污水新型生物脱氮技术研究综述

污水新型生物脱氮技术研究综述

污水新型生物脱氮技术研究综述

2016年12月

污水新型生物脱氮技术研究综述

佘健彭聃(中南安全环境技术研究院有限公司,湖北武汉430051)

摘要:随着我国经济社会的快速发展,造成城市水污染情

况日益加剧。人们的饮水、生态环境需水量等问题随之不断地

加重。其中氮元素的污染问题的严重性,使污水脱氮研究成为

研究重点。本文主要简述了污水生物脱氮处理的一些新型技

术方法及其特性。结合新型污水生物脱氮技术的现状讨论其

发展前景。

关键词:城市污水;生物脱氮;短程硝化;厌氧氨氧化

近年来城市污水的排放严重的影响了城市的绿色发展,每

年城市的污水排放量都不断的上升。各级城市的污水处理设

施正在建设中,污水处理的压力不断增加,各方面都面临着巨

大的挑战。氮素的污染是城市污水污染的主要构成部分。污

水中的氮元素的污染主要来源是城市居民产生的生活污水,工

厂产生的工业废水和农业生产产生的污水。有报道称,氮素循

环中所产生的中间产物如果不及时去除,积累后也会对人类健

康和生态环境造成不良影响。污水生物脱氮已经得到了人们

的关注,但是如何高效脱氮,依然是现在城市污水处理所面临

的巨大的挑战。

1传统生物脱氮原理及存在问题

传统的生物脱氮技术到目前为止已经发展了近百年,已经

成熟的在国内外得到应用。对于传统的生物脱氮,现在人们已

经开发出了多种工艺形式,这些工艺主要有:A/O、SBR、氧化

沟、Bardenpho与UCT等。这些工艺技术在实际的应用中很广

泛。传统的生物脱氮工艺根据其主要的反应过程把它叫做全

程硝化反硝化工艺。其中NH4+→NO2-→NO3-为硝化过程,这一

过程起作用的细菌为硝化细菌;而反硝化过程则是NO3-→

NO2-→N2,这一过程起作用的细菌为反硝化菌。反硝化细菌为

异养型厌氧菌,反硝化细菌的生长需要有机物提供电子供体及

能源。由于两种细菌对环境要求的不同,一般硝化和反硝化在

时间和空间上相对独立,这也使传统硝化反硝化在生物脱氮技

术上存在一些问题和不足:

1.1硝化过程中的曝气需要耗损很多的氧气,能耗大;

1.2运行过程中需要内、外回流,使运行成本与费用提高;

1.3处理设施的基建投资与能耗高;

1.4实现污水的完全脱氮的效果,反硝化过程需要投加碳

源。有研究认为,该阶段要想顺利进行,只有当C/N>4时。

2短程硝化-反硝化工艺

2.1短程硝化-反硝化工艺的原理

Voet在1975年发现反应过程有HNO2积累,随后创造性的

提出了短程硝化反硝化,这是一种生物脱氮的新型工艺技术。

脱氮过程中氨被氧化成能NO2-和NO3-,这种氧化过程是两个反

应过程,理论上就是可以分开进行的。研究发现,NH4-→NO2-起

主要作用的是氨氧化菌(AOB),NO2-→NO3-过程起主要作用的

是亚硝酸盐氧化菌(NOB)。同时研究还发现反硝化菌的受体

可以是NO2-或NO3-。这样让两个反应分开就存在了可能性,其

脱氮反应过程简化为:NH4+→HNO2→N2。荷兰代尔夫特工业大

学的Mulder和Kempen于1997年提出并成功的开发了Sharon工

艺。Sharon工艺是通过调控反应器内部的环境条件,如DO、温

度和pH等有助于AOB生长速率大于NOB,这样便能够富集

AOB,又能够达到淘汰NOB的目的,将氨氧化反应产物控制为

亚硝酸盐。

2.2短程硝化-反硝化的特点及应用

该工艺的特点就是尽量的把硝化阶段尽量有效的控制在

亚硝化阶段,脱氮过程能够尽可能的遵循NH4+→NO2-→N2路径

进行。

要想使反应控制在亚硝化阶段,反应器中就要有足够的

AOB,也就是说要创造适合AOB生活的条件,并且要抑制NOB

的生长。废水处理系统是一个复杂的系统,AOB和NOB在生物

反应系统中存在着工程关系,而且这种现象非常的普遍。控制

反应器的中的一些关键的因素,能够让AOB的生长占优势。这

些关键的因素有:温度,pH,DO,进水的水质,HRT及游离的氨

等。利用Sharon工艺的原理,两座规模较大的污水处理厂已经

在荷兰建成了。但是Sharon工艺在运行中存在一些问题,反应

器运行的最适宜温度是(30-40℃),一般废水的水温为20℃或

者是更低的温度。这就限制了Sharon工艺的应用范围。

3短程硝化-厌氧氨氧化工艺

3.1厌氧氨氧化工艺原理

近年来厌氧氨氧化工艺(Anammox)在生物脱氮方面的优势

逐渐引起重视。它是由荷兰代尔夫特工业大学的Mulder和

Van de Graaf等于1995年提出的。Anammox工艺的原理是废水

中的厌氧氨氧化菌(AAOB)在厌氧的条件下,以NO2-为反应的

电子受体和以NH4+为电子供体。两者反应最终生成N2实现脱

氮的反应过程。其反应过程可表示为:NH4++NO2-→N2+2H2O

AAOB为严格自养型厌氧的细菌,研究发现对厌氧氨氧化

起主要作用的因素有基质浓度(厌氧氨氧化反应最重要的反应

基质是NH4+和NO2-)、温度(AAOB的活性在37℃最高)、pH(pH为

8.3时反应的活性最高)、DO浓度及有机物等因素。

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