废水生物脱氮新工艺研究进展_朱霞

·水·暖·电·气·文章编号:1009-6825(2008)02-0185-02废水生物脱氮新工艺研究进展收稿日期:2007-08-31作者简介:朱霞(1981-),女,北京交通大学土木建筑学院环境工程系硕士研究生,北京100044赵宗升(1959-),男,硕士生导师,教授,北京交通大学土木建筑学院环境工程系,北京100044朱霞赵宗升摘要:对生物脱氮新工艺进行了较全面的综述,分析了影响NO2-N积累的主要因素为游离氨、pH值、温度、溶解氧、污泥龄和有害物质,主要介绍了短程硝化反硝化、厌氧氨氧化和CANON等生物脱氮新工艺的微生物学原理,研究应用现状、发展前景以及存在的问题。关键词:生物脱氮,新工艺,短程硝化,厌氧氨氧化,Sharon中图分类号:TU992.3文献标识码:A近年来水体富营养污染事件频繁爆发,破坏了水体原有的生态平衡,严重污染了周围环境。前段时间的太湖蓝藻爆发,就是由于水体中氮、磷含量严重超标造成的水体富营养化导致全城饮用水危机,废水生物脱氮技术再一次成为了水污染治理的焦点问题。目前国内外研究的热点主要集中在如何改进传统的硝化/反硝化工艺,提出了适合低碳高氨氮废水生物脱氮的新工艺。1生物脱氮原理1.1传统生物脱氮工艺传统生物硝化过程是亚硝化菌和硝化菌两类自养型细菌将氨氮转化成为NO-2-N和NO-3-N的生化反应过程。反硝化通常是将NO-2-N和NO-3-N在无氧或低氧条件下被异养型兼性反硝化菌还原成分子态氮的生化反应过程。传统脱氮过程经历了一个形成无用硝酸根的过程,该过程增加硝化曝气量和反硝化有机物的投加量,同时使反应过程及反应容器复杂化。在传统脱氮过程中,亚硝酸根作为硝化反硝化过程的中间产物,其质量分数一般低于5%。1.2新型生物脱氮工艺新型生物脱氮工艺主要是短程硝化脱氮,以及在此基础上发展起来的其他新型生物脱氮工艺。早在1975年,Voets等提出了短程硝化反硝化的概念[1]。科学家至今尚未发现有一种细菌能直接把NH4+转化为硝酸根,同时硝酸菌和亚硝酸菌在对环境因素的敏感性和动力学参数上存在差异,因此硝化的两个步骤可以分离;亚硝酸根和硝酸根都可作为反硝化的基质,使NH4+※NO-2※N2型的短程硝化反硝化成为可能。短程硝化的标志是持续稳定的亚硝酸根的累积,要求硝化产物中NO-2/(NO-3+NO-2)值至少大于0.5。2新型生物脱氮技术工艺运行参数2.1游离氨浓度(FA)研究表明[3],FA对硝化菌和亚硝化菌都有抑制作用。An-thonisen等人研究认为游离NH3浓度在0.1mg/L～1.0mg/L时就会抑制硝酸菌活性,而当浓度达到10mg/L～150mg/L时才会抑制亚硝酸菌活性[4]。当游离氮的浓度高于硝酸菌的抑制浓度,而低于亚硝酸菌的抑制浓度时,则亚硝酸菌能够正常增殖和氧化,而硝酸菌被抑制,此时就会发生亚硝酸的积累。2.2pHpH值影响短程硝化过程。亚硝酸细菌与硝酸细菌生长所需的最适pH不同,亚硝酸细菌的适宜pH范围为7.0～8.5,硝酸细菌为6.0～7.5。Hellinga等人通过试验研究了亚硝酸细菌和硝酸细菌的生长速率对pH的依赖性,研究表明在较高的pH范围内,亚硝酸菌的生长速率要高于硝酸菌的生长速率,有利于形成亚硝酸氮累计。通过实验认为,将反应器中的pH控制在7.5～8.5,有利于亚硝酸盐的积累。2.3DO硝化菌都是好氧自养菌,然而亚硝酸菌和硝酸菌对DO的亲和力存在差异。Laanbroek等人的研究表明,亚硝酸细菌对氧的饱和常数为0.2mg/L～0.4mg/L,硝酸细菌对氧的饱和常数为1.2mg/L～1.5mg/L。Ruiza研究表明,当溶解氧浓度在2.7mg/L～5.7mg/L时,对硝化过程中NO2-N积累没有影响;当溶解氧浓度在0.7mg/L～1.4mg/L时,NO2-N积累会随着氨的氧化显著增加。所以在较低的溶解氧下,有助于实现硝化过程中NO2-N的积累。2.4温度亚硝化菌最佳生长温度为35℃,硝化菌的最佳生长温度为20℃～30℃。通常情况下15℃～30℃范围内硝化过程形成的亚硝酸可完全被氧化成硝酸。温度超过30℃又出现NO2-N积累。在较高温度下控制污泥龄以淘汰世代较长的硝化菌,但并非温度越高越好,温度超过40℃反应速率会降低。2.5污泥龄亚硝酸菌的世代周期短于硝酸菌的世代周期,因此可以在中高温和较高的pH下通过调节污泥龄,使之介于硝酸菌和亚硝酸菌最小污泥龄之间,就可逐步将硝酸菌从系统中淘汰。2.6毒性物质很多有机、无机化合物和金属对硝酸菌都有抑制作用,例如溶剂类化学品、胺类、蛋白质、单宁酸、酚类化合物、醇类、氰酸盐、醚类、氨基甲酸盐及苯,金属有Zn,Cu,Hg,Cr,Ni,Co,Cd和Pb等。反硝化菌对有毒物质的敏感性比硝酸菌低得多,与一般好氧异氧菌相同。3新型生物脱氮工艺3.1Sha