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        【干货】低C/N比废水生物脱氮技术简析

        文章出处:未知发表时间:2021-11-09 16:50:51


         

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        随同着城市化和工业化的快速开展,城市污水中污染物组分组成的复杂水平也有相应的增加。关于工业污水而言,化工、有色、石化、农副食品、纺织等行业是NH/-N污染排放的排放量占工业排放总量的85%以上。污水中呈现低CN问题大都表如今以下5个方面:食品行业;畜禽养殖业;化工行业;含蛋白质高浓度有机工业污水处厌氧后段;城市污水进水,由于水量大、含蛋白质量大的高浓度污水经点源处置后也会形成NH/-N偏高,C/N比比例失调

         

        传统生物脱氮办法在废水脱氮方面起到了一定的作用,但仍存在许多问题。如:氨氮彻底硝化需耗费大量的氧,増加了动力耗费;对C/N比低的废水,需外加有机碳源;工艺流程长,所需空间大,基建投资高等。

         

        近年来,生物脱氮范畴开发了许多新工艺,主要有:同步硝化反硝化;短程硝化反硝化;厌氧氨氧化和全程自养脱氮。

         

        1、同步硝化反硝化(SND

         

        20世纪80年代以来, 研讨人员在一些没有明显缺氧及厌氧段的活性污泥法工艺中, 曾屡次察看到氮的非异化损失现象, 即存在有氧状况下的反硝化反响、低氧状况下的硝化反响。在这些处置系统中,硝化和反硝化常常发作在相同的条件下或同一处置空间内, 这种现象被称作同步硝化反硝化(SND,亦有研讨人员将这种现象中的反硝化过程称之为好氧反硝化。

         

        工艺微生物学家在纯种培育的研讨中发现,硝化细菌和反硝化细菌有十分复杂的生理多样性,如:RobertonLloyd等证明许多反硝化细菌在好氧条件下能实行反硝化;Castingnetti证明许多异养菌能实行硝化。这些新发现使得同时硝化反硝化成为可能,并奠定了SND生物脱氮的理论根底。硝化与反硝化的反响动力学均衡控制是同步硝化反硝化技术的关键。

         

        在该工艺中,硝化与反硝化反响在同一个构筑物中同时实行,与传统的工艺相比具有明显的优越性:(1)俭省反响器体积和构筑物占空中积,减少投资;(2)可在一定水平上防止NO2-氧化成NO3-再复原成NO2-这两步多余的反响,从而可缩短反响时间,还可俭省DO和有机碳;(3)反硝化反响产生的碱度能够补偿硝化反响碱度的耗费,简化pH调理,减少运转费用。MBBR工艺是同步硝化反硝化的典型工艺。

         

        MBBR工艺原理是经过向反响器中投加一定数量的悬浮载体,提升反响器中的生物量及生物品种,从而提升反响器的处置效率。由于填料密度接近于水,所以在曝气时,与水呈完整混合状态,微生物生长的环境为气、液、固三相。载体在水中的碰撞和剪切作用,使空气气泡愈加细小,增加了氧气的应用率。另外,每个载体内外均具有不同的生物品种,内部生长一些厌氧菌或兼氧菌,外部为好养菌,这样每个载体都为一个微型反响器,使硝化反响和反硝化反响同时存在,从而提升了处置效果。

         

        2、短程硝化-反硝化(SHARON

         

        1975年,Voets等发现了硝化过程中亚硝酸盐积聚的现象,并初次提出了短程硝化反硝化生物脱氮的概念。1986Sutherson等证明了其可行性,国内外研讨标明,与传统的硝化反硝化相比,短程硝化反硝化具有可减少25%左右的需氧量,降低能耗;俭省反硝化阶段所需求的有机碳源,降低了运转费用;缩短HRT,减少反响器体积和占空中积;降低了污泥产量;硝化产生的酸度可局部地由反硝化产生的碱度中和。

         

        因而,对许多低C/N比废水,目前比拟有代表性的工艺有亚硝酸菌与固定化微生物单级生物脱氮工艺,单一反响器经过亚硝酸盐去除氨氮(SHARON)工艺。

         

        SHARON工艺是由荷兰Delft技术大学开发的一种新型脱氮工艺,其根本原理是在同一个反响器内,在有氧条件下,应用氨氧化菌将氨氮氧化成亚硝态氮,然后在缺氧条件下,以有机物为电子供体,将亚硝态氮反硝化成N2。将氨氧化控制在亚硝化阶段是该工艺的关键。

         

        SHARON工艺的胜利在于:

         

        (1)应用了温度这一重要要素,提升了亚硝酸细菌的竞争

         

        (2)应用完整混合反响器在无污泥回流条件下污泥停留时间(SRT)与水力停留时间(HRT)的同一性,控制HRT大于亚硝酸细菌的世代时间,小于硝酸细菌的世代时间,完成硝酸细菌的淘洗,使反响器内主要为亚硝酸细菌;

         

        (3)控制较高的pH值,不只抑止了硝酸细菌,也消弭了游离亚硝酸(FNA)对亚硝酸细菌的抑止。

         

        1998年在荷兰已有此类污水处置厂投入运转。

         

        虽然SHARON工艺按有氧/缺氧的间歇运转方式获得了较好的效果,但不能保证出水氨氮的浓度很低。该工艺更适于对较高浓度的含氨氮废水的预处置或旁路处置。

         

        3、厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺

         

        1994年,Kuenen等邸发现某些细菌在硝化反硝化反响中能应用硝酸盐或亚硝酸盐作电子受体将氨氮氧化成N2和气态氮化物;1995年,Mulder等人在研讨脱氮流化床反响器时发现,氨氮可在厌氧条件下消逝,氨氮的消逝与硝氮的耗费同时发作并成正相关。不久,VandeGraaf等人进一步证明该过程是一个微生物反响,并且实验结果还标明,亚硝态氮是一个更为关键的电子受体。因而,能够把ANAMMOX完好的定义为,在厌氧条件下,微生物直接以氨氮作为电子供体,以亚硝态氮为电子受体,转化为Nz的微生物反响过程。

         

        ANAMMOX工艺主要采用流化床反响器,由于是在厌氧条件下直接应用氨氮作电子供体,无需供氧、无需外加有机碳源维持反硝化、无需额外投加酸碱中和试剂,故降低了能耗,节约了运转费用。同时还防止了因投加中和试剂有可能形成的二次污染问题。

         

        由于NH3-NNO2-N同时存在于反响器中,因而,ANAMMOX工艺与一个前置的硝化过程分离在一同是十分必要的,并且,硝化过程只需将局部的NH3-N氧化为NO2-N。据此,荷兰Delft技术大学开发了SHARON-ANAMMOX结合工艺,该结合工艺应用SHARON反响器的出水作为ANAMMOX反响器的进水,具有耗氧量少、污泥产量低、不需外加有机碳源等优点,有很好的应用前景,成为生物脱氮范畴内的一个研讨重点。

         

        4、全程自养脱氨氮(CANON)

         

        与其它工艺相比,全程自养脱氨氮系统的优点主要表如今:

         

        (1)不用外加有机碳源。因而,在处置低C/N比废水时能俭省大量能源;

         

        (2)对亚硝氮的供给没有请求,含有高氨氮的废水可直接进入反响器;

         

        (3)虽然该系统请求限氧,但不严厉请求厌氧,因而,在实践操作中,氧气的控制比拟容易。目前,全程自养脱氨氮系统的处置才能依然很低,对其机理也不非常明白,但污泥接种体比拟容易大量生长,接种的硝化污泥很容易在活性污泥中产生,这标明该系统可应用于工程理论。氧限制自养硝化反硝化(OLAND)工艺是全程自养脱氮的典型工艺。

         

        Kuai等人提出了OLAND工艺,该工艺的关键是在活性污泥反响器中控制溶解氧,使硝化过程仅停止到氨氮氧化为亚硝酸盐阶段,由于缺乏电子受体,由NH3-N氧化产生的NO2-N氧化未反响的NH3-N构成N2。该反响机理为由亚硝酸菌(Nitrosomonas)催化的NO2-的歧化反响。

         

        研讨标明,亚硝酸菌与硝酸细菌对氧的亲和力不同,亚硝酸菌氧饱和常数通常0.2~0.4mg/L,硝酸菌的为1.2-1.5mg/L,在低DO条件下,亚硝酸细菌与硝酸细菌的增长速率均降落,但是硝酸细菌的降落比亚硝酸细菌要快,招致亚硝酸细菌的增长速率超越硝酸细菌,使生物膜上的细菌以亚硝酸细菌为主体,呈现亚硝酸盐氮积聚。OLAND工艺就是应用这2类菌动力学特性的差别,以淘汰硝酸菌,使亚硝酸大量积聚。但迄今为止,还不分明这些微生物群体能否与正常的硝化菌有关联。

         

        OLAND工艺是在低DO浓度下完成维持亚硝酸积聚,但是活性污泥易崩溃和发作丝状收缩。因而,低DO对活性污泥的沉降性、污泥收缩等的影响仍有待进一步的研讨。

         


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