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低溫廢水脫氮工藝介紹

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低溫廢水脫氮工藝介紹

發布日期:2020-04-30 作者: 點擊:

氮素在水體中的過度積累造成了水體富營養化現象,嚴重危害生態系統安全。一般采用生物法進行廢水脫氮。硝化反硝化工藝是應用最普遍的生物脫氮工藝。最近十幾年,出現了一些新的脫氮工藝。厭氧氨氧化工藝是其中最有代表性的突破之一。該方法是利用自養型細菌將氨直接氧化為氮氣而實現脫氮的工藝,與傳統的硝化反硝化工藝相比具有耗氧量低、運行費用少和不需要外加碳源等優點,是目前已知工藝中最經濟的生物脫氮途徑之一。

生物反應對環境條件敏感,容易受溫度變化影響。絕大多數微生物正常生長溫度為20~35℃,低溫會影響微生物細胞內酶的活性,在一定溫度范圍內,溫度每降低10℃,微生物活性將降低1倍,從而降低了對污水的處理效果。工藝投入運行后,由于四季的交替和所處的地理位置影響,若不加以人工調控,溫度很難保持適宜。而溫度調控則會耗費大量的能源。解決這一難題的最佳途徑就是開發高效穩定的低溫生物處理工藝。

近年來國內外已有一些研究涉及低溫廢水生物脫氮技術,提出了一些新方法。筆者將探討低溫對脫氮工藝的影響,比較低溫脫氮工藝的運行策略,并據此指出低溫脫氮工藝的研發方向。

1、低溫對脫氮工藝的影響

溫度是影響細菌生長和代謝的重要環境條件。絕大多數微生物正常生長溫度為20~35℃。溫度主要是通過影響微生物細胞內某些酶的活性而影響微生物的生長和代謝速率,進而影響污泥產率、污染物的去除效率和速率;溫度還會影響污染物降解途徑、中間產物的形成以及各種物質在溶液中的溶解度,以及有可能影響到產氣量和成分等。低溫減弱了微生物體內細胞質的流動性,進而影響了物質傳輸等代謝過程,并且普遍認為低溫將會導致活性污泥的吸附性能和沉降性能下降,以及使微生物群落發生變化。低溫對微生物活性的抑制,不同于高溫帶來的毀滅性影響,其抑制作用通常是可恢復的。

1.1硝化工藝

生物硝化反應可以在4~45℃的溫度范圍內進行。氨氧化細菌(AOB)最佳生長溫度為25~30℃,亞硝酸氧化細菌(NOB)的最佳生長溫度為25~30℃。溫度不但影響硝化菌的生長,而且影響硝化菌的活性。有研究表明,硝化細菌最適宜的生長溫度為25~30℃,當溫度小于15℃時硝化速率明顯下降,硝化細菌的活性也大幅度降低,當溫度低于5℃時,硝化細菌的生命活動幾乎停止。大量的研究表明,硝化作用會受到溫度的嚴重影響,尤其是溫度沖擊的影響更加明顯。由于冬季氣溫較低而未能實現硝化工藝穩定運行的案例較為常見。U.Sudarno等考察了溫度變化對硝化作用的影響,結果表明,溫度從12.5℃升至40℃,氨氧化速率增加,但當溫度下降至6℃時,硝化菌活性很低。

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隨著脫氮工藝的不斷發展,人們對硝化工藝提出了更高的要求,希望將硝化作用的反應產物控制在亞硝酸鹽階段,作為反硝化或者厭氧氨氧化的前處理技術,可以節約曝氣能耗和添加堿量。通過對兩類硝化細菌(AOB、NOB)的更多認識,出現了短程硝化工藝。該工藝的核心是選擇性地富集AOB,先抑制再限制最后沖洗出NOB,使得AOB具有較高的數量而淘汰NOB,從而維持穩定的亞硝酸鹽積累。短程硝化過程通常由控制溫度、溶解氧、pH來實現。溫度控制短程硝化的基礎在于兩類硝化細菌對溫度的敏感性不同,25℃以上時,AOB的最大比生長速率大于NOB的最大比生長速率。據此提出了世界上第一個工業化應用的短程硝化工藝——SHARON工藝(溫度設置為30~40℃〔1〕)。因此,在低溫下實現短程硝化頗具挑戰。

1.2反硝化工藝

低溫對于反硝化有顯著的抑制作用,JichengZhong等研究了太湖沉積物中的反硝化作用,經過數月的實驗分析發現反硝化速率呈現季節性變化。U.Welander等考察了低溫條件下(3~20℃)反硝化工藝的運行性能,研究表明在3℃下反應器的反硝化速率僅為15℃下的55%。相對于傳統的缺氧反硝化,溫度對好氧反硝化的脫氮效率影響不顯著,王弘宇等篩選出的一株好氧反硝化菌,在25~35℃下都能達到大于78%的脫氮效率。表1概括了不同溫度下的反硝化速率。

1.3厭氧氨氧化工藝

有學者的研究表明,能夠進行厭氧氨氧化反應的溫度范圍為6~43℃,最佳溫度為28~40℃。在廢水生物處理中,活化能的取值范圍通常為8.37~83.68kJ/mol,而厭氧氨氧化的活化能為70kJ/mol。因此,厭氧氨氧化屬于對溫度變化比較敏感的反應類型,溫度的降低對其抑制作用明顯。

低溫對厭氧氨氧化的影響很大,受低溫抑制后需要較長時間才能恢復。厭氧氨氧化工藝的運行溫度從18℃降至15℃時,亞硝酸鹽不能被完全去除,導致亞硝酸鹽的積累,對厭氧氨氧化工藝有著顯著的抑制效果,從而引起連鎖效應,使得厭氧氨氧化菌失活〔6,25〕。J.Dosta等〔7〕在研究溫度對厭氧氨氧化工藝的長期影響時,將試驗溫度由30℃調至15℃,只有氮容積負荷(NLR)從0.3kg/(m3?d)大幅降低至0.04kg/(m3?d)才能保證出水水質。甚至經30d的馴化仍未見好轉,將試驗溫度調回至30℃運行75d后,污泥活性僅為0.02g/(g?d),處于較低水平。

本文網址:http://www.w135c.com/news/454.html

關鍵詞:脫氮工藝,低溫廢水脫氮,低溫廢水脫氮技術

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