生物脱氮新技术

1生物脱氮新技术★废水物化脱氮技术1.空气吹脱法：利用废水中所含氨氮的实际浓度和平衡浓度之间存在的差异，在碱性条件下用空气吹脱，使废水中的氨氮不断地由液相转移到气相中，达到从废水中去除氨氮目的。2.折点氯化法：将氯气或次氯酸钠投入污水，将废水中的氨氮氧化成N2的化学脱氮工艺。可作单独工艺，也可对生物脱氮工艺的出水进行深度处理。出水可控制氨氮在0.1mg/L。3.选择性离子交换法：离子交换中固相交换剂和废水中NH4+间进行化学置换反应。设备简单、易于操作，效率高；离子交换剂用量大，需频繁再生。对废水预处理要求高，运行成本高。4.化学沉淀法：投加Mg2+和PO43+，使之与氨氮生成难溶复盐MgNH4PO4·6H2O沉淀物，从而达到脱氮目的。可以处理各种浓度的氨氮废水，特别是高浓度氨氮废水。5.化学中和法：浓度大于2%-3%的氨的碱性废水要先考虑回收利用，制成硫铵。不易回收的可与酸性水或废气（CO、CO2、SO2）中和，若中和后达不到要求，补加化学药剂再中和。6.乳化液膜分离法：含氨废水以选择透过液膜为分离介质，在液膜两侧通过被选择透过物质（NH3）浓度差和扩散传递为推动力，使透过物质（NH3）进入膜内，达到分离的目的。2第一部分★传统废水生物脱氮过程和原理一、废水的脱氮过程主要包括：1.有机氮通过氨化作用转变为氨氮；2.氨氮通过好氧硝化作用转变成硝态氮（NO2-，NO3-）；3.硝态氮通过厌氧反硝化作用转化为氮气。氨化作用有机氮通过酶和微生物的作用释放出氨氮的过程，成为氨化作用或氮素矿化。微生物：细菌、各种霉菌。硝化作用指微生物将NH4+氧化成NO2-，再进一步氧化成NO3-的过程。微生物：亚硝化菌：亚硝化单胞菌（Nitrosomonas），将NH4+氧化成NO2-；硝化菌：硝化杆菌（Nitrobacter），将NO2-氧化成NO3-。(自养型微生物）反硝化作用有机氮NH4+NO2-NO3-NO2-N2好氧或厌氧氨化作用硝化作用反硝化作用废水中的生物脱氮作用3将NO3-或NO2-还原成N2或N2O的过程。微生物：硝化菌（异养型微生物）二、影响因素⑴pH：通常把硝化段运行的pH控制在7.2-8.2，反硝化段pH控制在7.5-9.2。⑵温度：硝化反应适宜温度为30～35℃，在此范围反应速率随温度升高而加快。温度5℃时，硝化菌完全停止活动；在同时去除COD和硝化反应的体系中，温度15℃，硝化反应速率会迅速降低，对硝化菌的抑制就更加明显。反硝化反应适宜温度15～30℃,温度10℃，反硝化反应停止。温度30℃，反应速率开始下降。也有实验研究表明：温度对反硝化速率的影响大小，与反应设备的类型、负荷率的高低等都有直接关系。⑶溶解氧：硝化在有氧条件下进行，活性污泥中，DO≥2mg/L，一般在2-3mg/L；生物膜法≥3mg/L。当DO0.5-0.7mg/L,硝化过程受到抑制。反硝化在缺氧下进行，对于活性污泥系统，DO0.5mg/L；对于生物膜系统，DO1.5mg/L。⑷碳源：废水中所含有机碳源废水中的有机基质。一般，BOD5/TN≥3:1,可达到脱氮目的。最4经济。外加碳源BOD5/TN﹤3:1，需外投碳源，常用：甲醇内碳源活性污泥微生物死亡、自溶后释放出来的有机碳，也称二次性基质。⑸污泥龄:污泥龄必须大于自养型硝化菌的比生长速率。否则，污泥龄过短会导致硝化细菌的流失及硝化速率的降低。污泥龄一般控制在3-5d以上，最高可达10-15d。污泥龄较长可增加微生物的硝化能力，减轻有毒物质的抑制作用，但也会降低污泥的活性。⑹抑制物质:某些有机物和一些重金属、硫及其衍生物、游离氨等有毒有害物质在达到一定浓度时会抑制硝化反应的正常进行。而反硝化反应与硝化过程比较，抑制物质对反硝化影响相对较小。⑺循环比:内循环的取值与要求达到的处理效果以及反应器类型有关，适宜的循环比应通过试验或对运行数据的分析确定。有运行数据确证：内循环比50%，脱氮率很低；200%,脱氮率随循环比增高而显著上升；200%,脱氮率提高较为缓慢。5一般情况，对低氨氮浓度的废水，回流比在200%-300%较为经济，但对活性污泥系统取值可高达600%，而对于流化床，为使载体流化需更高的循环比。★传统硝化反硝化工艺1.活性污泥法脱氮传统工艺2.缺氧好氧脱氮工艺（A/O）3.Bardenpho工艺4.UCT工艺★传统生物脱氮工艺存在的问题1.硝化菌群增值速度慢，且硝化菌时代时间长，难以维持较高生物浓度，因此造成系统总水力停留时间较长、有机复合较低，增加基建投资运行费用。2.传统工艺中的反硝化过程需要一定量的有机物，而废水中的COD经过曝气后有一大部分被去除，因此反硝化是往往要另外加碳源，增加运行费用。3.为中和硝化过程中产生的酸度，需要加碱中和，增加处理成本；4.氨氮完全硝化需要大量的氧，使动力费用增加；5.抗冲击能力弱，高浓度氨氮和亚硝酸盐进水会抑制硝化菌的生长；6.系统为维持较高生物浓度和获得良好的脱氮效果，必须同时进行污泥回流和硝化液回流，增加了动力消耗及运行费用；7.运行控制相对较为复杂等。6第二部分★脱氮理论新认识亚硝化反应和硝化反应是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应，而参与作用的亚硝化菌和硝化菌因其世代周期、生长速率等的不同，可以互相分开；生物脱氮可经历以NO2-为电子受体的反硝化反应过程。硝化反应不仅由自养菌完成，某些异养菌业可以进行硝化作用；一些硝化细菌除了能进行正常的硝化作用外，还能进行反硝化作用；如Nitrosomonaseuropaea和Nitrosomonaseuropha等；反硝化不只在厌氧条件下进行，某些细菌也可以在好氧条件下进行反硝化，如Thiosphaerapantotropha等。在厌氧条件下，发现某些细菌在硝化反硝化反应中能利用NO3-和NO2-做为电子受体将NH4+氧化成N2和气态氮化物。★生物脱氮新技术●一、亚硝酸型硝化反硝化技术；●二、同时硝化反硝化技术；●三、厌氧氨氧化技术；●四、好氧反氨化技术；●五、电极生物膜反硝化技术这些技术弥补了传统硝化技术的缺陷，提高了脱氮效率，降低了废水脱氮成本，也填补了高浓度含氮废水没有直接脱氮技术的空白。7●一、亚硝酸型硝化反硝化脱氮技术1.原理：将硝化过程控制在HNO2阶段而终止，随后进行反硝化。2.特点：一方面：亚硝化菌世代周期比硝化菌世代周期短，污泥龄也短，将硝化反应控制在亚硝化阶段易提到微生物浓度和硝化反应速度，缩短硝化反应时间，从而可以减少硝化反应器容积，节省基建投资；另一方面：从亚硝化菌的生物氧化反应可以看出，控制在亚硝化阶段可节省将NO2-氧化成NO3-的氧量。此外从反硝化角度看，从NO3-还原到N2比从NO2-还原到N2需要的氢供体多。3.亚硝酸型硝化影响因素：控制硝化停止在HNO2阶段是实现亚硝酸型生物脱氮技术的关键，实现亚硝酸型硝化的关键在于将NH4+氧化控制在NO2-阶段，阻止NO2-的进一步氧化。因此如何持久地维持较高浓度NO2-的累积及影响NO2-累积的因素成为研究的重点和热点所在。溶解氧、游离氨、pH值、温度、有机质、污泥龄、有害物质4.亚硝酸型反硝化影响因素：有机碳源种类与浓度、pH值、亚硝酸氮浓度、溶解氧、温度、工艺条件5.亚硝酸型硝化的控制途径：1）.氨氧化菌的纯种分离与固定化技术2）.控制温度造成不同增长速率形成的分选途径；3）.游离氨抑制亚硝酸盐氧化菌增长的选择性抑制途径；84）.控制亚硝酸盐氧化菌基质，造成两类细菌增长速率不同的氧缺乏竞争途径。亚硝酸型硝化的控制途径对比方法原理优点缺点亚硝化菌培养亚硝化程度高过于昂贵，不实用温度控制分选途径较高温度下亚硝化菌占优势硝化程度好，已初步应用大量废水的升温经济上不允许游离氨抑制自由氨对硝化菌有抑制作用可以通过调节pH实现硝化菌可以逐渐适应低溶解氧抑制低溶解氧条件下亚硝化菌占优势容易控制亚硝化程度很难达到完全6.亚硝酸型硝化反硝化脱氮技术典型工艺介绍SHARON工艺OLAND工艺◆SHARON工艺—荷兰Delft技术大学开发的一种新型生物脱氮技术。1）原理：在同一个反应器内，先在有氧条件下，利用亚硝化菌将氨氮氧化成NO2-，然后在缺氧条件下，以有机物为电子供体，将亚硝酸盐反硝化，生成N2。92）工艺核心：应用了硝化菌和亚硝化菌的不同生长速率，即在高温（30-35℃）下，亚硝化菌的生长速率明显高于硝化菌的生长速率，控制水力停留时间HRT介于硝化菌和亚硝化菌最小停留时间之间，从而使亚硝化菌具有较高的浓度而硝化菌被自然淘汰，从而维持稳定的亚硝酸累积。3）工艺优点：1.硝化和反硝化在一个反应器内完成，简化了工艺流程；2.因为工艺污泥不停留，减少了反应器的体积和污泥处理费用；3.硝化产生的H+可以被随后进行的反硝化中和，减少了投加中和剂的费用；4.硝化阶段可以减少25%曝气量，反硝化可以减少40%；5.具有较高的反硝化率，反应时间短，反应器容积可减少30-40%；污泥产量减少，其后硝化过程可减少污泥33-35%左右，反硝化过程可少产污泥55%左右。4）存在问题：反应若不彻底，NO2-”三致“物质。与芳香胺反应生成其它亚硝化副产物，更有害。对大多数废水，尤其在冬季和低温的北方，不易实现。◆OLAND工艺—氧限制自养硝化反硝化工艺OLAND由比利时Gent微生物生态实验室开发。1）原理：工艺由两过程组成：10第一是在限氧条件下，将废水中的NH4+氧化为NO2-；第二是在厌氧条件下，上一过程中生成的NO2-与剩余的部分NH4+发生ANAMMOX反应，以达到脱氮效果。2）工艺关键：控制溶解氧。由限氧部分硝化作用和厌氧氨氧化作用两部分组成。3）优点：1.大大减少了硝化过程氧气的需要量；2.工艺系统中起作用的耗氧氨氧化菌（主要是亚硝化单胞菌和硝化杆菌）和厌氧子氧菌在限氧条件下，生长都非常缓慢，产生的生物量很少，所以产生污泥少。降低运行成本。4）缺点：1.在低氧条件下实现，对于悬浮系统活性污泥易解体和发生丝状膨胀。2.微生物生长缓慢，使工艺启动时间长。●二、同时硝化反硝化脱氮技术硝化和反硝化反应发生在同样的处理条件及同一处理空间。为在同一反应器内同时实现硝化、反硝化和除碳提供了可能。机理主要有：宏观环境理论、缺氧微观环境理论、微生物理论。1.宏观环境理论：反应器内混合形态不均匀，如充氧装置不同，形成缺氧或厌氧段，此为反应器的大环境，即宏观环境。2.微观环境理论：活性污泥菌胶团内部和生物膜内部存在多种微环境11（厌氧），氧梯度存在。由于缺氧微环境的形成有赖于系统中DO浓度以及微生物絮体结构特征，因此控制DO浓度及微生物的絮体结构（污泥颗粒大小及密实度）对能否进行耗氧条件下反硝化及其发生的程度至关重要。3.微生物理论：好氧反硝化菌的分离。技术特点：1.硝化过程中碱度被消耗，但在同时反硝化过程中亦会产生碱度，由此能有效地保持反应器中pH稳定，且无需添加外碳源，考虑到硝化菌最适宜pH很窄，仅为7.5-8.6，因此此点很重要。2.反硝化和硝化反应同时进行，对连续运行的同时硝化反硝化工艺污水处理厂，可省去缺氧池的费用，或至少减少其容积。对仅有一个反应池的序批式反应器来讲，同时硝化反硝化能降低实现完全硝化、反硝化所需的时间。3.实现亚硝酸型硝化反硝化途径可避免NO2--N氧化成NO3--N及NO3--N再还原成NO2--N这两个多余反应，从而在好氧段可节省约25%的O2，缺氧段可减少40%的有机碳，反硝化速率提高63%。●三、厌氧氨氧化技术1.原理及优点：指在厌氧或缺氧条件下，微生物直接以NH4+作为电子供体，以NO3-或NO2-作为电子受体，将NH4+、NO3-或NO2-转变成N2的生物氧化过程。在此过程中，NH4+的氧化无需分子态氧的参与，而NO2-的还原也无需12有机物的参与。厌氧氨氧化技术是目前已知的最经济的生物脱氮途径，与传统的硝化反硝化技术相比具有需氧量低、运行费用低和不需外加碳源等优点。2.技术特点：1.由于氨直接用作反硝化反应的电子供体，可免去外源有机物（如甲醇），既可节约运行成本，又可防止二次污染。2.硝化反应每氧化1mo