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硝化细菌这四个特点,你很可能不知道

  文/  循环水黑匣子  刀客特金


  上节课说到生物过滤即是氨氮无害化的过程,这个过程由我们请来的水管工——细菌来完成,然而这个家伙很挑,先要喝龙井(硝化作用要消耗大量的氧气),后要抽中华(反硝化作用要求无氧环境),氨氮最后才转化成氮气排出系统。而在绝大部分正常换水的系统当中,只需要进行到硝化反应即可结束。所以我们今天只关注硝化细菌。


  那我们先来扒一扒硝化细菌这个家伙的几大癖好。


  No.1   嗜氧如命


  硝化细菌绝大部分是化能自养细菌,少部分是兼性自养。翻译成人话就是,它们大部分专门吃氨盐和亚硝酸盐,而且非常懂得保持身材的秘诀——不吃碳水化合物(即有机质),极少数吃一点点碳水化合物。盐吃多了又不就着馒头,怎么办,要喝汤啊,不然多齁得慌。汤比作是氧气的话,吃一份盐要喝两碗汤,也即解决一分子氨氮大概要消耗掉两分子的氧气才能变成一分子硝酸盐。为什么我们强调生物池内曝气的重要性,吃饱喝足才好努力工作。


  No.2   无碱不欢


  硝化细菌除了好氧,还喜欢吃碱。家里煮小米粥时放点小苏打(碳酸氢钠)会更香,没想到这家伙也深谙此道,甚至口重到火碱(氢氧化钠)也不放过。其实加碱还有一个作用是提升pH,促进硝化反应的进行。


  No.3    喜欢搞基


  硝化细菌只是一类统称,包含了任何时候都要搞在一起的两个家伙,亚硝酸菌属( Nitrosomonas ) 和硝酸菌属(Nitrobacter )。老大(亚硝酸均属)负责把氨氮转化为亚硝态氮,老二(硝酸菌属)负责把亚硝态氮转化为硝态氮。老大最喜欢的pH范围为7.2至7.8,老二则是7.2至8.2。老大喜欢在氨氮浓度较高的地方呆着,老二则是喜欢亚硝酸盐浓度高的地方。


  No.4   贴墙癖


  咱们循环水系统中的硝化细菌都有一个癖好——贴墙,见着墙或墙状物就死乞白赖的贴在上边,除非硬拽下来或者死了才会脱落。这就是为什么我们需要填料来增加墙状物的面积,这样就会吸引大量的硝化细菌在我们需要的地方停留。填料的设计也是遵循单位体积表面积最大的原则,此外还有一个原则就是减少外部摩擦的部分,减少硝化细菌的脱落。


  其实并非所有的硝化细菌都有贴墙癖,有些天性烂漫的家伙喜欢随波逐流,不容易受控制。我们要做的就是尽量培养并截留那些有贴墙癖的细菌,让那些放荡不爱自由的随他去吧。


  当我们了解了大佬的喜好之后,我们要做的就是竭尽所能的满足他。因此生物过滤的设计遵循这样几个要点:


  第一,选择比表面积较大的填料;


  第二,充分曝气满足充足的氧气供应;


  第三,适当加碱保持pH值在偏碱性环境;


  第四,生物池适当分级给老大老二各自的最适空间。


  另外,在我们连续生产的循环水系统中,还要考虑维护和能耗的问题。因此目前使用较为广泛的几种分别为,滴滤塔,生物转盘,固定式生物床,流化沙床和移动生物床。


  滴滤塔和生物转盘占地面积和空间太大,一般适用于对空间没有限制的室外污水处理。




  固定式生物床目前在国内还是主流,原因是生物滤料成本低,可以协助吸附过滤部分细微颗粒物。然而缺点是生物膜脱落周期不固定,水质因子受影响波动大,且需要人工冲洗和排污,增加了人力成本,并容易留下卫生死角。



  流化沙床和移动生物床是目前国外普遍采用的办法。优点是占地面积小,处理效率高,无须人工冲洗和排污,生物膜脱落周期短且均匀,水质因子稳定。缺点是能耗稍高。此外流化沙床还对射流泵的射速控制有较高的要求,否则罐体内的沙子要么沉在底部,要么流体不均匀,徒增能耗。因此我们较为推荐的生物过滤方式为移动生物床。




  空间上一般分割为两到三个池子为宜,多了用处不大反而增加了建设成本。


  曝气管路采用底部铺排,曝气孔向下,均匀大量曝气。这样滤料翻滚均匀,增加氧气与生物膜表面的接触时间,提高反应效率,且生物池底部没有积污。


  我在这里多谈一点对生物过滤设计的看法。前面的文章我提过,第一步物理过滤是重中之重,循环水系统各处理步骤之间的配合也至关重要。少量的颗粒物对养殖生物并不构成威胁,而是异养细菌(也称分解者),将有机颗粒物分解为有害的氨氮,从而产生了威胁的缘故。


  异养细菌,是只吃碳水化合物(即有机质),分解为氨氮,并消耗大量氧气的一类细菌,同样有贴墙癖。


  颗粒物去除不彻底,致使有机质进入到生物滤池,增加了异养细菌的数量,挤占了硝化细菌的贴墙空间,抢夺了氧气的消耗,简直是夺了住处又砸了饭碗,要往死里整的节奏啊。因此决不能轻易放过一个颗粒物。


  在物理过滤这步,如果采用大过滤孔径(大于80微米)微滤机,势必要增加细微颗粒物的处理(使用毛刷式填料或增加蛋分),并增加生物滤池的体积。而如果采用小过滤孔径(小于60微米)微滤机,后面生物过滤的负荷要小很多,则可以仅用移动生物床实现,并且体积也小很多。


  至此,生物过滤环节基本掰扯完了。生物过滤技术在欧洲经过几十年的实践总结,即使仍有相当多的反应环节没有搞清楚,但维持大生产所需的基本步骤还是比较成熟的。因此我们不必过于担心,只是希望通过此文加深各位的理解,在实际应用时能够游刃有余而已。


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