工業(yè)污水處理廠生物脫氮效率提升策略
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摘要：本文首先對生物脫氮基本原理加以分析，其次對污水處理廠常見脫氮工藝加以闡述，最后對提高生物脫氮效率方式展開探討，望借此為提高污水處理廠生物脫氮效率提供參考。
污水處理工藝中脫氮技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展歷史可追溯至20世紀，并在工程實踐中得以廣泛應(yīng)用。此外，污水處理進程中，水質(zhì)中氮的含量為衡量水質(zhì)的一線重要指標，因此脫氮工藝成為污水處理的重要環(huán)節(jié)。一旦排入江河湖海等水體中的水質(zhì)含氮量較高，將會導(dǎo)致水體產(chǎn)生富營養(yǎng)化，嚴重危害生態(tài)環(huán)境及人體健康，因此，在污水處理過程中須注重生物脫氮效率的提升。
1生物脫氮基本原理
傳統(tǒng)生物脫氮理論中，生物脫氮過程通常分為反硝化階段、硝化階段、氨化階段三個階段，其中氨化階段即指借助異養(yǎng)型微生物、好氧型生物的應(yīng)用，分解并氧化污水中的含氮有機物，生成氨氮；硝化階段即指借助硝化菌的應(yīng)用同氨氮產(chǎn)生硝化反應(yīng)，生成NO3-及NO2-。反硝化階段即指借助反硝化菌同NO3-及NO2-產(chǎn)生反硝化反應(yīng)，生成N2。生物脫氮工藝流程主要可分為氧化溝工藝、兩級活性污泥法脫氮工藝、傳統(tǒng)脫氮工藝等。其中所涉及化學(xué)反應(yīng)主要如下：一為硝化反應(yīng)。主要由硝化、亞硝化兩步驟展開，反應(yīng)活動分別選用自養(yǎng)型硝酸鹽細菌、自養(yǎng)型亞硝酸鹽細菌兩種不同硝化菌完成反應(yīng)。所選用硝化菌對環(huán)境較為敏感，因此，在反應(yīng)過程中反應(yīng)環(huán)境須滿足以下條件：①好氧條件，即DO≥1mg/l，同時還應(yīng)維持一定堿度，并保持適宜的pH值，pH數(shù)值以8.0-8.4間為宜；②反應(yīng)環(huán)境溫度應(yīng)適當(dāng)，以20-30℃為宜，若環(huán)境溫度不足15℃，硝化反應(yīng)速度將會受影響而降低，硝化反應(yīng)在溫度不足5℃的環(huán)境下將會停止反應(yīng)；③水中所浸入有機物濃度應(yīng)適中；④硝化菌于反應(yīng)器中所擱置時間即污泥齡不可低于最小世代時間，通常為3d-10d。二為反硝化反應(yīng)。NO3--N及NO2--N中的N存在兩種反應(yīng)方式：一為可與同化反硝化反應(yīng)生成有機氮化物，為菌體最終構(gòu)成部分，二為可與異化反硝化反應(yīng)生成有機氮氣。為達成上述反應(yīng)均需滿足以下幾點要求：①碳源。外加碳源、污水中有機物為污水中碳源的主要來源，若污水中C/N值超出3-5，則表明碳源充足，不需再加碳源，若碳源不足，需借助外加甲醇，補充碳源。②pH值。為保證反應(yīng)生成，需保證適宜pH值，pH值以6.5-7.5為宜，若pH值＜6或＞8，均會對反硝酸反應(yīng)效率造成影響。③溶解氧。缺氧環(huán)境下，反硝化菌將會生成反硝化反應(yīng)，故需將溶解氧控制于0.5mg/l范圍內(nèi)。④溫度。此反應(yīng)對環(huán)境溫度提出較高要求，溫度應(yīng)以20-40℃為宜，若溫度不足15℃將會大幅降低反應(yīng)效率。
2污水處理廠常見脫氮工藝
遵循污水處理廠水質(zhì)要求下對我國較為成熟的幾種脫氮工藝如MBR、A2/O、曝氣生物濾池等加以比對，望借此為污水處理廠提升脫氮效率提供一定參考。以工藝原理層面分析，A2/O工藝為在不同微生物硝化、反硝化及好氧氧化等作用下去除污水中的氨氮、有機物、總氮，并以二沉池完成水、泥的分離；曝氣生物濾池工藝即指借助不同微生物在濾池表層生物膜中所產(chǎn)生的硝化、反硝化、好氧氧化等反應(yīng)，完成污水中總氮、有機物、氨氮的去除，再借助過濾反應(yīng)，對出水質(zhì)量加以保障。MBR工藝即為利用好氧、厭氧、缺氧段微生物的反硝化、氧化及硝化反應(yīng)將污水中的氨氮、總氮、有機物予以去除，利用膜完成泥水分離。以工藝特征層面分析，A2/O工藝以懸浮型活性污泥法為主，具備工藝流程簡潔及水頭損失小等特征，且運行管理經(jīng)驗較為成熟，在出水方面具備較高可靠性，運行模式調(diào)整便捷，可對不同工況所提出要求加以滿足。曝氣生物濾池工藝則以附著型生物膜法為主，具備基建投資少及占地面積較小等特點，但此工藝不足之處在于對自控要求較高，所產(chǎn)生污泥量大及對進水水質(zhì)要求較高等。MBR工藝所采用方法為膜技術(shù)、A2/O懸浮活性污泥法二者的結(jié)合，具備占地面積較小、出水質(zhì)量高及抗沖擊負荷低等特點，但此工藝不足之處在于對水質(zhì)要求較高且設(shè)備投資大。以外界條件適應(yīng)性而言，A2/O工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定，并可良好適應(yīng)外部條件。MBR工藝出水水質(zhì)較為穩(wěn)定，對外界條件也可良好適應(yīng)，而曝氣生物濾池工藝出水水質(zhì)較為穩(wěn)定，具備強外界適應(yīng)能力。從運行管理方面分析，A2/O工藝流程簡潔，在運行管理方面也具備較為成熟的經(jīng)驗，在運行過程中無須配置大量設(shè)備便可完成。MBR工藝具備較高的自控要求且構(gòu)筑物較少。曝氣生物濾池工藝有著濾池環(huán)境差、流程繁瑣、設(shè)備多及管理困難等不足。
3提高生物脫氮效率方式
3.1厭氧氨氧化
厭氧環(huán)境下，NH4+-N、NO2--N分別作為電子供體、電子受體，可生成氮氣，此即為厭氧氨氧化，主要涉及亞硝化反應(yīng)、厭氧氨氧化兩個過程，亞硝化細菌可在氧氣充足條件下實現(xiàn)NH4+-N向NO2--N的轉(zhuǎn)變，缺氧條件下，NO2--N則可成為電子受體，實現(xiàn)NH4+-N向氮氣的轉(zhuǎn)化。此方式所具備優(yōu)勢如下：一為無須外加碳源，以NH4+-N為電子供體，可實現(xiàn)費用的大幅節(jié)約；二為降低能耗，若不考慮細胞合成因素，則可至少降低62.5%的能耗。厭氧氨氧化反應(yīng)中每氧化1molNH4+-N僅需0.75mol即可，而在硝化反應(yīng)中最低耗氧量為2mol；三為中和試劑使用量較少，通常情況下，生物產(chǎn)堿量在厭氧氨氧化反應(yīng)中多為0，同時產(chǎn)酸量也會隨之降低。
3.2短程硝化反硝化
傳統(tǒng)生物脫氮理論指出，污水處理中借助亞硝化細菌、硝化細菌的應(yīng)用，可將水中含有的NH4+-N氧化生成NO3--N，而借助反硝化細菌作用則可生成氮氣。在污水處理過程中，為推動脫氮效率的提升，可在NO2--N階段便完成硝化反應(yīng)，至NO2--N成為最終電子受體為止，同時，有機物則可成為電子供體，完成反硝化。由此可見，嚴格控制反應(yīng)環(huán)境條件即為實現(xiàn)短程硝化反硝化重要步驟，通過此步驟還可累積大量NO2--N。此方式所具備優(yōu)勢如下：一為耗能低，借助縮短硝化過程的方式，可將曝氣供氧量至少降低25%；二為低碳源消耗，反硝化過程中所應(yīng)用的有機碳源消耗量同傳統(tǒng)方式相比至少降低40%；三為反應(yīng)時間較短，且借助反硝化過程還可減少反應(yīng)器容積，至少可節(jié)約30%~40%；四為反硝化效率高，同NO3--N氧化效率相比，可提升63%；五為污泥產(chǎn)率低，以硝化過程為例，硝化過程產(chǎn)泥量至少減少33%~35%，而在反硝化過程中可至少可降低55%的產(chǎn)泥量。
4結(jié)束語
綜上所述，伴隨水資源緊缺現(xiàn)象的日漸加劇，提高污水處理水平，保障出水水質(zhì)以及提升水資源利用率尤為必要。其中脫氮工藝為保障污水處理質(zhì)量的重要內(nèi)容，因此，本文圍繞工業(yè)污水處理廠生物脫氮效率提升策略展開研究，對厭氧氨氧化、短程硝化反硝化兩種提高生物脫氮效率方式的優(yōu)勢加以闡述，望借此可切實推動工業(yè)污水處理廠生物脫氮效率增長。
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作者：馬玉成 單位：山東藍然環(huán)境科技有限公司
