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高浓度氨氮废水的高效生物脱氮途径.doc


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1 高浓度氨氮废水的高效生物脱氮途径摘要: 回顾了传统生物脱氮的一般原理, 介绍了亚***盐硝化/ 反硝化、同时硝化/ 反硝化、好氧反硝化和厌氧氨氧化等提高生物脱氮效率的可能途径,并分析了他们各自的原理、实现条件和应用前景。关键词:氨氮生物脱氮好氧反硝化厌氧氨氧化垃圾填埋场的渗滤液属高浓度氨氮废水,后期渗滤液的氨氮浓度达 2000mg/L 以上,如利用生物法脱氮,反硝化需 7500mg/L 以上的碳源,而渗滤液本身所能提供的碳源明显不足, 外加碳源则会增加处理成本。因此, 研究高效脱氮工艺具有重要意义。近些年来在生物脱氮理论方面有了许多进展, 亚***盐硝化反硝化受到重视, 发现了厌氧氨氧化和好氧反硝化微生物的生物化学作用, 从而为高浓度氨氮废水的高效生物脱氮提供了可能的途径。 1 传统生物脱氮原理 2 硝化反应是由一类自养好氧微生物完成的,它包括两个步骤: 第一步称为亚硝化过程, 是由亚***菌将氨氮转化为亚***盐, 亚***菌中有亚***单胞菌属、亚***螺杆菌属和硝化球菌属; 第二步称为硝化过程, 由***菌( 包括***杆菌属、螺菌属和球菌属) 将亚***盐进一步氧化为***盐。亚***菌和***菌统称为硝化菌,都利用无机碳化合物如 CO32- 、 HCO3- 和 CO2 作为碳源,从 NH3 、 NH4+ 或 NO2- 的氧化反应中获取能量。亚***菌和***菌的特性大致相似,但前者的世代期较短, 生长率较快, 因此较能适应冲击负荷和不利的环境条件;当***菌受到抑制时,有可能出现 NO-2 积累的情况。反硝化反应是由一群异养型微生物完成的,它的主要作用是将***盐或亚***盐还原成气态氮或 N2O , 反应在无分子态氧的条件下进行。反硝化细菌在自然界很普遍,多数是兼性的, 在溶解氧浓度极低的环境中可利用***盐中的氧作为电子受体, 有机物则作为碳源及电子供体提供能量并被氧化稳定。由于从反硝化获得的能量低于氧气还原所获取的能量,所以反硝化被认为仅在缺氧条件下发生。从 NH4+ 至 NO2- 的转化, 经历了 3 个步骤、6 个电子的转移, 可见亚***菌的酶系统十分复杂, 而硝化过程则相对简单些,只经历了一步反应、 2 个电子的变化。因此也有 3 人认为,亚***菌往往比***菌更易受到抑制。反硝化反应一般以有机物为碳源和电子供体。当环境中缺乏有机物时,无机物如氢、 Na2S 等也可作为反硝化反应的电子供体, 微生物还可以消耗自身的原生质进行所谓的内源反硝化。 C5H7O2N+4NO3- → 5CO2+NH3+2N2 ↑+ 4OH- 可见内源反硝化的结果是细胞物质的减少,并会有 NH3 的生成,因此废水处理中均不希望此种反应占主导地位,而应提供必要的碳源。硝化和反硝化反应的进行是受到一定制约的,一方面, 自养硝化菌在大量有机物存在的条件下, 对氧气和营养物的竞争不如好氧异养菌, 从而导致异养菌占优势; 另一方面, 反硝化需要提供适当的电子供体, 通常为有机物。上述硝化菌和反硝化菌的不同要求导致了生物脱氮反应器的不同组合, 如硝化与反硝化由同一污泥完成的单一污泥工艺和由不同污泥完成的双污泥工艺。前者通过交替的好氧区与厌氧区来实现, 后者则通过使用分离的硝化和反硝化反应器来完成。如果硝化在后, 需要将硝化废水进行回流; 如果硝化在前,需要外加电子供体,这就是传统脱氮工艺存在的问题和困难所在。这种两难处境在氨氮浓度低的城市污水处理中表现 4 得还不很明显, 在高浓度氨氮废水生物脱氮处理中则表现得很突出。近些年来, 人们试图从各个方面突破生物脱氮的困境, 如开发亚***硝化/ 反硝化脱氮工艺; 与传统生物脱氮理论相反的一些生物过程被发现,例如发现了氨与亚***盐/ ***盐在缺氧条件下被同时转化为氮气的生物化学过程,这一过程被称为厌氧氨氧化(Anammox) ;好氧反硝化和异养硝化作用也被发现,好氧反硝化往往与异养硝化同时发生;在有氧条件下能够反硝化的细菌也被分离出来, 其中有异养菌(Thiosphaera pantotropha 和 Alcaligenes sp) 及自养硝化菌。 2 亚***硝化/ 反硝化工艺在硝化反应中,一般认为***盐是反应的主产物,而从氨向亚***盐的转化一般认为是硝化过程(Nitrification) 的速度控制步骤,但是出现亚***盐积累的报道也很多。人们认为, 出现亚***积累是有害的。为了减少亚***的积累, 许多研究人员进行了控制其积累的工艺条件的研究工作,并得到了有关自由氨可抑制亚***积累的结论,其结果也得到了证实并被广泛接受。随后, 开始把注意力放在通过亚***硝化—反硝化缩短脱氮过程上, 这种工艺的潜在优势在于:①节省 25% 的硝化曝气量。②节省 40% 的反硝化碳源。③节省 50% 的反硝化反应器容积。这些对于高浓度氨氮废水的脱氮处理具有非

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  • 时间2017-05-28