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亚硝酸型生物脱氮技术_施永生

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文档简介:

亚硝酸型生物脱氮技术施永生提要探讨了亚硝酸型生物脱氮技术的原理、特点及实现亚硝酸型生物脱氮的途径,并结合典型工艺讨论了亚硝酸型生物脱氮控制中存在的问题及今后着重研究的方向。关键词亚硝酸型硝化生物脱氮氨氮亚硝酸硝酸硝化反硝化0引言生活污水及某些工业废水中都含有一定的氮,特别是某些工业废水,如煤加压气化废水、焦化废水、氮肥废水等。大量的氮排入水体后易造成水体富营养化。由于常规活性污泥法是以除碳为目的,通过微生物同化去除生活污水中的氮量很少,通常只有10%~13%。因此,对生活污水和含氮的工业废水,采用常规的活性污泥法处理,出水中仍含有大量的氮和磷。这就促使人们对常规活性污泥工艺流程进行改造,以提高氮、磷的去除率。最具有代表性的就是A/O法、A2/O法等工艺,这些工艺在废水除磷脱氮方面起到了一定的作用,但仍然存在着许多问题,如硝化菌群增殖速度慢,且硝化菌世代长,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,有机负荷较低,增加了基建投资和运行费用。另外,为中和硝化过程产生的酸度,需要加碱中和,增加了处理费;氨氮完全硝化,需要大量的氧,使动力费用增加等。最近的一些研究表明,生物脱氮过程中出现了一些超出人们传统认识的新现象,这些现象的发现为水处理工作者设计处理工艺提供了新的理论和思路,其中亚硝酸型生物脱氮技术颇受重视,具有较高的应用价值。1亚硝酸型生物脱氮原理长期以来,无论是在废水生物脱氮理论上还是在工程实践中,都一直认为要实现废水生物脱氮就必须使NH3-N经历典型的硝化和反硝化过程才能完全被除去。传统生物脱氮之所以要将氨氮完全氧化成硝酸后再进行反硝化,主要基于以下几个方面原因:①如果硝化不完全,形成的亚硝化产物HNO2是“三致”物质,对受纳水体和人是不安全的,所以尽量避免出现HNO2;②HNO2具有一定耗氧性,影响出水COD和受纳水体DO;③氨在自然生物氧化过程中,NH3-N※NO-2-N,可释放242.8~351.7kJ/mol的能量,亚硝酸菌从中获取5%~14%能量;氧化NO-2-N※NO-3-N释放能量为64.5~87.5kJ/mol,硝酸菌可利用其中5%~10%,硝酸菌氧化NO-2的量必须达到亚硝酸菌氧化NH3-N量的4~5倍,因而在稳态下,一般不会有HNO2积累,氨会被氧化成硝酸;④亚硝酸菌和硝酸菌是两类独立细菌,但在开放体系中,这两类菌普遍存在,并生活在一起,彼此有利,因此难以单独存在;⑤氨氧化为亚硝酸的速率较亚硝酸氧化为硝酸速率快,在NH3-N※NO-3-N中,亚硝酸的形成是限速步骤,所以通常硝化产物为硝酸,亚硝酸浓度很低。实际上从氮的微生物转化过程来看,氨被氧化成硝酸是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应,应该可以分开。这两类细菌的特征也有明显的差异。对于反硝化菌,无论是NO-2-N还是NO-3-N均可以作为最终受氢体,因而整个生物脱氮过程可以通过NH3-N※NO-2-N※N2这样的途径完成。所谓亚硝酸型生物脱氮就是将硝化过程控制在HNO2阶段而终止,随后进行反硝化。亚硝酸菌世代周期比硝酸菌世代周期短,泥龄也短,控制在亚硝酸型阶段易提高微生物浓度和硝化反应速度,缩短硝化反应时间,从而可以减小反应器容积,节省基建投资。另一方面,从亚硝酸菌的生物氧化反应可以看到,控制在亚硝酸型阶段可节省氧化NO-2-N为NO-3-N的氧量[1]。此外,从反硝化的角度来看,从NO-3-N还原到N2比从NO-2-N还原到N2需要的氢供体多[1]。因此,亚硝酸型生物脱氮的技术与传统的生物脱氮技术相比具有以下特点。给水排水Vol.26No.11200021DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2000.11.007(1)在NH3-N※NO-2-N※NO-3-N的一连串的硝化反应中,限制因子是亚硝化单胞菌属增长速度,而且为了维持亚硝酸型的硝化方式所需要的pH值范围大致是7.8~8.8。在这一范围内,亚硝化单胞菌属的增长速度较维持硝酸化方式所必须的pH值6.8~7.8范围内的增长速度大。为完成硝化作用所需要的极限污泥负荷范围也大。(2)对流入硝化反应器的NH3-N进行生物氧化时,把NH3-N氧化到NO-2-N为止,较氧化成NO-3-N为止更能节省能源。(3)亚硝酸型脱氮方式中,在脱氮反应初期便存在着来自NO-2-N的阻碍作用的一段停滞期,但尽管包括这个停滞期在内,NO-2-N的还原速度仍然较NO-3-N的还原速度大。(4)在亚硝酸型脱氮方式中,作为脱氮菌所必须的氢供体,即有机碳源的需要量较硝酸型脱氮减少50%左右。2实现亚硝酸型生物脱氮的途径控制硝化停止在HNO2阶段是实现亚硝酸型生物脱氮技术的关键,硝化反应的控制在一定程度上取决于对两种硝化细菌的控制,亚硝酸细菌和硝酸细菌在生理机制及动力学特征上存在固有的差异,导致某些影响

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