實(shí)現(xiàn)脫氮工藝的穩(wěn)定，需要注意調(diào)整哪些控制條件?
- 發(fā)布時(shí)間： 2022-09-06 09:31:18
- 編輯作者： 鴻泰華瑞
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近20 年來(lái)，對(duì)氨氮污水處理方面開(kāi)展了較多的研究。其研究范圍涉及生物法、物化法的各種處理工藝,目前氨氮處理實(shí)用性較好國(guó)內(nèi)運(yùn)用最多的技術(shù)為：傳統(tǒng)生物脫氮法、氨吹脫汽提法、折點(diǎn)氯化法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、膜法等。
01、各類脫氮工藝
1、傳統(tǒng)生物脫氮
傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)是通過(guò)氨化、硝化、反硝化以及同化作用來(lái)完成。傳統(tǒng)生物脫氮的工藝成熟，脫氮效果較好。但存在工藝流程長(zhǎng)、占地多、常需外加碳源、能耗大、成本高等缺點(diǎn)。
2、氨吹脫
包括蒸汽吹脫法和空氣吹脫法，其機(jī)理是將廢水調(diào)至堿性，然后在吹脫塔中通入空氣或蒸汽,經(jīng)過(guò)氣液接觸將廢水中的游離氨吹脫出來(lái)。此法工藝簡(jiǎn)單，效果穩(wěn)定，適用性強(qiáng)，投資較低。但能耗大，有二次污染。
NH4++ OH-= NH3 +H2O
OH-一般由NaOH提供, NaOH分子量為40;不考慮其他因素,理論上計(jì)算得去除1kg NH4+需要NaOH 2.86kg,按工業(yè)級(jí)NaOH 2.0元/kg計(jì)算,去除1kg NH4+的藥劑成本為5.72元(吹出氨氣不吸收).吹脫耗電約為4度/噸.
3、離子交換
離子交換法實(shí)際上是利用不溶性離子化合物(離子交換劑)上的可交換離子與溶液中的其它同性離子(NH4+)發(fā)生交換反應(yīng)，從而將廢水中的NH4+牢固地吸附在離子交換劑表面，達(dá)到脫除氨氮的目的。雖然離子交換法去除廢水中的氨氮取得了一定的效果，但樹(shù)脂用量大、再生難,，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用高，有二次污染。
4、膜過(guò)濾
利用膜的選擇透過(guò)性進(jìn)行氨氮脫除的一種方法。這種方法操作方便，氨氮回收率高，無(wú)二次污染，但投資成本太大，而且對(duì)廢水的水質(zhì)要求太高，尤其是鹽度等。
5、折點(diǎn)加氯法
折點(diǎn)加氯法是投加過(guò)量的氯或次氯酸鈉，使廢水中的氨氮氧化成氮?dú)獾幕瘜W(xué)脫氮工藝。該方法的處理效率可達(dá)到90% ~100%，處理效果穩(wěn)定，不受水溫影響。但運(yùn)行費(fèi)用高，副產(chǎn)物氯胺和氯代有機(jī)物會(huì)造成二次污染。
6、磷酸銨鎂沉淀法(鳥(niǎo)糞石法)
向含氨氮廢水中投加Mg2+和PO43-，三者反應(yīng)生成MgNH4PO4·6H2O(簡(jiǎn)稱MAP)沉淀。此法工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，反應(yīng)快，影響因素少，能充分回收氨實(shí)現(xiàn)廢水資源化。該方法的主要局限性在于沉淀藥劑用量較大，從而致使處理成本較高，沉淀產(chǎn)物MAP的用途有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與推廣。
Mg2++ PO43-+ NH4+= MgNH4PO4
Mg2+一般由MgCL2提供, MgCL2分子量為95; PO43-一般由NaH2PO4提供,分子量145,不考慮其他因素,理論上計(jì)算得去除1kg NH4+需要MgCL27.6kg, NaH2PO410.36kg, 按工業(yè)級(jí)MgCL22.5元/kg, 工業(yè)級(jí)NaH2PO43.0元/kg計(jì)算,去除1kg NH4+的藥劑成本為50元.產(chǎn)生磷酸銨鎂沉淀18kg(不考慮結(jié)晶水)
02、各種除氨工藝的優(yōu)缺點(diǎn)
03、脫氮工藝控制條件
1、酸堿度(pH值)
大量研究表明，氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌的適宜的pH分別為7.0～8.5和6.0～7.5，當(dāng)pH值低于6.0或高于9.6時(shí)，硝化反應(yīng)停止。硝化細(xì)菌經(jīng)過(guò)一段時(shí)間馴化后，可在低pH值(5.5)的條件下進(jìn)行，但pH值突然降低，則會(huì)使硝化反應(yīng)速度驟降，待pH值升高恢復(fù)后，硝化反應(yīng)也會(huì)隨之恢復(fù)。
反硝化細(xì)菌最適宜的pH值為7.0～8.5，在這個(gè)pH值下反硝化速率較高，當(dāng)pH值低于6.0或高于8.5時(shí)，反硝化速率將明顯降低。此外pH值還影響反硝化最終產(chǎn)物，pH值超過(guò)7.3時(shí)終產(chǎn)物為氮?dú)?，低?.3時(shí)終產(chǎn)物是N2O。
硝化過(guò)程消耗廢水中的堿度會(huì)使廢水的pH值下降(每硝化1g氨氮將消耗7.14g堿度，以CaCO3計(jì))。相反，反硝化過(guò)程則會(huì)產(chǎn)生一定量的堿度使pH值上升(每反硝化1g硝酸鹽將產(chǎn)生3.57g堿度，以CaCO3計(jì))但是由于硝化反應(yīng)和反硝化過(guò)程是序列進(jìn)行的，也就是說(shuō)反硝化階段產(chǎn)生的堿度并不能彌補(bǔ)硝化階段所消耗的堿度。因此，為使脫氮系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整pH值。
2、溫度(T)
硝化反應(yīng)適宜的溫度范圍為5～35℃，在5～35℃范圍內(nèi)，反應(yīng)速度隨溫度升高而加快，當(dāng)溫度小于5℃時(shí)，硝化菌代謝能力嚴(yán)重下降，幾乎停止活動(dòng);在同時(shí)去除COD和硝化反應(yīng)體系中，溫度小于15℃時(shí)，硝化反應(yīng)速度會(huì)迅速降低，對(duì)硝酸菌的抑制會(huì)更加強(qiáng)烈。
反硝化反應(yīng)適宜的溫度是15～30℃，當(dāng)溫度低于10℃時(shí)，反硝化作用快速下降，當(dāng)溫度高于30℃時(shí)，反硝化速率也開(kāi)始下降。
有研究表明，溫度對(duì)反硝化速率的影響取與反應(yīng)設(shè)備的類型、負(fù)荷率的高低都有直接的關(guān)系，不同碳源條件下，不同溫度對(duì)反硝化速率的影響也不同。
3、溶解氧(DO)
在好氧條件下硝化反應(yīng)才能進(jìn)行，溶解氧濃度不但影響硝化反應(yīng)速率，而且影響其代謝產(chǎn)物。為滿足正常的硝化反應(yīng)，在活性污泥中，溶解氧的濃度至少要有2mg/L，一般應(yīng)在2～3mg/L，生物膜法則應(yīng)大于3mg/L。當(dāng)溶解氧的濃度低于0.5～0.7mg/L時(shí)，硝化反應(yīng)過(guò)程將受到限制。
傳統(tǒng)的反硝化過(guò)程需在較為嚴(yán)格的缺氧條件下進(jìn)行，因?yàn)檠鯐?huì)同競(jìng)爭(zhēng)電子供體，且會(huì)抑制微生物對(duì)硝酸鹽還原酶的合成及其活性。但是，在一般情況下，活性污泥生物絮凝體內(nèi)存在缺氧區(qū)，曝氣池內(nèi)即使存在一定的溶解氧，反硝化作用也能進(jìn)行。研究表明，要獲得較好的反硝化效果，對(duì)于活性污泥系統(tǒng)，反硝化過(guò)程中混合液的溶解氧濃度應(yīng)控制在0.5mg/L以下;對(duì)于生物膜系統(tǒng)，溶解氧需保持在1.5mg/L以下。
4、碳氮比(C/N)
在脫氮過(guò)程中，C/N將影響活性污泥中硝化菌所占的比例。因?yàn)橄趸鸀樽责B(yǎng)型微生物，代謝過(guò)程不需要有機(jī)質(zhì)，所以污水中的BOD5/TKN越小，即BOD5的濃度越低硝化菌所占的比例越大，硝化反應(yīng)越容易進(jìn)行。
氨氮是硝化作用的主要基質(zhì)，應(yīng)保持一定的濃度，但氨氮濃度超過(guò)100～200mg/L時(shí)，會(huì)對(duì)硝化反應(yīng)起抑制作用，其抑制程度隨著氨氮濃度的增加而增加。
反硝化過(guò)程需要有足夠的有機(jī)碳源，但是碳源種類不同亦會(huì)影響反硝化速率。反硝化碳源可以分為三類：第一類是易于生物降解的溶解性的有機(jī)物;第二類是可慢速降解的有機(jī)物;第三類是細(xì)胞物質(zhì)，細(xì)菌利用細(xì)胞成分進(jìn)行內(nèi)源硝化。在三類物質(zhì)中，第一類有機(jī)物作為碳源的反應(yīng)速率最快，第三類最慢。
有研究認(rèn)為，廢水中BOD5/TKN≥4~6時(shí)，可以認(rèn)為碳源充足，不必外加碳源。
5、污泥齡(SRT)
污泥齡(生物固體的停留時(shí)間)是廢水硝化管理的控制目標(biāo)。為了使硝化菌菌群能在連續(xù)流的系統(tǒng)中生存下來(lái)，系統(tǒng)的SRT必須大于自養(yǎng)型硝化菌的比生長(zhǎng)速率，泥齡過(guò)短會(huì)導(dǎo)致硝化細(xì)菌的流失或硝化速率的降低。在實(shí)際的脫氮工程中，一般選用的污泥齡應(yīng)大于實(shí)際的SRT。有研究表明，對(duì)于活性污泥法脫氮，污泥齡一般不低于15d。污泥齡較長(zhǎng)可以增加微生物的硝化能力，減輕有毒物質(zhì)的抑制作用，但也會(huì)降低污泥活性。
6、內(nèi)回流比(r)
內(nèi)回流的作用是向反硝化反應(yīng)器內(nèi)提供硝態(tài)氮，使其作為反硝化作用的電子受體，從而達(dá)到脫氮的目的，循環(huán)比不但影響脫氮的效果，而且影響整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力消耗，是一項(xiàng)重要的參數(shù)。循環(huán)比的取值與要求達(dá)到的效果以及反應(yīng)器類型有關(guān)。有數(shù)據(jù)表明，循環(huán)比在50%以下，脫氮率很低;脫氮率在200%以下，脫氮率隨循環(huán)比升高而顯著上升;內(nèi)回流比高于200%以后，脫氮效率提高較緩慢。一般情況下，對(duì)低氨氮濃度的廢水，回流比在200%～300%最為經(jīng)濟(jì)。
7、氧化還原電位(ORP)
在理論上，缺氧段和厭氧段的DO均為零，因此很難用DO描述。據(jù)研究，厭氧段ORP值一般在-160～-200mV之間，好氧段ORP值一般在+180mV坐右，缺氧段的ORP值在-50～-110mV之間，因此可以用ORP作為脫氮運(yùn)行的控制參數(shù)。
8、抑制性物質(zhì)
某些有機(jī)物和一些重金屬、氰化物、硫及衍生物、游離氨等有害物質(zhì)在達(dá)到一定濃度時(shí)會(huì)抑制硝化反應(yīng)的正常進(jìn)行。游離氨的抑制允許濃度：亞硝酸(Nitosomonas)為10～150mg/L，硝酸鹽(Nitrobacter)為0.1～1mg/L。有機(jī)物抑制硝化反應(yīng)的主要原因：一是有機(jī)物濃度過(guò)高時(shí)，硝化過(guò)程中的異養(yǎng)微生物濃度會(huì)大大超過(guò)硝化菌的濃度，從而使硝化菌不能獲得足夠的氧而影響硝化速率;二是某些有機(jī)物對(duì)硝化菌具有直接的毒害或抑制作用。
9、生物脫氮過(guò)程中氮素的轉(zhuǎn)化條件
生物脫氮過(guò)程包括氨氧化、亞硝化、硝化及反硝化，有機(jī)物降解碳化過(guò)程亦伴隨著這些過(guò)程同時(shí)完成。綜合考慮各項(xiàng)因素(如菌種及其增值速度、溶解氧、pH值、溫度、負(fù)荷等)可有效減化和改善生物脫氮的總體過(guò)程。
10、其他因素影響
生物脫氮系統(tǒng)涉及厭氧和缺氧過(guò)程，不需要供氧，但必須使污泥處于懸浮狀態(tài)，攪拌是必需的，攪拌所需的功率對(duì)豎向攪拌器一般為12～16W/m3，對(duì)水平攪拌器一般為8W/m3。
