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浅谈废水生物法脱氮短程硝化进程

发布时间:2021-12-29 09:36:20 浏览:245次

污水总氮值主要采用生物法脱氮,德国专家小组创造性地提出了短程硝化反硝化技术,并在国内有一定程度的推广应用。本发明可缩短金属废水废渣回收中细菌的生长,缩短反应时间,也可缩短反应面积,降低硝化加气次数及反硝化有机物用量,降低操作成本。

一.短程硝化机制。

污水生物脱氮,通常通过硝化和反硝化两个过程来完成,硝化过程可分为氨氧化和亚硝酸盐氧化。两者分别由氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)单独完成。首先,在AOB的作用下,氨氮NH4+-N被氧化成亚硝态氮;下阶段则是在NO2SON的作用下,在NO2SO2SON氧化成硝态氮。因为硝化反应是两种具有不同生理特征的细菌独立催化反应,因此需要通过适当的控制条件来实现,可在NO2--N阶段控制硝化反应,防止NO2SON的进一步氧化,然后直接脱硝,因此,短程硝化反硝化的机理是如此。

二.短程硝化的优点。

1.由于硝化反硝化速度快,反应时间短。

2.由于氨氧化细菌(AOB)的生长周期小于亚硝酸盐氧化菌(NOB),因此污泥龄短,反应器中的微生物浓度增加。

3.硝化反应器的体积可降低百分之8,反硝化反应器的体积可减少百分之33,从而节约建筑成本。

4.硝化工艺可节省约百分之25的氧气供应,而反硝化过程可节省约百分之40的附加碳源(以甲醇计),因此可以节约运行费用。

5.硝化工艺产泥量减少百分之24一百分之33,反硝化工艺可使产泥量减少百分之50,从而显著降低污泥的处理和处置成本。

三、短程硝化工艺的影响因素研究

微生物脱氮剂的硝化过程是通过AOB和NOB共同完成的,AOB的真基质是水溶液中的游离氨,而NOB的真基质是在水溶液中的游离亚硝酸,AOB和NOB的生长也受温度.pH.DO抑止物等因子的影响。

1.温度。

温度为4~45℃时,可同时进行氨氧化菌和硝化菌。当温度为12~14℃时,这一温度会严重抑止活性污泥中硝化菌的活动,并产生NHO2-积累;15~30℃时,硝化过程产生NO2-完全氧化为NO3-;超过30℃时,硝化过程中产生NO2-完全氧化。高低温条件下,细菌可以很好地积累亚硝酸盐。

试验证明,低温也可以实现短程硝化。当温度较低时,亚硝酸盐氧化菌对氨氮的利用率高于硝化细菌利用NO2-N的能力,导致NO_2—积累。因此,短程硝化反应器需要在高温季节启动,缓慢冷却,使AOB逐渐适应低温环境,确保氨氧化效果,在适当条件下实现短程硝化,同时通过实时控制稳定和优化污泥种群结构,从而保持低温条件下的短程硝化。要解决实际应用低温的问题,还需寻找一种适合于北方低温的氨氧化菌。

2.DO浓度。

通过控制短程硝化DO,是将该技术应用到实际生产中比较理想的方法。由于控制好曝气量、曝气频率和曝气方式等因素,可以较好地实现短程硝化,成为今后实际工程的控制参数。

当DO浓度低于0.5mg/L时,生物膜反应器可使水中亚硝酸氮含量达到百分之90以上。

通过间歇曝气、阶段曝气等方法,改变曝气方式和曝气频率也可以实现短程硝化。共同之处在于,反应器内DO值随周期上升而呈周期性下降趋势,表明反应器在一段时间内处于无氧状态。

DO浓度是影响AOB和NOB生长的主要因素之一,而AOB和NOB的氧饱和系数分别为0.3和1.1mg/L。结果表明,AOB的亲合作用比NOB强,而NOB活性在低DO浓度时明显降低,导致AOB生长率高于NOB;尽管较低的DO浓度会降低微生物的代谢活性,但是,硝化过程中氨氧化作用不受明显影响,导致NO_2―N大量累积。

3.影响FA和FNA。

试验表明,FA对NOB和AOB的抑止浓度分别为0.1~1.1mg/L和10~15mg/L。但近期的研究发现,当FA浓度达到6mg/L时,可以完全抑止NOB的生长;FNA对NOB生长的完全抑止浓度为0.02mg/L,0.4mg/L。通过FA和FNA的选择抑止作用,可使NOB被抑止,AOB不受抑止,从而将硝化控制在亚硝化阶段;NOB对FA的抑止有较好的适应性,长时间运转时,反应器长时间运转的短程硝化会被破坏。国内外有关研究人员提出用FA和FNA来实现稳定的短程硝化工艺,也就是,在反应器启动初期,利用废水中较高的FA浓度来抑止NOB后,由于NO2―N大量累积,pH值越低,FNA浓度越高,在此基础上,利用反应器前期高浓度FA与后期高浓度FNA可以共同维持短程硝化过程。

4.酸碱度。

因为硝酸菌和亚硝酸菌适合生长的pH范围不同,可以通过控制pH值来实现短程硝化。在7.0~8.5范围内,亚硝酸菌适宜PH值为6.0~7.5,硝酸菌适宜。如果pH值在7.5~8.5之间,就能很好地抑止硝酸菌,实现亚硝酸积累。

PH值虽在实际中易于控制,但也有其不足之处。其不足之处是需要对PH进行实时监测,并与之配套的药剂自动加注设备和搅拌设备,而且药费还增加了反应器运行费用,这些在一定程度上抵消了短程硝化本身的优点。

5.SRT。

控制SRT不能实现亚硝酸的积聚,而SRT则是反应器中短程硝化稳定运行的重要控制参数。含泥量控制过低,会造成硝酸细菌和亚硝酸菌流失,使反应器处理能力下降;泥龄过高会增加硝酸菌数量,在低负荷时易发生全过程硝化。合理的SRT值是实现短程硝化过程稳定的关键参数。

6.抑止剂。

应抑止硝化反应的物质包括:质量浓度过高的氨气、重金属、有毒有害物质和有机物。金属元素对硝化反应如AgHg.Cr.Zn等均表现出强烈的抑止作用;在pH由高到低时,毒性由弱变强.重金属如Ag.Hg.Cr.Zn等重金属对硝化反应的抑止程度不同。由于催化硝化反应的酶含有CuI一CuII电子对,只要与酶体中的蛋白质竞争Cu,或者直接嵌入酶结构,就会产生对硝化菌的抑止作用,这是由于某些有机化合物如苯胺、邻甲酚、苯酚等对硝化细菌有毒害作用。这种有机物质对硝化细菌的抑止作用要大于亚硝化细菌,因此对含有这种物质的污水生物脱氮将产生亚硝酸盐积累。

生化脱氮过程受温度.DO浓度.FA.pH.SRT.抑止剂6个因素的影响。

四、实际操作中存在的问题及对策。

我国已有多项工程在实际运行中对总氮除氨效果很好,但是污泥沉降性能却很差,淤泥是很难聚集的,多呈沙状,上清液中微细悬浮物较多,长此以往,活性污泥浓度下降明显,从而降低了反应区污泥负荷,从而影响了总氮和COD的去除效果。


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