢，基本上都可以满足需要。





进水氨氮的浓度






硝化反应是将氨态氮转化为亚硝态氮，再亚硝酸菌氧化为硝态氮。有研究表明当氨氮浓度较低时，随着浓度的增加，氨氧化速率和亚硝酸氧化速率均增加，而且亚硝酸氧化速率增长较快，当浓度增大到一定程度，反应速率均减小。



平常运营过程中，总结的经验为氨氮起始浓度（好氧池前端）市政高于 100mg/l 硝化反应，工业高于 150mg/l 将受到一定程度抑制。（高氮氮废水可以通过回流稀释等避免起始浓度的影响，比如养殖，垃圾渗滤液等）





盐分






在生物法处理高盐含氮废水的过程中，盐分能够直接影响溶解氧浓度及氧气转移到液相的能力，引起硝化微生物新陈代谢功能、活性污泥沉降性、颗粒污泥以及生物膜结构改变，导致生物絮体或胞外聚合物解体从而影响硝化效率。



根据经验：硝化反应的氯小于2000mg/l 的情况下正常进行 ;当然如果进水比较稳定，可以驯化耐盐，耐氯，氯在5000mg/L也能正常进行。氯的影响在于波动性，如果进水波动大，硝化受的影响就大，很容易流失！





碱度






在硝化过程中需要消耗一定量的碱度，如果污水中没有足够的碱度，硝化反应将导致pH值的下降，使反应速率减缓，所以硝化反应要顺利进行就必须使污水中的碱度大于硝化所需的碱度。



对于典型的城市污水，进水中NH3-N浓度一般为 20～40mg／L。TKN 约 50～60mg／L，碱度约200mg／L(以Ca2CO3计)左右。



在硝化反应中每硝化1gNH3-N 需要消耗7.14g碱度，所以硝化过程中需要的碱度量可按下式计算：



碱度=7.14×QΔCNH3-N×10-3



式中：



Q 为进入滤池的日平均污水量，m3／d；

ΔCNH3-N 为进出NH3-N浓度的差值，mg／L；

7.14 为硝化需碱量系数，kg 碱度／kgNH3-N。



Ø 对于含氨氮浓度较高的工业废水，通常需要补充碱度才能使硝化反应器内的pH值维持在7.2～8.0之间。计算公式如下：



碱度＝K×7.14×QΔCNH3-N×10—3



式中：K 为安全系数，一般为 1.2～1.3。



实际工程中进行碱度核算应考虑以下几部分：入流污水中的碱度，生物硝化消耗的碱度，分解 BOD5 产生的碱度，以及混合液中应保持的剩余碱度。要使生物硝化顺利进行，必须满足下式：



原水总碱度＋BOD5 分解产生的碱度＞硝化消耗的碱度＋混合液应保持的碱度如果碱度不足，要使硝化顺利进行，则必须投加纯碱，补充碱度。



投加的碱量可按下式计算：



补充碱度＝（硝化消耗的碱度＋混合液应保持的碱度）—（原水总碱度＋BOD5 分解产生的碱度





式中：



系统应补充的碱度，mg／L；



硝化消耗的碱度一般按硝化每kgNH3-N消耗7.14kg碱计算。（以CaCo3）；



混合液应保一般按曝气池排出的混合液中剩余 50mg/L 碱度(以 CaCO3 计)计算；



BOD5 分解过程中产生的碱量与系统的 SRT 有关系：



当 SRT＞20d 时，可按降解每千克 BOD5 产碱 0.1kg 计算；

当 SRT＝10～20d 时，按 0.05kgALK/kgBOD5；

当 SRT＜10d 时，按 0.01gALK/kgBOD5。