實現(xiàn)脫氮工藝的穩(wěn)定，需要注意調(diào)整哪些控制條件?
- 發(fā)布時間： 2022-09-06 09:31:18
- 編輯作者： 鴻泰華瑞
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- 關(guān)鍵字： 脫氮工藝、穩(wěn)定、控制條件
近20 年來，對氨氮污水處理方面開展了較多的研究。其研究范圍涉及生物法、物化法的各種處理工藝,目前氨氮處理實用性較好國內(nèi)運用最多的技術(shù)為：傳統(tǒng)生物脫氮法、氨吹脫汽提法、折點氯化法、化學沉淀法、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)是通過氨化、硝化、反硝化以及同化作用來完成。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、占地多、常需外加碳源、能耗大、成本高等缺點。
2、氨吹脫
包括蒸汽吹脫法和空氣吹脫法，其機理是將廢水調(diào)至堿性，然后在吹脫塔中通入空氣或蒸汽,經(jīng)過氣液接觸將廢水中的游離氨吹脫出來。此法工藝簡單，效果穩(wěn)定，適用性強，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,理論上計算得去除1kg NH4+需要NaOH 2.86kg,按工業(yè)級NaOH 2.0元/kg計算,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，但樹脂用量大、再生難,，導致運行費用高，有二次污染。
4、膜過濾
利用膜的選擇透過性進行氨氮脫除的一種方法。這種方法操作方便，氨氮回收率高，無二次污染，但投資成本太大，而且對廢水的水質(zhì)要求太高，尤其是鹽度等。
5、折點加氯法
折點加氯法是投加過量的氯或次氯酸鈉，使廢水中的氨氮氧化成氮氣的化學脫氮工藝。該方法的處理效率可達到90% ~100%，處理效果穩(wěn)定，不受水溫影響。但運行費用高，副產(chǎn)物氯胺和氯代有機物會造成二次污染。
6、磷酸銨鎂沉淀法(鳥糞石法)
向含氨氮廢水中投加Mg2+和PO43-，三者反應(yīng)生成MgNH4PO4·6H2O(簡稱MAP)沉淀。此法工藝簡單，操作簡便，反應(yīng)快，影響因素少，能充分回收氨實現(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的用途有待進一步開發(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,理論上計算得去除1kg NH4+需要MgCL27.6kg, NaH2PO410.36kg, 按工業(yè)級MgCL22.5元/kg, 工業(yè)級NaH2PO43.0元/kg計算,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
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pH值低于6.0或高于9.6時，硝化反應(yīng)停止。硝化細菌經(jīng)過一段時間馴化后，可在低pH值(5.5)的條件下進行，但pH值突然降低，則會使硝化反應(yīng)速度驟降，待pH值升高恢復后，硝化反應(yīng)也會隨之恢復。
反硝化細菌最適宜的pH值為7.0～8.5，在這個pH值下反硝化速率較高，當pH值低于6.0或高于8.5時，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7.3時終產(chǎn)物為氮氣，低于7.3時終產(chǎn)物是N2O。
硝化過程消耗廢水中的堿度會使廢水的pH值下降(每硝化1g氨氮將消耗7.14g堿度，以CaCO3計)。相反，反硝化過程則會產(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)但是由于硝化反應(yīng)和反硝化過程是序列進行的，也就是說反硝化階段產(chǎn)生的堿度并不能彌補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，當溫度小于5℃時，硝化菌代謝能力嚴重下降，幾乎停止活動;在同時去除COD和硝化反應(yīng)體系中，溫度小于15℃時，硝化反應(yīng)速度會迅速降低，對硝酸菌的抑制會更加強烈。
反硝化反應(yīng)適宜的溫度是15～30℃，當溫度低于10℃時，反硝化作用快速下降，當溫度高于30℃時，反硝化速率也開始下降。
有研究表明，溫度對反硝化速率的影響取與反應(yīng)設(shè)備的類型、負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。當溶解氧的濃度低于0.5～0.7mg/L時，硝化反應(yīng)過程將受到限制。
傳統(tǒng)的反硝化過程需在較為嚴格的缺氧條件下進行，因為氧會同競爭電子供體，且會抑制微生物對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，反硝化作用也能進行。研究表明，要獲得較好的反硝化效果，對于活性污泥系統(tǒng)，反硝化過程中混合液的溶解氧濃度應(yīng)控制在0.5mg/L以下;對于生物膜系統(tǒng)，溶解氧需保持在1.5mg/L以下。
4、碳氮比(C/N)
在脫氮過程中，C/N將影響活性污泥中硝化菌所占的比例。因為硝化菌為自養(yǎng)型微生物，代謝過程不需要有機質(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100～200mg/L時，會對硝化反應(yīng)起抑制作用，其抑制程度隨著氨氮濃度的增加而增加。
反硝化過程需要有足夠的有機碳源，但是碳源種類不同亦會影響反硝化速率。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物;第二類是可慢速降解的有機物;第三類是細胞物質(zhì)，細菌利用細胞成分進行內(nèi)源硝化。在三類物質(zhì)中，第一類有機物作為碳源的反應(yīng)速率最快，第三類最慢。
有研究認為，廢水中BOD5/TKN≥4~6時，可以認為碳源充足，不必外加碳源。
5、污泥齡(SRT)
污泥齡(生物固體的停留時間)是廢水硝化管理的控制目標。為了使硝化菌菌群能在連續(xù)流的系統(tǒng)中生存下來，系統(tǒng)的SRT必須大于自養(yǎng)型硝化菌的比生長速率，泥齡過短會導致硝化細菌的流失或硝化速率的降低。在實際的脫氮工程中，一般選用的污泥齡應(yīng)大于實際的SRT。有研究表明，對于活性污泥法脫氮，污泥齡一般不低于15d。污泥齡較長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，而且影響整個系統(tǒng)的動力消耗，是一項重要的參數(shù)。循環(huán)比的取值與要求達到的效果以及反應(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，對低氨氮濃度的廢水，回流比在200%～300%最為經(jīng)濟。
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作為脫氮運行的控制參數(shù)。
8、抑制性物質(zhì)
某些有機物和一些重金屬、氰化物、硫及衍生物、游離氨等有害物質(zhì)在達到一定濃度時會抑制硝化反應(yīng)的正常進行。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。有機物抑制硝化反應(yīng)的主要原因：一是有機物濃度過高時，硝化過程中的異養(yǎng)微生物濃度會大大超過硝化菌的濃度，從而使硝化菌不能獲得足夠的氧而影響硝化速率;二是某些有機物對硝化菌具有直接的毒害或抑制作用。
9、生物脫氮過程中氮素的轉(zhuǎn)化條件
生物脫氮過程包括氨氧化、亞硝化、硝化及反硝化，有機物降解碳化過程亦伴隨著這些過程同時完成。綜合考慮各項因素(如菌種及其增值速度、溶解氧、pH值、溫度、負荷等)可有效減化和改善生物脫氮的總體過程。
10、其他因素影響
生物脫氮系統(tǒng)涉及厭氧和缺氧過程，不需要供氧，但必須使污泥處于懸浮狀態(tài)，攪拌是必需的，攪拌所需的功率對豎向攪拌器一般為12～16W/m3，對水平攪拌器一般為8W/m3。
