硝化细菌：像我这样优秀的菌为何这么难培养？！

慧聪水工业网 2022-06-15 09:20 来源：环保工程师

微生物的世界里面生活着一种细菌，天生娇贵，禁不起雨，经不起浪。它就是污师们又爱又恨的硝化细菌。生物脱氮的骁将，微生物界的贵族！像这样优秀的菌，为何这么难培养？看完下面这些控制条件你就知道了！

一、硝化系统的培养

硝化菌的培养相对于异养菌来讲比较难，硝化菌的培养过程同时也是污泥的驯化过程。硝化细菌的培养应遵循循序渐进、有的放矢、精心控制的的原则，出水稳定后并逐步增加原水的进水量。

每次增加的进水量为设计进水量的5—10%，每增加一次应稳定2-3个周期或2天左右，发现系统内或出水指标上升应继续维持本次进水量，直至出水指标稳定，如出水指标一直上升，应暂停进水，待指标恢复正常后，进水量应稍微减少，或略大于上周期进水量。以此类推，最终达到系统设计符合。

根据影响硝化菌生长的因素来确定硝化菌培养时应控制的指标：

1、温度

在生物硝化系统中，硝化细菌对温度的变化非常敏感，在5～35℃的范围内，硝化菌能进行正常的生理代谢活动。当废水温度低于15℃时，硝化速率会明显下降，当温度低于10℃时已启动的硝化系统可以勉强维持，硝化速率只有30℃时的硝化硝化速率的25%。尽管温度的升高，生物活性增大，硝化速率也升高，但温度过高将使硝化菌大量死亡，实际运行中要求硝化反应温度低于38℃。

例如高氨废水工程的调试应尽量选择气温15度以上的季节，如果必须在冬季启动，应尽量选用高氨污水厂的菌种，或有保温、加温措施的系统。

2、pH值

硝化菌对pH值变化非常敏感，最佳pH值是8.0～8.4，在这一最佳pH值条件下，硝化速度，硝化菌最大的硝化速度可达最大值。在硝化菌培养时，如果进水pH值较高，能够达到8.0左右最好，如果达不到也不应刻意追求，只要系统内pH值不低于6.5即可，如低于此值，应及时补充碱度，如NaOH、Na2CO3等。

3、溶解氧

氧是硝化反应过程中的电子受体，反应器内溶解氧高低，必会影响硝化反应的进程。在活性污泥法系统中，大多数学者认为溶解氧应该控制在1.5～2.0mg/L内，低于0.5mg/L时硝化反应趋于停止。当前，有许多学者认为在低DO（1.5mg/L）下可出现SND（同步硝化反硝化）现象。在DO＞2.0mg/L，溶解氧浓度对硝化过程影响可不予考虑。但DO浓度不宜太高，因为溶解氧过高能够导致有机物分解过快，从而使微生物缺乏营养，活性污泥易于老化，结构松散。此外溶解氧过高，能量消耗过大，在经济方面也不合适。

4、生物固体平均停留时间（污泥龄）

为了使硝化菌群能够在连续流反应器系统存活，微生物在反应器内的停留时间（θc）N必须大于自养型硝化菌最小的世代时间（θc）minN，否则硝化菌的流失率将大于净增率，将使硝化菌从系统中流失殆尽。一般对（θc）N的取值，至少应为硝化菌最小世代时间的2倍以上，即安全系数应大于2。

5、重金属及有毒物质

有毒物质除了重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有：高浓度氨氮、高浓度硝酸盐有机物及络合阳离子等。

6、COD/BOD

如果系统内COD/BOD较高，系统内的异养菌就会与硝化菌争夺溶解氧，由于异养菌的数量远远大于硝化菌，硝化菌常常在系统内COD/BOD较高的情况下得不到一定的溶解氧，而无法生长增殖。一般系统内BOD（笔者个人倾向于COD）高于20mg/l，就会对硝化菌产生抑制。如果进水COD/BOD 过高或碳氮比较高，硝化菌的培养就必须通过延时曝气来实现，即系统内COD/BOD 已经合格或处于较低水平时，继续曝气，给予硝化菌足够的生长时间，曝气时，同样要控制好溶解氧，尽量低于3mg/L，防止污泥加速老化。

7、氨氮浓度

在系统氨氮浓度200mg/L时硝化菌就会被抑制，因此建议系统内氨氮浓度不高于150mg/L，在高氨污水处理中，由于进水氨氮浓度高，如果不注意，几个周期下来氨氮浓度就会升高到一定程度，常常在A池高于200mg/L，因此在硝化菌培养过程中以及正常运行时，应始终维持系统出水氨氮浓度在工艺要求指标以内，保证从调试开始，系统即出合格水。结合以上几种因素，在培养硝化菌时，应尽量创造其生长的有利条件，制定出最佳方案。

二、硝化系统的管理

污水中氨氮的去除主要是在传统活性污泥法工艺基础上采用硝化工艺，只有控制好运行参数才能管理好硝化系统，保证出水氨氮达标！运行参数如下：

1、污泥负荷与污泥龄

生物硝化属低负荷工艺，F/M一般在0.05～0.15kgBOD/kgMLVSS·d。负荷越低，硝化进行得越充分，NH3-N向NO3--N转化的效率就越高。与低负荷相对应，生物硝化系统的SRT一般较长，因为硝化细菌世代周期较长，若生物系统的污泥停留时间过短，即SRT过短，污泥浓度较低时，硝化细菌就培养不起来，也就得不到硝化效果。SRT控制在多少，取决于温度等因素。对于以脱氮为主要目的生物系统，通常SRT可取11～23d。

2、回流比

生物硝化系统的回流比一般较传统活性污泥工艺大，主要是因为生物硝化系统的活性污泥混合液中已含有大量的硝酸盐，若回流比太小，活性污泥在二沉池的停留时间就较长，容易产生反硝化，导致污泥上浮。通常回流比控制在50～100％。

3、水力停留时间

生物硝化曝气池的水力停留时间也较活性污泥工艺长，至少应在8h以上。这主要是因为硝化速率较有机污染物的去除率低得多，因而需要更长的反应时间。

4、BOD5/TKN

TKN系指水中有机氮与氨氮之和，入流污水中BOD5/TKN是影响硝化效果的一个重要因素。BOD5/TKN越大，活性污泥中硝化细菌所占的比例越小，硝化速率就越小，在同样运行条件下硝化效率就越低；反之，BOD5/TKN越小，硝化效率越高。很多城市污水处理厂的运行实践发现，BOD5/TKN值最佳范围为2～3左右。

5、硝化速率

生物硝化系统一个专门的工艺参数是硝化速率，系指单位重量的活性污泥每天转化的氨氮量。硝化速率的大小取决于活性污泥中硝化细菌所占的比例，温度等很多因素，典型值为0.02gNH3-N/gMLVSS×d。

6、溶解氧

硝化细菌为专性好氧菌，无氧时即停止生命活动，且硝化细菌的摄氧速率较分解有机物的细菌低得多，如果不保持充足的氧量，硝化细菌将“争夺”不到所需要的氧。因此，需保持生物池好氧区的溶解氧在2mg/L以上，特殊情况下溶解氧含量还需提高。

7、温度

硝化细菌对温度的变化也很敏感，当污水温度低于15℃时，硝化速率会明显下降，当污水温度低于5℃时，其生理活动会完全停止。因此，冬季时污水处理厂特别是北方地区的污水处理厂出水氨氮超标的现象较为明显。

8、pH

硝化细菌对pH反应很敏感，在pH为8～9的范围内，其生物活性最强，当pH＜6.0或＞9.6时，硝化菌的生物活性将受到抑制并趋于停止。因此，应尽量控制生物硝化系统的混合液pH大于7.0。

三、有毒/抑制物质

1、无机氮类化合物

1）主要是游离氨（FA）：游离氨的抑制作用对2类硝化细菌是不同的,对亚硝酸菌，F A的抑制质量度范围是10一150 mg / L ,而对硝酸菌, 这个范围仅仅为0.1一1.0 mg / L。

2）游离态的亚硝酸：在水中亚硝酸根以游离态和离子态两种形式存在。游离态的亚硝酸是硝化细菌的主要基质，同时也是亚硝酸盐氧化菌的抑制剂。游离态的亚硝酸对氨氧化细菌、亚硝酸盐氧化菌的生长、繁殖均具有一定的毒性，游离态的亚硝酸对亚硝酸细菌的抑制浓度为0.06 mgN/ L，对硝酸细菌也有抑制作用，抑制浓度为2.8mgN/ L。相对于亚硝化细菌，硝化细菌有更强的适应性。

2、消毒剂

1）氯酸盐：开始抑制浓度（以氯酸钾为例）约为0. 001一0. 01mmol/ L （约为0.1225-1.225mg/L）；完全抑制浓度以ClO3-浓度计为1一10mmo l/ L 时, 硝化菌被完全抑制。

2）亚氯酸盐：亚氯酸盐浓度为 3 mmol/ L 时 , 硝酸菌能完全被抑制。

3、（重）金属类

当水中受到Cr、Cd、Cu、Zn、Pb、Ag、As等重金属污染过高时，硝化作用会受到抑制，其原因可能是重金属对硝化过程中的酶活性产生影响，从而影响硝化细菌的转录等正常的生理过程，导致硝化菌硝化效率下降甚至死亡。

有学者Hg 主要表现为抑制生物大分子如蛋白质和核酸的合成, 致突变效应, 停止细胞分裂, 抑制生物氧化及运动性。Pb可造成细胞膜损伤, 破坏营养物质的运输。Cd 致突变效应, 导致DNA 链断裂。高浓度Mn干扰细胞对 Mg（Ⅱ）的运输。铜离子螯合巯基，干扰细胞蛋白质或酶的结合；六价铬通过细胞膜的硫酸盐通道进入细胞，细胞质内六价铬还原成三价铬时产生的氧化应激，造成蛋白质和 DNA 损伤。部分重金属对硝化的抑制作用效果大致如下：EC50：半数效应浓度，引起受试对象50%个体产生一种特定效应的药物剂量。

IC50:半数抑制浓度，一种药物能将细胞生长、病毒复制等抑制50%所需的浓度。

4、苯酚

苯酚对硝化有抑制作用 , 该抑制属非竞争性抑制, 是可逆的。苯酚2,4-二氯酚共存时产生叠加抑制效应。多位学者研究均表明，苯酚对硝化反应的半数抑制率，即IC50约为20mg/L。

5、硝化抑制剂

在农业上，通常会在氮肥中施加硝化抑制剂，以抑制肥料中的氮元素硝化损失肥效，这些硝化抑制剂对硝化过程均有明显的抑制作用，主要有：ATC（4-氨基-1,2,4-三唑）、叠氮化钾、2-氯-6-（三氯甲基）吡啶、2-氨基-4-氯-9-甲基吡啶、磺胺噻唑、双氰胺、硫脲-N-2，5-二氯苯丁二酰胺、4-氨基-1，2，3-三唑盐酸盐、脒基硫脲等。

这些物质一般属于含硫化合物、N杂环化合物、双氰胺类化合物。这些物质由于其本身特殊的化学结构，在硝化过程中影响氨单加氧酶(AMO)的氧化过程，从而会对硝化过程产生影响。在农业上一般使用这些硝化抑制剂时，投加量约为总氮量的0.1%—1%，就可以对硝化过程产生明显的抑制作用。

6、抑制/有毒物质最高浓度

四、异常问题的分析与排除

现象一：硝化系统混合液的pH降低，硝化效率下降，出水NH3-N浓度升高。

其原因及解决对策如下：

① 碱度不足。检查二沉池出水中的碱度，如果小于20mg/L，则可判定系碱度不足所致，应进行碱度核算，确定投碱量。

② 入流污水中的酸性废水排放。检查入流污水的 pH，如果太低，可说明有酸性废水排入，可采取石灰中和处理等临时措施，并同时加强上游污染源管理。

现象二：混合液pH值正常，但硝化效率下降，出水NH3-N浓度升高。

其原因及解决对策如下：

① 供氧不足。检查混合液的DO值是否小于2mg/L，如果DO太低，可增加曝气量。

② 温度太低。检查入流污水或混合液的温度是否明显降低，影响了硝化效果。解决对策可以有增加投运曝气池数量或提高混合液浓度ML VSS。

③ 入流TKN负荷太高。检查入流污水中的TKN浓度是否升高。如果升高，则应增加投运曝气池数量或者提高曝气池的MLVSS，并同时增大曝气量。