污水处理技术工艺

国内外主流污水处理生物脱氮技术理论汇总

发布日期:2019-04-26 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

1. 引言

污水处理行业的从业人员对污水脱氮过程非常熟悉,也很头疼。熟悉是因为本阶段大部分污水处理设施将增加氨氮和总氮去除功能单元,而令人头疼的是许多现有设施的脱氮效率无法满足各地区日益严格的排放标准。从可行性、经济性等方面考虑,国内外污水处理中广泛采用生物处理工艺去除氮污染物。除了传统的硝化反硝化理论外,近年来,突破传统认识的新的生物反硝化理论也应运而生。在环保展会上,硫自养反硝化和厌氧氨氧化等新型反硝化技术极具吸引力。本文主要介绍了传统生物脱氮工艺和新生物脱氮工艺的基本原理,以帮助您更好地了解生物脱氮工艺。

2.传统的生物反硝化过程

2.1介绍传统生物脱氮工艺

目前,在工程实践中广泛应用的传统生物反硝化工艺主要包括好氧硝化和缺氧反硝化,其过程如图1所示。通过氨化细菌将进水中的蛋白质等有机氮转化为氨氮,然后在好氧条件下,从自养硝化细菌和硝化细菌逐渐氧化为亚硝酸盐氮和硝态氮。在缺氧条件下,硝酸盐氮从异养反硝化细菌还原为亚硝酸盐氮,并继续还原为一氧化氮、一氧化二氮和氮气,使系统完成脱氮。

在生物处理过程中,进水氮经历涉及许多不同细菌的转化过程。由于细菌是生物转化的“执行者”,如果环境条件不利于细菌负责某种功能,那么这部分转化过程可能存在问题。为了提高项目中生化系统的脱氮性能,大多数调试人员将从溶解氧含量,有机质含量,碱度和环境条件等方面入手。事实上,在调整这些宏观参数背后,所有技术人员所做的就是更好地满足脱氮过程中不同微生物生长和代谢的特性。简而言之,它是“给它一份好工作”。因此,利用这种微生物学观点分析污水处理的生化系统,为具有特定功能的微生物提供更好的生长和代谢条件,可以帮助我们更好地去除氮。

2.2传统生物反硝化细菌的特性

本文简要总结了生物脱氮微生物不同功能的特点,如图2所示,供大家参考。在实践中,我们可以根据目标和功能区系的特点进行参数调整,促进我们所需要的微生物的良好生长和代谢。

氨化细菌能利用有机物获取能量,生长代谢,并能在好氧和缺氧环境中生长。这些特性使得氨化细菌生长迅速而广泛,很少成为生化系统中的问题。因此,我们主要讨论硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌。

2.2.1硝化细菌

亚硝基化细菌主要参与系统中氨氮氧化为亚硝酸盐的过程,是生化系统中氨氮去除的主要功能菌。从微生物学的角度来看,亚硝化细菌是一类化学能(能源),它使用无机碳源在有氧条件下合成自己的细胞,并使用氧化氨氮释放能量 - 好氧(溶解氧需求) - 自养(碳源型)细菌。

根据碳源类型,亚硝基杆菌需要利用无机碳源进行合成代谢。硝化细菌生长缓慢,在生化系统中所占比例很小。因此,它们对外部环境影响更为敏感。低温环境、负荷影响、有毒流入、污泥流失等不利条件可能导致亚硝基杆菌活性下降,导致系统氨氮去除率低。考虑到能量来源和溶解氧的需要,亚硝基杆菌在有氧环境中通过氧化氨氮获得化学能,为其生长和代谢提供能量,因此充分的溶解氧和适当的氨氮浓度是维持亚硝基杆菌良好生长的必要条件。另外,由于硝化过程会导致系统的碱度降低,硝化细菌的最佳pH值范围在7.0-7.5之间,因此应注意曝气池的pH值,避免低的pH值导致硝化细菌的活性下降和氨水的去除不好。IA氮。

2.2.2 硝化菌

亚硝酸盐细菌主要参与系统中亚硝酸盐被氧化为硝酸盐的过程。它们常出现在与亚硝酸盐细菌相似的地区,具有相似的特征。从微生物的角度来看,硝化细菌是化学能(能量来源)的一种,利用无机碳源合成自己的细菌,利用亚硝酸盐释放能量(能量来源)-需氧(溶解氧需求)-自养(碳源类型)细菌。

根据碳源类型的不同,硝化细菌需要利用无机碳源进行合成,导致其在生化系统中生长缓慢,总量小,对外界环境的影响比较敏感。低温环境、负荷冲击、毒物流入、污泥流失等不利条件可能导致硝化细菌活性降低,导致亚硝酸盐在好氧塘中积累。为了满足能源和溶解氧的需求,硝化细菌通过氧化好氧环境中的亚硝酸盐来获得化学能来满足自身生长和代谢的需要。因此,充足的溶解氧和适当的亚硝酸盐浓度(主要来自氨氮氧化产生的亚硝酸盐)是维持硝化细菌良好生长的必要条件。另外,由于硝化过程会导致系统碱度的降低,且硝化细菌的最适pH值范围为7.0≤8.0左右,应注意曝气池的pH值,以避免由于pH值过低而导致硝化细菌活性下降。

2.2.3 反硝化菌

反硝化细菌主要参与系统中硝酸盐和亚硝酸盐的还原,是生化系统中硝酸盐氮去除的主要功能菌。从微生物学的角度来看,常规的反硝化细菌是一类化学 - 缺氧 - 异养细菌,它们利用有机碳源在缺氧条件下合成自己的细胞,并利用氧化的有机物释放能量。在脱氮过程中,有机物质充当电子供体,硝酸盐充当电子受体。在电子转移期间,有机物质失去电子被氧化,硝酸盐被电子还原,化学能被释放用于微生物合成和其他生命。活动。

由于反硝化细菌能够利用有机碳源,生长迅速,污水处理生化系统污泥中存在大量的反硝化细菌,其生物量占很大比例。因此,为了促进反硝化过程中硝酸盐的去除,必须有足够的有机碳源和良好的缺氧环境。在有机碳源方面,主要利用进水所提供的有机物的生物降解性(BOD/COD比)和含量(BOD/TN比)来判断有机碳源是否适合脱氮,是否足够脱氮。对于溶解氧,氧在好氧条件下取代硝酸盐作为细菌电子传递的电子受体,导致反硝化失败。同时,在好氧条件下,反硝化细菌用于反硝化的硝酸还原酶及相关酶会受到抑制,也会导致反硝化失败。

3个新的生物反硝化工艺

传统的生物脱氮理论已经积累了多年,并在工程实践中得到了广泛的应用,但也存在一些不足之处。由于传统的硝化反硝化工艺需要不同的溶解氧和有机物,使得硝化反硝化很难在同一环境下在时间和空间上发生。如何减少碳源的添加,缩短反硝化过程,减少对建筑物的占用,一直是一个热门的研究课题。随着研究人员对生物脱氮中的物质守恒和能量代谢的不断关注,一些相对新颖的生物脱氮工艺逐渐被提出和完善。接下来,本文将简要介绍几种常见的新型生物脱氮工艺。

3.1新生物脱氮概述

近年来,短程硝化,厌氧氨氧化,好氧反硝化等新型生物脱氮工艺逐渐引起人们的关注。图3总结了近年来常见的新型生物脱氮理论。红色标记是新的生物脱氮过程与传统的生物脱氮过程之间的差异。

3.2厌氧氨氧化与好氧氨氧化

在传统的生物反硝化中,氨氧化(即硝化)的过程是有氧的,细菌需要溶解氧作为电子受体,以达到氨氮的氧化。自从1989年欧洲科学家在厌氧反应器中发现厌氧氨氧化后,越来越多的厌氧氨氧化研究扩大了我们对生物脱氮的认知范围。除了污水处理外,在地球上的多种自然环境中也发现了厌氧氨氧化,其对地球内部氮循环的贡献不容忽视。

厌氧氨氧化细菌在厌氧环境中,以氨氮为电子供体,亚硝酸盐为电子受体,能产生氮和少量硝酸盐。由于厌氧氨氧化细菌通常是红色的,它们也常被称为“红色细菌”。厌氧氨氧化细菌是以二氧化碳和其他无机物为碳源进行自身生长和合成的自养微生物。厌氧氨氧化不需要好氧曝气条件和有机碳源,在降低曝气能耗和节省有机碳源方面具有显著优势。因此,厌氧氨氧化已成为近年来发展最快的反硝化新理论之一。由于需要亚硝酸盐作为电子受体,厌氧氨氧化常与短程硝化相结合。通过短程硝化作用将部分氨氮氧化为亚硝酸盐,利用剩余氨氮进行厌氧氨氧化。

在工艺设计中,短程硝化和厌氧氨氧化工艺可以在同一阶段进行,也可以分为两个阶段。目前,国内外已有厌氧氨氧化技术中试运行甚至实际运行的案例。与主流厌氧氨氧化(污水处理的主要工艺)相比,污水处理厂的厌氧氨氧化由于有机物浓度、氨氮浓度、温度等相关因素的影响,在侧流厌氧氨氧化过程中发展迅速,厌氧氨氧化工艺的发展非常迅速,这是由于相关因素所致。如有机物浓度、氨氮浓度、温度等。然而,主流厌氧氨氧化工艺存在许多不利于厌氧氨氧化的条件,在主流厌氧氨氧化技术的推广和推广中仍有许多技术问题有待解决。此外,基于颗粒污泥技术的短程硝化厌氧氨氧化技术也是一个热门话题。

3.3短程硝化VS全长硝化

传统的硝化工艺是从氨氮到亚硝酸盐再到硝酸盐。短切硝化一般是指从氨氮到亚硝酸盐的过程。由于氨氮和亚硝酸盐的好氧转化需要溶解氧,与全过程硝化相比,短程硝化可以节省曝气能耗。目前,短切硝化反应的研究主要有两个方向。一种是与厌氧氨氧化耦合,在厌氧氨氧化中提供亚硝酸盐源。另一种是与短程反硝化耦合,实现最终脱氮。短切硝化的实现主要取决于硝化细菌活性的选择性抑制。其技术原理是硝化细菌和硝化细菌对某些环境因素具有不同的耐受性。研究了溶解氧、pH值、温度、游离氨等因素对硝化细菌的选择性抑制作用,以实现短切硝化。目前,短切硝化的主要技术问题是:如何在不同环境(如温度、有机物含量等)下实现氨氮转化为亚硝酸盐的长期稳定维护。

3.4氧反硝化对氧反硝化

在传统的生物脱氮理论中,反硝化需要在缺氧环境中进行。近年来,新的菌株被发现具有在有氧环境中还原硝酸盐的能力。这些菌株被称为好氧反硝化细菌。在好氧条件下,它们可以同时去除硝酸盐和有机物,氨氮可以通过同化或异养硝化作用去除。好氧反硝化细菌的出现使得在好氧环境中同时进行硝化和反硝化成为可能。

好氧反硝化细菌在好氧环境中的脱氮可能是由于存在与在需氧环境中正常表达的反硝化相关的酶系统(酶是微生物氮转化的实际"遗嘱执行者")。微生物中酶的活性决定了相应的功能,如周质硝酸还原酶等。另外,污泥絮体或生物膜中溶解氧的梯度变化可促进好氧脱氮。目前,对大量好氧反硝化菌进行了筛选和鉴定,并对其相关脱氮性能进行了研究。好氧反硝化菌作为微生物菌种的来源也逐渐出现,但需氧脱氮理论仍有待改进。它的精确机制仍在探索中,需要进一步讨论好氧条件的精确定义。

3.5自养反硝化VS异养反硝化

传统的反硝化工艺要求有机物作为电子供体和碳源,供细菌获取能量并合成自己的细菌。这些反硝化细菌属于异养细菌。反硝化的实质是细菌在还原硝酸盐的过程中获得能量。细菌不在乎这个过程叫什么。他们想要获得的是反应过程中释放的化学能。至于硝酸盐到氮,它只是能量获取的副产品。因此,在自养反硝化过程中,自养细菌利用无机物作为电子供体,降低硝酸盐的含量,获得合成等生命活动的化学能。

与异养反硝化相比,自养反硝化不需要有机物质作为碳源和能量,因此更适合低碳氮特化废水或低有机浓度废水的反硝化过程。目前可作为自养反硝化电子供体的物质有氢、硫、硫离子、硫化氢、硫代硫酸盐、亚硫酸盐、硫氰酸酯、二价铁、零价铁、二价锰等。考虑到自养性反硝化细菌的功能细菌是自养性细菌,如何快速有效地获得大量的自养性反硝化细菌,并将其长期保存在生化系统中,是自养性反硝化技术进一步发展的关键技术问题。

3.6短程反硝化与反硝化

在传统的生物反硝化中,反硝化一般包括从硝酸盐到氮的整个反硝化过程,而短程反硝化则可以理解为整个反硝化过程的一部分,包括根据需要具体的反硝化过程。由于反硝化过程是一种电子供体,考虑到一般的异养反硝化电子供体是有机物,短程反硝化所需的电子供体比整个反硝化过程少,因此可以有效地降低碳消耗。目前,短程反硝化主要有两个研究方向.一种是短程反硝化与厌氧氨的耦合,这为保持硝酸盐还原为亚硝酸盐的厌氧氨氧化提供了亚硝酸盐来源,另一种与短程硝化耦合。将短程硝化产生的亚硝酸盐还原为氮,实现短程硝化反硝化。目前,短程反硝化的主要技术问题包括:如何实现反硝化过程的长期稳定有效的定向控制,以及如何减少反硝化过程中一氧化二氮等温室气体的排放。

4 总结与展望

(1)污水生化处理的核心是微生物。一线技术人员应在成本的前提下,调整工艺参数和环境条件,实现特定微生物的富集,为特定微生物的生长和代谢提供良好条件。 。

(2)传统生物反硝化理论和新生物反硝化理论的发展是基于特定微生物的特定功能。对于不同类型的废水,不同的反硝化理论和工艺可能有其自身的优点和局限性,不能完全概括。

(3)生物脱氮理论的讨论与工程实践并不矛盾。充分了解生物脱氮过程及其功能细菌的特性,可以更科学、有效地指导我们的操作和调试。同时,实地工作的第一手资料为理论分析提供了依据。

(4)虽然新生物脱氮理论的发展仍处于小规模和中试规模,但新生物脱氮理论在实际规模和环境条件下的推广应用仍需要解决大量的技术细节和实践局限性。这些理论在未来污水处理工艺中的应用价值是不容忽视的。

国内外主流污水处理生物脱氮技术理论汇总

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