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污水处置厌氧氨氧化工艺磋议与利用开展

- 编辑:本地生活网 -

污水处置厌氧氨氧化工艺磋议与利用开展

  北极星水管制网讯:摘 要:敷陈了厌氧氨氧化的工艺道理、工艺地势和厉重效用微生物的特色等筹议起色,总结了温度、基质浓度和pH、DO 含量、有机物、金属离子等对厌氧氨氧化流程的影响,先容了厌氧氨氧化工艺正在污水管制测流和主流实践工程中的使用实例,阐知道工艺的管制服从和运转参数等,阐述了正在实践使用中存正在的题目。以为完毕工艺的火速启动,有用制止有毒物质对厌氧氨氧化菌的迫害,进步工艺编制运转的不变性是厌氧氨氧化正在实践使用中的症结,也是须要进一步索求和筹议的实质。

  厌氧氨氧化响应(Anammox)是正在缺氧要求下由厌氧氨氧化菌诈骗亚硝酸盐为电子受体,将氨氮转化为氮气的生物响应流程。与古板的硝化反硝化流程比拟,厌氧氨氧化工艺无需外源有机物,供氧能耗、污泥发作量和 CO2 排放量大为删除,消重了运转用度,并具有可连续开展意旨。本文对厌氧氨氧化的工艺道理、工艺地势、影响身分和使用景况举行总结与磋议。

  BRODA 遵照热力学谋划,正在 20 世纪 70 年代提出了厌氧氨氧化的存正在,以为它是自然氮轮回中的一个缺失的个别。MULDER 和 VAN DE GRAAF正在 20 世纪 90 年代中期最先对此举行了实践声明,以后人们对该流程发作了极大的兴致。厌氧氨氧化的响应方程式为:

  该响应合成细胞生物量的独一碳源是碳酸氢盐,说明这些细菌为化学自养细菌。亚硝酸盐氧化为硝酸盐的流程中发作的还原当量(能源)用于碳的固定。厌氧氨氧化细菌对底物有很高的亲和力,能够将氨氮和亚硝酸盐的含量降至较低的水准。上述响应式中的 NO2-来自于亚硝化响应。古板硝化响应搜罗 2 个基础流程:氨氧化菌 (AOB)将NH4+氧化为 NO2-;亚硝酸盐氧化菌(NOB)将NO2-氧化为NO3-。亚硝化响应是通过调控,富集 AOB,制止或淘洗 NOB,将硝化响应职掌正在第 1 步,维系NO2-的累积率并使出水 ρ(NO2--N)/ρ(NH4+-N)=1~1.3。

  一形式工艺占地小,响应器组织简易,因为短程硝化和厌氧氨氧化响应正在统一响应器中举行,基质含量较低,于是显露逛离氨(FA)、逛离亚硝酸(FNA)迫害制止的可以性稍低极少。然则一体化工艺生物构成更丰富,NOB 正在编制中谢绝易落选或制止,工艺对 pH、水温更为敏锐,编制的职掌难度更大,显露题目后要很长年光才力收复。

  两段式工艺亚硝化和厌氧氨氧化响应容易完毕优化职掌,亚硝化响应器中的异养微生物可以降解污水中的有机物及其他有毒无益物质,消重对厌氧氨氧化响应的晦气影响,于是编制运转倒闭后容易收复。然则亚硝化段中亚硝酸盐累积易发作 FNA 制止,且因为要将亚硝化速度和厌氧氨氧化速度举行成婚,于是编制的策画较为丰富。

  生物硝化响应正在 5~40 ℃均可举行,但 15 ℃为分界点。温度高于 15 ℃时,AOB 的滋长速率高于NOB,AOB 的最小泥龄小于 NOB 的最小泥龄,而且跟着温度的升高,二者的差值将填补,于是高温有利于 AOB 的滋长。正在 25 ℃以上职掌泥龄,能够有用地遴选 NOB。目前的工程实例平淡将亚硝化流程的温度职掌正在 30~35 ℃。

  无数筹议以为,AAOB 的理念温度要求为 30~40 ℃,然则自然要求下正在温度较低时也能够举行不变的厌氧氨氧化响应,RYSGAARD 等指出正在 -1.3 ℃时,北极海底重积物中的 AAOB 菌仍具有活性[2]。低温要求下响应器中的 AAOB 菌的活性平昔受到合心,极少筹议结果说明,正在亚硝化 - 厌氧氨氧化工艺编制中,温度降到 20 ℃以下后都测定展现了 AAOB菌的活性,有些筹议显示,正在 10 ℃乃至更低温度都有可以存正在不变的厌氧氨氧化响应[3-4]。然则也有筹议指出,当温度消重到 15 ℃时,生物膜响应器内最先积攒NO2-,说明 AAOB 菌的活性受到了制止[5]。

  基质氨对 AAOB 的影响较小,只要氨的质地浓度领先 1 g/L 才力制止[6]。基质氨的制止厉重由 FA发作。FA 对 AOB 和 NOB 均有制止,但制止的含量周围分别。ANTHONISEN 等报道了质地浓度 0.1~1.0 mg/L 的 FA 对亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)有制止效用,而质地浓度 10~150 mg/L 的 FA 对硝化杆菌属(Nitrobacter)有制止效用[7]。正在亚硝化工艺中将 FA 的质地浓度职掌上述 2 个周围之间,NOB 就会被制止而发作NO2-积攒。

  基质中的 FNA 对 AOB 和 NOB 均有制止,而离子态亚硝酸盐NO2-的影响较小。FNA 对 AOB 和NOB 的制止质地浓度为 0.01~1 mg/L,哪种细菌对FNA 具有更高的耐受性,目前的筹议结果仍互相冲突[8-9]。NO2-对 AAOB 的影响较大,当NO2-的质地浓度高于 100 mg/L 时,AAOB 活性被齐备制止[6]。

  pH 一方面影响了 AOB、NOB、AAOB 等微生物的滋长活性,另一方面影响了NH4+和 FA 以及NO2-和 FNA 之间的化学平均。平常而言,正在中性偏碱性要求下,AOB 和 AAOB 才力展现出相对较高的滋长活性。AOB 适宜滋长的 pH 是 7.0~8.6,AAOB 适宜滋长的 pH 为 6.5~8.8[10]。pH 较高时,化学平均向天生 FA 偏向举行;pH 较低时,化学平均向天生 FNA偏向举行。当 pH 判袂大于 8.0 和低于 6.0 时,FA 和FNA 正在体例内所占比例火速增大。经谋划,35 ℃水溶液中总NO2--N 的质地浓度为 500 mg/L、pH 为 7时,FNA 的质地浓度只要 0.1 mg/L。于是当 pH 大于7 时,FNA 对 AOB 和 NOB 的制止效用较为有限。

  AAOB 为庄敬厌氧菌,STROUS 等指出,正在 DO含量为 0.5%~2.0%气氛饱和度时,AAOB 活性被齐备制止[6]。但该制止是可逆的,DO 袪除后,AAOB 的活性能够收复。AOB 和 NOB 都是庄敬好氧菌,当AAOB 和 AOB 共存正在编制中时,AOB 泯灭了 DO,于是纵然 DO 的质地浓度正在高于 0.2 mg/L 的要求下,AAOB 也能够维系平常活性,这使得亚硝化贯串厌氧氨氧化工艺的一段式编制成为可以。实践工艺中还诈骗颗粒污泥和填料富集微生物,变成 DO 外里分别的微处境,为 AAOB 和 AOB 正在编制中共生创造要求。

  好氧菌 AOB 和 NOB 对 DO 有逐鹿效用,二者的 DO 半饱和系数判袂为 0.74~0.99 mg/L 和 1.4~1.75 mg/L,于是 AOB 具有更好的氧亲和力。正在实践工艺中,平淡将 DO 含量职掌正在较低的水准,能够使AOB 优先取得有限的氧,制止 NOB 的活性。文献中报道的制止 NOB,支撑 AOB 活性的临界 DO 含量各纷歧样。RUIZ 等指出,临界 DO 的质地浓度宜职掌正在 1.7 mg/L 以下[11];而 HANAKI 等以为,正在 25 ℃时将 DO 的质地浓度降至 0.5 mg/L,AOB 没有受到彰着影响,而 NOB 活性降落[12]。除了直接职掌 DO含量,也能够诈骗生物膜和颗粒污泥内存正在传质阻力,间接节制 DO 含量,制止 NOB。

  可生物降解有机物不直接影响 AAOB,但能诱导响应器内一般异养菌(OHO)的滋长。因为 AAOB的滋长速度比 OHO 低得众,当存正在过量的有机碳时,异养细菌将吞没响应器的主导位置,于是节制了AAOB 滋长的空间和底物。平淡,正在一形式厌氧氨氧化工艺中,进水可降解 COD 和总NH4+-N 的质地浓度比须要低于 0.5。另一方面,水质检测倘若进水中含有必定含量的可降解有机物,那么出水中的硝酸盐能够被去除,于是 TN 去除率是进步的。

  铁是细胞血红素的合成元素,对 AAOB 的影响较大,相对 Fe3+,Fe2+更容易鼓吹 AAOB 的滋长,进步其活性。Fe2+还能够取代氨行动电子供体,Fe3+、锰离子也被用作厌氧氨氧化代谢中的电子受体[17]。正在众种电子受体和电子供体存正在的代谢体例下,AAOB 菌面对的逐鹿压力较小,厌氧氨氧化流程也更具不变性。Ca2+和 Mg2+是微生物的细胞组分,Mg2+、Cu2+、Zn2+是酶的激活剂,可以进步酶活性来鼓吹微生物的代谢。目前的筹议皆声明少量的金属离子对 AAOB菌有踊跃影响,然则金属离子含量过高则会对 AAOB菌发作毒性效用。

  正在厌氧氨氧化工艺的实践使用方面,2002 年,帕克公司正在鹿特丹 Dokhaven 污水管制厂筑制了全邦第 1 座坐褥性厌氧氨氧化响应器,采用 SharonAnammox 编制管制污泥脱水液。以后,荷兰、德邦、日本、澳大利亚、瑞士和英邦等地也接踵设立筑设了共100 众座厌氧氨氧化废水管制厂,除了污泥消化液,管制的废水还搜罗垃圾渗滤液、养殖场废水、食物废水等。目前,实践工程使用的厌氧氨氧化手艺能够分为悬浮污泥统、颗粒污泥和生物膜编制。

  AOB 和 AAOB 滋长舒徐,世代周期长,正在一般悬浮污泥编制中容易流失,于是悬浮污泥工艺常采用序批式活性污泥法响应器(SBR)地势拘押微生物。

  正在全盘的 SBR 厌氧氨氧化手艺中,80%为 DEMON工艺。该工艺最先是正在奥地利的 Strass 污水管制厂获得使用,其主旨是通过监测 pH 的改观,来调理曝气年光,进而调理短程硝化和厌氧氨氧化的平均;另一方面,该工艺诈骗水力旋流器调整 AAOB 和 AOB的泥龄,微生物正在离心力的效用下会被分为 2 个别,较轻质的 AOB 从顶部溢流,较重的 AAOB 堆积正在底部回流至响应器。Strass 污水管制厂完毕了 85%以上的自养脱氮功效。

  颗粒污泥编制的一个典范案例是帕克公司正在鹿特丹设立筑设的 Anammox 响应器,早期的测流工艺方向于采用两段式编制,于是实践运转时该 Anammox响应器与之前筑好的亚硝化 SHARON 响应器举行耦合,变成了 Sharon-Anammox 响应编制,该编制的启动阅历了 3.5 年。随后帕克公司又开垦了一形式Anammox 响应器。两段式编制中的厌氧氨氧化响应器和一形式响应器均采用上向流连气儿式运转,内置斜板重淀池,完毕了对污泥颗粒的拘押。

  目前,一形式响应器的使用较为一般,响应器内DO 的质地浓度职掌正在 1 mg/L 操纵,颗粒污泥外里变成了 DO 含量梯度,轮廓适宜滋长 AOB,内部滋长 AAOB,密度较小的异养菌絮体则排到编制外。不变运转时,TN 负荷可达 4.8 kg/(m3·d)。

  目前,生物膜地势的厌氧氨氧化工艺厉重有DeAmmon 和 ANITATMMox 等。此中,DeAmmon 工艺于 2001 年由 Purac 公司和 Hannover 大学连合开垦,正在德邦 Haittingen 污水管制厂最先获得使用。工艺由 3 个 MBBR 响应池和1 个脱气池构成,3 个响应池能够遵照须要以串联或者并联的形式贯穿,MBBR 的填充率为 40%~50%。

  响应池的每个分区都筑立间歇曝气,曝气段和非曝气段的年光判袂为 20~50 min 和 10~20 min,简直年光通过监测正在线电导率推行调理。工艺对 TN 的去除率达 70%~80%,实践运转 TN 负荷为 180 kg/d。

  ANITATMMox 是 Veolia 开垦的厌氧氨氧化工艺,该工艺于 2011 年最先正在瑞典的 Sj觟lunda 污水厂获得使用,正在测流编制中厉重采用一体化的 MBBR响应池。ANITATMMox 能够采用纯 MBBR 生物膜或者泥膜同化的 IFAS 地势。纯生物膜工艺 AAOB菌正在填料的最内层,AOB 正在外层;IFAS 工艺 AAOB厉重正在填料上,AOB 正在悬浮污泥中。ANITATMMox厉重职掌的参数是 DO 含量,水质检测能够简易的将 DO 含量职掌正在必定周围,或者通过氨氮去除率、硝酸盐天生量和氨氮去除量的比来及时职掌 DO 含量。纯MBBR 编制 DO 的质地浓度职掌正在 0.5~1.5 mg/L,IFAS 编制 DO 的质地浓度职掌正在 0.3~0.8 mg/L。

  目前,厌氧氨氧化手艺筹议与工程使用厉重聚集正在工业废水和污泥脱水液、垃圾渗滤液等范围,对待都会污水的使用筹议还非凡有限。城镇污水管制量大、然则氨氮含量和水温相对较低、因素也更为丰富,开垦适合城镇污水的主流工艺具有主要的实际意旨,同时也面对着更大的寻事。厌氧氨氧化手艺用于都会污水仍具有很众较为超过的题目有待管理。比方,NOB 的有用制止和 AAOB 的有用拘押等。

  Strass 污水管制厂最先开启了向主流厌氧氨氧化偏向的迈进。该厂将测流厌氧氨氧化编制残余的AAOB 和 AOB 填补到主流,固然完毕了 AAOB 菌的富集,然则该厂的主流厌氧氨氧化成绩仍不睬念,厉重是亚硝化流程不不变。实践显示,NOB 菌能合适低氧处境,于是低氧运转并不获胜,而间歇曝气等合系制止 NOB 的手艺伎俩仍正在索求中。

  新加坡的樟宜污水厂率先正在主流工艺中获胜完毕了不变的厌氧氨氧化,过程核算,该厂主流自养脱氮流程对 TN 的去除孝敬了 62%。该厂采用分段进水众级 A/O 工艺,编制 HRT 为 5.8 h,污泥停顿年光(SRT)为 5 d,缺氧区和蔼氧区各占 2.5 d,污水温度终年维系正在 28~32 ℃。该厂好氧区短程硝化效用很彰着,曝气池亚硝酸盐累积率为 76%,缺氧区内氨氮和亚硝酸盐氮也获得了同步去除。该厂较高的水温是完毕不变亚硝化的天禀上风,缺氧、好氧瓜代运转和短泥龄的工艺特色是完毕不变亚硝化的症结出处。

  其余,针对厌氧氨氧化响应,筹议职员提出了滋生速、滋长周期短的 AAOB 也能够存正在于泥龄较短的污水管制编制,已有合系的试验声明了该结论。

  脱氮和能量自给已成为污水管制的 2 大方针。古板的生物脱氮流程正在曝气和同化流程中泯灭了能量,正在反硝化和 pH 职掌流程中泯灭了化学药剂。而短程脱氮(搜罗短程硝化和厌氧氨氧化)正在能耗和药耗方面均具有较大的上风。过程 20 众年的开展,短程脱氮已获胜使用于测流等高氨氮废水的管制工程中。水质检测

  1)AAOB 菌滋长舒徐,须要筹议响应器的火速启动伎俩,完毕 AAOB 的火速有用富集,缩短响应器的启动年光;

  2)AAOB 对处境较量敏锐,需确定厌氧氨氧化工程对分别因素废水管制的适宜性,并提出避免有毒物质对 AAOB 发作制止和迫害的伎俩;

  3)主流厌氧氨氧化方面,须要筹议进步工艺运转的不变性,十分是进步亚硝化流程中亚硝酸盐的累积率和 AAOB 正在低温要求下的活性等。

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