高濃度含氨廢水的厭氧脫氮研究進(jìn)展

1、知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng)pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除）高濃度含氨廢水的厭氧脫氮研究進(jìn)展近幾年來，荷蘭delft大學(xué)等研究者在流化床反應(yīng)器中發(fā)現(xiàn)了一種新的高濃度含氨廢水的脫氮反應(yīng)過程1，并提出了一系列新工藝，如anammox、sharon和oland等。這些工藝基于對(duì)氮生物循環(huán)的新發(fā)現(xiàn)，為廢水生物脫氮處理提供了新的途徑。1anammox工藝厭氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation)是在嚴(yán)格的缺氧條件下以no2-作為電子受體，利用自養(yǎng)菌將氨直接氧化為氮?dú)舛鴮?shí)現(xiàn)脫氮的工藝26。研究表明，氨厭氧氧化產(chǎn)生的一分子氮?dú)庵幸粋€(gè)氮原子來自no2-，而另一氮原子則來自于氨，對(duì)氨

2、的最大去除速率可達(dá)1.2mmol/(lh)，氧化1mol氨需要消耗0.6mol的no2-，并由此產(chǎn)生0.8mol的氮?dú)?。羥胺(nh2oh)和聯(lián)氨(n2h4)是厭氧氨氧化過程的中間產(chǎn)物，其中羥胺為最可能的電子受體，而羥胺本身則是由hno2產(chǎn)生的4。當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)中有過量的羥胺和氨時(shí)將發(fā)生暫時(shí)的n2h4積累。聯(lián)氨向氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化被認(rèn)為是通過將no2-還原為羥胺同時(shí)產(chǎn)生等量的電子而實(shí)現(xiàn)的，但該反應(yīng)是在同種酶的不同部位發(fā)生no2-的還原和羥胺的氧化還是通過由電子轉(zhuǎn)移鏈相連接的不同酶系統(tǒng)的催化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的尚待進(jìn)一步研究。研究表明，anammox過程是由自養(yǎng)菌(candidatus brocadia anammox

3、idans)完成的7、8，它被認(rèn)為同時(shí)具有將no2-氧化為no3-的功能，但生長緩慢(ph=8、溫度為40時(shí)的生長世代期為11d2)。egli等人采用生物轉(zhuǎn)盤處理含高濃度氨的垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的研究表明，污泥中的candidatus brocadia anammoxidans占90.9%，且對(duì)po43-和no2-均具有很高的抗性(最大耐受濃度分別達(dá)20mmol/l和13mmol/l，在低濃度時(shí)具有較高的活性)，對(duì)ph值的適應(yīng)范圍為6.59，最適ph值和溫度分別為8和375。目前，尚未完全了解此類微生物的特性，但已發(fā)現(xiàn)其具有不規(guī)則的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和外形5、7、8。在anammox過程中，自養(yǎng)反硝化菌的電

4、子受體是no2-而不是no2-，氨則是電子供體。strous等人采用20個(gè)不同型式的流化床反應(yīng)器對(duì)合成基質(zhì)的研究表明3，反應(yīng)器系統(tǒng)的基質(zhì)轉(zhuǎn)化速率可達(dá)3.0kgnh4+-n/(m3d)，no2-和氨的平均去除率分別達(dá)99.5%和84.6%，流化床中生物量的最大比活性約為25 nmolnh4+/(minmg-1)，同化1molco2需要氧化24mol的氨，增長速率為0.001h-1，相當(dāng)于世代時(shí)間為29d。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)過程能否順利進(jìn)行與反應(yīng)器中no2-和氨是否同時(shí)存在密切相關(guān)，其反應(yīng)的主要產(chǎn)物為氮?dú)?，同時(shí)約有5%17%的no2-被轉(zhuǎn)化為no3-，氨、no2-和所產(chǎn)生的no3-量的比例為11.31

5、0.222。 參與anammox過程的細(xì)菌首先是在進(jìn)水僅含氨和no2-的流化床反應(yīng)器中發(fā)現(xiàn)的。微生物在流化床內(nèi)以生物膜的形式生長在砂粒載體的表面，但對(duì)此類細(xì)菌的培養(yǎng)效果并不十分理想，其原因是實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的流化運(yùn)行比較困難，其對(duì)生物體的截留量往往不足以滿足此類細(xì)菌的需要。采用sbr作為anammox反應(yīng)器的研究表明：在沉淀階段絮凝體沉降迅速，污泥截留率可達(dá)90%，即具有很強(qiáng)的生物體截留能力，利于anammox細(xì)菌的生長。sbr反應(yīng)器的生物量中anammox細(xì)菌的比例高達(dá)74%，而流化床反應(yīng)器中則為64%，即sbr對(duì)anammox細(xì)菌的選擇性要好于流化床。sbr反應(yīng)器的運(yùn)行條件穩(wěn)定9。與傳統(tǒng)的硝化反

6、硝化脫氮工藝相比，anammox工藝具有以下特點(diǎn)：需氧量低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。在anammox過程中氨是在與no2-同時(shí)存在的條件下直接轉(zhuǎn)化為氮?dú)舛鴮?shí)現(xiàn)脫氮的，其中氨和no2-的比例為11.315，即在anammox過程中并不需要將氨徹底氧化為no3-，而僅需轉(zhuǎn)化為no2-，即為部分氧化(或硝化)，因而所需的供氧量可大大降低。不需要外加碳源。由于實(shí)現(xiàn)anammox過程的微生物為自養(yǎng)菌，因而無需傳統(tǒng)硝化反硝 化工藝中反硝化菌(異養(yǎng)菌)所必需的碳源。原水中無足夠的no2-可供利用時(shí)需外加no2-。2sharon工藝sharon工藝遵循短程反硝化原理，是基于no2-的高效脫氨單反應(yīng)器工藝的簡稱10。該工藝

7、是高濃度含氨(5 000 mg/l)廢水的理想處理工藝。它是一個(gè)無需污泥截留 的單個(gè)cstr(continuous stirred tank reactor)反應(yīng)器，在溫度25 (一般為3040 )的條件下可通過種群篩選產(chǎn)生大量的亞硝化菌，并使硝化過程穩(wěn)定地控制在亞硝化階段(以no2-為硝化終產(chǎn)物)，可節(jié)省能耗及外加碳源(電子供體)。硝化菌能快速地將no2-氧化為no3-，而在傳統(tǒng)的工藝中則很難將硝化控制在亞硝化階段。在sharon工藝中硝化菌的生長速度明顯低于亞硝化菌，故通過完全混合反應(yīng)器并控制短暫的停留時(shí)間(如1d )及高溫條件可有效控制硝化菌的生長，通過間歇曝氣可實(shí)現(xiàn)對(duì)脫氮和ph值的控制

8、。該工藝可節(jié)省25%的供氧和40%的碳源，適用于具有脫氮要求的場(chǎng)合。當(dāng)該工藝與anammox工藝聯(lián)用時(shí)，僅需將50%的氨轉(zhuǎn)化為no2-，從而不僅無需外加no2-，而且由于大多數(shù)厭氧處理出水中含有以co32-形式存在的堿度(可補(bǔ)償因完全硝化造成的堿度消耗)而無 需外加堿度物質(zhì)。sharon工藝運(yùn)行的關(guān)鍵是通過對(duì)停留時(shí)間和溫度的控制來抑制硝化菌的生長。在處理過程中可進(jìn)行定期的反硝化以控制ph值。在1.5 l反應(yīng)器試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和化學(xué)計(jì)量物料平衡關(guān)系原理，于1998年在荷蘭的rotterdam dokhaven污水處理廠設(shè)計(jì)并投入運(yùn)行了處理規(guī)模為1 500m3/d 的生產(chǎn)性sharon

9、工藝，其去除1 kgnh4+-n的投資估算為1.7美元11。3oland工藝比利時(shí)微生物生態(tài)實(shí)驗(yàn)室于1998年培養(yǎng)了一種用于高濃度含氨廢水處理的自養(yǎng)硝化菌，其關(guān)鍵特征是能通過自身供氧而將硝化過程控制在亞硝化階段，電子受體不足時(shí)可消耗其自身(即消耗no2-)來氧化氨。oland工藝即是由自養(yǎng)硝化菌作為生物催化劑所發(fā)生的氧化還原除氮，為氧控自養(yǎng)硝化反硝化的簡稱10、12。據(jù)報(bào)道，該工藝可比傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝節(jié)省供氧62.5%，節(jié)省電子供體(碳源)100%。在上述氧化還原反應(yīng)中，亞硝化菌可獲得足夠的能量以維持其生長?？刂圃撨^程的關(guān)鍵參數(shù)是氧濃度。目前存在的問題是，在混合菌群連續(xù)運(yùn)行的條件下尚難以對(duì)

10、氧和污泥的ph值進(jìn)行良好的控制。若可通過化學(xué)計(jì)量方法合理地控制氧的供給，即可使污泥處于亞硝化階段。實(shí)驗(yàn)室研究表明，該工藝對(duì)的去除效率相當(dāng)高50mgtn/(ld)。4厭氧脫氮工藝的應(yīng)用近幾年，對(duì)厭氧氨氧化工藝的研究已由反應(yīng)原理、微生物特性及控制條件等方面轉(zhuǎn)向人工和實(shí)際廢水的處理效果方面，尤其對(duì)去除污泥消化上清液中氨的可行性進(jìn)行了較多研究。由于消化池上清液的ph值和溫度分別為7.08.5和3037，均在anammox微生物的最優(yōu)生長條件范圍內(nèi)，故此類微生物對(duì)消化池上清液具有良好的適應(yīng)性。采用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的生物流化床反應(yīng)器(2l)處理消化池上清液的研究進(jìn)一步表明，anammox工藝可有效地去除廢水中的

11、氨和no2-，反應(yīng)器的氮負(fù)荷由0.46kgtn/(m3d)增加到約2.6 kgtn/(m3d)，氮的轉(zhuǎn)化率由0.05kgtn/(kgssd)提高到0.26kgtn/(kgssd)，對(duì)消化池上清液中氨和no2-的去除率分別達(dá)到88%和99%(表1)3、13。以上有關(guān)研究中反應(yīng)器內(nèi)的no2-是由人工投加的，而在實(shí)際應(yīng)用中no2-必須通過合理的工藝設(shè)計(jì)或通過生物轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)處理系統(tǒng)中no2-的自給，sharon工藝便是其中之一。表1anammox流化床和sharon反應(yīng)器處理效果參數(shù)shanron工藝anammox工藝氨負(fù)荷kgnh4+-n/(m3d)0.631.00.241.34no2-負(fù)荷kgno2

12、-/(m3d)0.221.29氮負(fù)荷kgtn/(m3d)0.631.00.462.63出水nh4+-n(mg/l)19927(85)出水no2-(mg/l)4693(3)nh4+-n去除率(%)769088(9)no2-去除率(%)99(2)污泥負(fù)荷kgtn/(kgssd)10.30.050.26注：shanron工藝中的氨負(fù)荷與進(jìn)水濃度成正比；anammox工 藝中的no2-是外加的。荷蘭delft大學(xué)kluyver生物技術(shù)學(xué)院采用sharonanammox聯(lián)用工藝(圖1)處理污泥消化池上清液的研究表明，在不控制shanron反應(yīng)器內(nèi)ph值的條件下且進(jìn)水tn負(fù)荷為0.8 kgtn/(m3d)

13、時(shí)，上清液中的氨大部分被轉(zhuǎn)化為no2-，而所產(chǎn)生的no3-僅占總nox-n的11%，所產(chǎn)生的氨和no2-混合液適于采用anammox工藝進(jìn)行處理13。sharon反應(yīng)器出水進(jìn)入anammox流化床反應(yīng)器，因no2-濃度有限而被徹底去除并獲得了83%的去除率。目前，有關(guān)聯(lián)用工藝的優(yōu)化及實(shí)際應(yīng)用尚待進(jìn)一步研究。研究表明，以anammox途徑實(shí)現(xiàn)氨厭氧氧化的先決條件是在同一反應(yīng)器中同時(shí)存在氨和no2-，且反應(yīng)器處于無氧狀態(tài)。產(chǎn)生no2-的有效途徑有二：一是限制反應(yīng)器的供氧以利于no2-的形成并抑制no3-的生成；二是限制反應(yīng)器中反硝化所需的電子供體(如硫化物或有機(jī)物等)的數(shù)量以限制反硝化的發(fā)生。以上

14、措施在廢水處理廠中易于實(shí)現(xiàn)，由此可促進(jìn)anammox微生物的大量繁殖。此外，廢水中高濃度的氨與限制供氧相結(jié)合，可獲得氨和no2-在反應(yīng)器中同時(shí)存在的條件。采用生物轉(zhuǎn)盤處理氨濃度為200400mg/l的垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的anammox研究表明，對(duì)氮的去除率可達(dá)70%90%14。5結(jié)語上述新工藝為研究和應(yīng)用更為節(jié)能、更為有效的生物脫氮方法開辟了新的前景，但目前這些工藝尚處于理論研究和應(yīng)用的初步階段，還有許多問題需要解決，包括：如何在工程實(shí)際中合理控制運(yùn)行條件以實(shí)現(xiàn)這些工藝的實(shí)用化和長期穩(wěn)定運(yùn)行；如何合理地組合工藝以提供亞硝化菌生長所需的環(huán)境條件并獲得所需的生物量；由于no2-是一種強(qiáng)活性物質(zhì)，可與

15、芳香胺及其他芳香類物質(zhì)反應(yīng)而產(chǎn)生有害的亞硝化和硝化副產(chǎn)物，因而對(duì)此有必要作一些研究；需對(duì)有關(guān)微生物的特性作進(jìn)一步深入研究。感謝您的使用 “小萍，晚上10點(diǎn)以后你為什么老關(guān)機(jī)？”陳飛很直接的發(fā)過來一條這樣的疑問。有些按捺不住心頭的怒火得力萍想起白天母親那無休止的嘮叨，在看看陳飛所發(fā)過來的令人氣憤的短信，。平日有著高雅素養(yǎng)的她也很難一下子控制住心頭怒火中燒的情緒，“我忙忙碌碌一整天，下班以后我只想回家安安靜靜好好的睡一覺，沉沉香甜的睡夢(mèng)中，我不想被外界的因素所打擾，這就是我下班以后回家立刻關(guān)機(jī)的原因。陳飛你問這話到底是什么意思？”氣憤填膺的李萍立刻回復(fù)著陳飛?！拔抑滥惆滋鞛榱孙埖甑纳鈩诼挡豢暗?/p>

16、，但是白天再累晚上下班以后也不至于回家就倒頭大睡呀，你難道沒有別的娛樂愛好嗎？”陳飛這個(gè)令李萍還在躊躇考驗(yàn)的男人竟然還在不知深淺的試探著?！笆裁磰蕵讽?xiàng)目？你難道說的是找一群人在一起花天酒地的吃喝？還是閑得無聊漫無目的的在大街上瞎溜達(dá)？還是醉醺醺的在酒醉迷離中鬼哭狼嚎？陳飛，我告訴你，我沒有那多閑心和空閑的時(shí)間去干那些令人覺得無聊的事情”?？吹疥愶w竟然說出如此之話李萍徹底的被激怒了?！靶∑?。我不是那個(gè)意思，你真的誤會(huì)我的意思了。我就是覺得你平日認(rèn)識(shí)的朋友也是很多的，并且你也是非常的熱情好客的。既然你的交友圈子廣泛，晚上不至于就這樣按部就班的在家蒙頭大睡吧？”當(dāng)一個(gè)男人表露內(nèi)心所想的時(shí)候，小肚雞腸或者說有點(diǎn)自私的男人本色也就顯露無疑?！澳峭砩衔也凰X我能去干嘛？陳飛，你到底想對(duì)我說些什么，如果你真的想知道什么你就直接對(duì)我說，你又何必拐彎抹角的用話語來傷人那？ ”“小萍，我說的真的不是那個(gè)意思，我就是隨便的問一句。你千萬別生氣，我真的沒有別的意思?！崩钇嫉幕貜?fù)出乎陳飛意料，他覺得他的話令對(duì)方生氣了?！瓣愶w，我沒有生氣，我為什么要生氣？我可以拍著胸脯對(duì)天發(fā)誓，我沒干什么見不得人的事情。陳飛，我再告訴你一遍，以后不管白天你怎么發(fā)短信我都會(huì)全天開機(jī)，可是到了晚上我十點(diǎn)鐘準(zhǔn)時(shí)關(guān)機(jī)，所以晚上10點(diǎn)以后你就別打我電話了。還有你覺得咱們有相處下去的必要，我就當(dāng)什么都沒發(fā)生過，照常