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1、新型生物脫氮工藝摘 要:本論文介紹幾種新型的生物化脫氮工藝,其中有新型脫氮工藝: 短程硝化反硝化, 同時硝化反硝化, 厭氧氨氧化, 固定化微生物脫氮技術工藝等幾種。關鍵字:生物脫氮工藝 短程硝化反硝化 同時硝化反硝化 厭氧氨氧化1.短程硝化反硝化短程硝化反硝化生物脫氮(shortcut nitrification denitrification)是由荷蘭Delft技術大學開發(fā)出來的脫氮新工藝1-3。其基本原理是將NH3-N氧化控制在亞硝化階段,然后進行反硝化。反應方程式可表示為: (2-15) (2-16)短程硝化反硝化的生物脫氮途徑與傳統(tǒng)硝化反硝化相比,在處理高濃度有機氮廢水中具有潛在的優(yōu)勢
2、:短程硝化反硝化生物脫氮比傳統(tǒng)硝化反硝化生物脫氮節(jié)省了25%的耗氧量;在反硝化過程中是以有機碳源作為電子供體,短程硝化反硝化僅需傳統(tǒng)硝化反硝化60%的有機碳源,節(jié)省了40%的碳源。理論上計算,傳統(tǒng)硝化反硝化C/N為2.86:1,短程硝化反硝化C/N為1.71:1,即較低的C/N下就可以實現(xiàn)短程硝化反硝化反應;縮短了反應歷程,提高了脫氮效率。在好氧過程中短程硝化反硝化生物脫氮比傳統(tǒng)硝化反硝化生物脫氮減少了由NO2-N氧化為NO3-N的過程,縮短了總的反應歷程。另外,在短程硝化反硝化過程中由于省去了由NO3-N到NO2-N這一轉(zhuǎn)化過程,反硝化碳源不再為硝酸鹽還原菌優(yōu)先利用,也不存在硝酸鹽還原酶對亞
3、硝酸鹽還原酶的競爭性抑制,加速了脫氮效率。2.同時硝化反硝化同時硝化反硝化(simulataneous nitrification denitrification)工藝,簡單地說,是在同一個反應器中同時實現(xiàn)硝化和反硝化。Munch.Elisabeth V等研究了SBR法中的同時硝化反硝化現(xiàn)象4。G.Bertanza運用延時曝氣法對廢水處理過程中的同時硝化反硝化現(xiàn)象進行了三年的研究5。試驗結果表明:處理系統(tǒng)中的氧化還原電位在120180mv范圍內(nèi)(此時DO濃度均在1.5mg/L以下)同時硝化反硝化的處理效果最好,總氮去除率可達到60%70%。根據(jù)以上可知,同時硝化反硝化現(xiàn)象確實存在于多種廢水處理
4、工藝中。目前大多數(shù)學者認為其機理的探討主要從微環(huán)境理論、微生物學和生物化學的角度來研究:從微環(huán)境角度來看,由于微生物個體形態(tài)非常微小,一般屬m級,影響生物的生存環(huán)境也是微小的。由于微生物種群結構、基質(zhì)分布、代謝活動和生物化學反應的不均勻性,以及物質(zhì)傳遞的變化等因素的相互作用,在活性污泥菌膠團和生物膜內(nèi)部會存在多種多樣的微環(huán)境類型。即使在好氧性微環(huán)境占主導地位的活性污泥系統(tǒng)中,也常常同時存在少量的微氧、缺氧、厭氧等狀態(tài)的微環(huán)境。從生物學和生物化學角度來看,主要有兩種觀點存在:一種是Lloyd等及Robertson和Kuennen提出的好氧反硝化的概念,認為好氧反硝化菌和好氧反硝化酶系的存在導致了
5、這種現(xiàn)象。目前已知的好氧反硝化菌有Pseudoonas、Spp、Alcaligensfaecalis、Thiosphaera、Pantotropha等6,這些菌種為好氧反硝化的解釋提供了生物學依據(jù)。另一種是Bock等提出的好氧反氨化的概念,即在有氧氣限制的情況下,NH3-N直接轉(zhuǎn)化為氮氣。同時硝化反硝化有以下優(yōu)點7:硝化過程中消耗堿度,反硝化過程中產(chǎn)生堿度,這樣同時硝化反硝化能有效地保持反應器中pH值穩(wěn)定,而且無需添加外碳源,考慮到硝化菌最適pH值范圍很窄,僅為7.158.16,因此這一點是很重要的。同時硝化反硝化意味著在同一反應器、相同的操作條件下,硝化和反硝化應能同時進行。如果能夠保證在好
6、氧池中一定效率的反硝化與硝化反應同時進行,那么對于連續(xù)運行的同時硝化反硝化工藝污水處理廠,可以省去缺氧池的費用,或至少減少反應池容積。對于僅由一個反應池組成的序批式反應器來講,同時硝化反硝化能夠降低實現(xiàn)完全硝化反硝化所需的時間。同時硝化反硝化系統(tǒng)提供了今后降低投資并簡化生物脫氮技術的可能性。然而,對于同時硝化反硝化的機理還缺乏深入的認識與了解,要使該項技術實用化還有大量研究工作有待完成。3.厭氧氨氧化1990年,荷蘭Delft技術大學Kluyver生物技術實驗室開發(fā)了ANAMMOX工藝。該工藝的特點是:在厭氧的條件下,以NO3為電子受體,將NH3-N轉(zhuǎn)化為氮氣。最近研究表明NO3是一個關鍵的電
7、子受體。由于這類細菌是自養(yǎng)菌,因此不需要添加有機物來維持反硝化。試驗研究發(fā)現(xiàn):厭氧反應器中NH3-N濃度的降低與NO3的去除存在一定的比例關系8。發(fā)生的反應可假定為: (2-17)G=-297KJ/molNH4+最近研究表明,NO2也可以作為電子受體進行如下反應: (2-18)G=-358KJ/molNH4+根據(jù)化學熱力學理論,上述反應的G0,說明反應可自發(fā)進行的。厭氧氨氧化過程的總反應是一個產(chǎn)生能量的反應,從理論上講,可以提供能量供微生物生長。因此,可以假定厭氧反應器中存在微生物,它可以利用NH3-N作為電子供體還原NO3-N,或者說它可以利用NO3-N作為電子受體來氧化NH3-N。從方程式
8、2-17和2-18可以知道,該工藝不需要氧氣和外加碳源,處理低C/N的高濃度NH3-N廢水很有前景的。4.固定化微生物脫氮技術 固定化微生物技術是指通過化學或物理的方法將游離的細胞或微生物加以固定,使之成為不溶于水但仍具有高的生物活性固定生長體的一項新技術9。固定化微生物技術是20世紀60年代直接從固定化酶技術發(fā)展起來的一項新技術,最初主要用于工業(yè)微生物的發(fā)酵,70年代后期由于水污染問題的日益嚴重,迫切要求開發(fā)高效的廢水處理新技術,于是人們開始考慮將固定化微生物技術引入廢水處理領域。該技術可將篩選的優(yōu)勢菌種或微生物加以固定,從而構成一個高效的廢水處理系統(tǒng),與傳統(tǒng)的懸浮生物處理法相比較具有處理效
9、率高、穩(wěn)定性強、產(chǎn)泥量少、無污泥膨脹、固液分離效果好、裝置容積小等優(yōu)點,在廢水處理,尤其是特種工業(yè)廢水處理領域中顯示出廣闊的應用前景。固定化微生物脫氮技術就是利用固定化微生物技術的特點,將硝化菌和反硝化菌固定在一起,以保證反應器的菌體濃度和脫氮性能,成為近10多年來生物脫氮領域研究的熱點之一。國內(nèi)外學者對硝化菌和反硝化菌單獨固定及固定化細胞的脫氮性能作了詳細的研究,在日本已有將固定化硝化菌用于廢水處理能力11300m3/d的工業(yè)裝置10。參考文獻1 Jetten M S M et al,Towards a more sustainable municipal wastewater treatm
10、ent systemJ. Wat Sci Tech,1997,35(9):171-180.2 W Verstraete,S Philips.Nitrification-denitrification processes and technologies in new contextsJ,Environmental pollution,1998,10(2):717-726;3 馮葉成,王建龍,錢易,生物脫氮新工藝研究進展J,微生物學通報, 2001,28(4): 88-91;4 Munch ,Elisabeth V, Simultaneous nitrification and denitrif
11、ication in bench-scale sequencing batch reactorsJ, Water Research,1996,30(2):227-284;5 G.Bertanza,Simultaneous nitrification-denitrifiction technique in extended aeration plants:pilot and real scale experiencesJ, Water Science and Technology, 1997, 35(6):53-61;6 Robertson LA,Van Niel EWJ,Torremams,Rob AM,Kuenen JG,Simultanseous nitrification and denitrification in aerobic chemostat of Thiosphaera pantotrophaJ,Appl Environ Nicrobiol, 1988, 54(1):12-18,28;7 李叢娜,呂錫武,稻森悠平,,同步硝化反硝化脫氮研究J, 給水排水, 2001,27(1):22-25;8 白莉,楊云龍,生物脫氮新技術J,科技研討,2003,13(7):101-102;9 楊麒了,李小明,曾光明,謝珊,劉精今,固定化微生物脫氮技術J,
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