爰彩票理技术之AO脱氮工艺

来源:建树环保 2019-08-29 17:28:15 22

  1、基本原理

  A/O法生物去除氨氮原理:污水中的氨氮,在充氧的条件下(O段),被硝化菌硝化为硝态氮,大量硝态氮回流至A段,在缺氧条件下,通过兼性厌氧反硝化菌作用,以污水中有机物作为电子供体,硝态氮作为电子受体,使硝态氮波还原为无污染的氮气,逸入大气从而达到最终脱氮的自的。硝化反应:

  NH4++2O2→NO3-+2H++H2O

  反硝化反应:

  6NO3-+5CH3OH(有机物)→5CO2↑+7H2O+6OH-+3N2↑

  A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起,A段DO不大于0.2mg/L,O段DO=2~4mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸,使大分子有机物分解为小分子有机物,不溶性的有机物转化成可溶性有机物,当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时,可提高污水的可生化性及氧的效率;在缺氧段,异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化(有机链上的N或氨基酸中的氨基)游离出氨(NH3、NH4+),在充足供氧条件下,自养菌的硝化作用将NH3-N(NH4+)氧化为NO3-,通过回流控制返回至A池,在缺氧条件下,异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮(N2)完成C、N、O在生态中的循环,实现污水无害化处理。

  2、A/O内循环生物脱氮工艺特点

  根据以上对生物脱氮基本流程的叙述,结合多年的废水脱氮的经验,我们总结出(A/O)生物脱氮流程具有以下优点:

  (1)效率高。

  该工艺对废水中的有机物,氨氮等均有较高的去除效果。当总停留时间大于54h,经生物脱氮后的出水再经过混凝沉淀,可将COD值降至100mg/L以下,其他指标也达到排放标准,总氮去除率在70%以上。

  (2)流程简单,投资省,操作费用低。

  反硝化在前,硝化在后,设内循环,以原污水中的有机底物作为碳源,效果好,反硝化反应充分;曝气池在后,使反硝化残留物得以进一步去除,提高了处理水水质;A段搅拌,只起使污泥悬浮,而避免DO的增加。O段的前段采用强曝气,后段减少气量,使内循环液的DO含量降低,以保证A段的缺氧状态。

  该工艺是以废水中的有机物作为反硝化的碳源,故不需要再另加甲醇等昂贵的碳源。尤其,在蒸氨塔设置有脱固定氨的装置后,碳氮比有所提高,在反硝化过程中产生的碱度相应地降低了硝化过程需要的碱耗。

  (3)缺氧反硝化过程对污染物具有较高的降解效率。

  如COD、BOD5和SCN-在缺氧段中去除率在67%、38%、59%,酚和有机物的去除率分别为62%和36%,故反硝化反应是最为经济的节能型降解过程。

  (4)容积负荷高。

  由于硝化阶段采用了强化生化,反硝化阶段又采用了高浓度污泥的膜技术,有效地提高了硝化及反硝化的污泥浓度,与国外同类工艺相比,具有较高的容积负荷。

  (5)缺氧/好氧工艺的耐负荷冲击能力强。

  当进水水质波动较大或污染物浓度较高时,本工艺均能维持正常运行,故操作管理也很简单。通过以上流程的比较,不难看出,生物脱氮工艺本身就是脱氮的同时,也降解酚、氰、COD等有机物。结合水量、水质特点,我们推荐采用缺氧/好氧(A/O)的生物脱氮(内循环) 工艺流程,使污水处理装置不但能达到脱氮的要求,而且其它指标也达到排放标准。

  3、A/O法存在的问题

  (1)由于没有独立的污泥回流系统,从而不能培养出具有独特功能的污泥,难降解物质的降解率较低;

  (2)若要提高脱氮效率,必须加大内循环比,因而加大运行费用。从外,内循环液来自曝气池,含有一定的DO,使A段难以保持理想的缺氧状态,影响反硝化效果,脱氮率很难达到90% 。

  4、污水脱氮的影响因素

  1、酸碱度(pH值)

  大量研究表明,氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的适宜的pH分别为7.0~8.5和6.0~7.5,当pH值低于6.0或高于9.6时,硝化反应停止。硝化细菌经过一段时间驯化后,可在低pH值(5.5)的条件下进行,但pH值突然降低,则会使硝化反应速度骤降,待pH值升高恢复后,硝化反应也会随之恢复。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

  反硝化细菌最适宜的pH值为7.0~8.5,在这个pH值下反硝化速率较高,当pH值低于6.0或高于8.5时,反硝化速率将明显降低。此外pH值还影响反硝化最终产物,pH值超过7.3时终产物为氮气,低于7.3时终产物是N2O。

  硝化过程消耗废水中的碱度会使废水的pH值下降(每硝化1g氨氮将消耗7.14g碱度,以CaCO3计)。相反,反硝化过程则会产生一定量的碱度使pH值上升(每反硝化1g硝酸盐将产生3.57g碱度,以CaCO3计)但是由于硝化反应和反硝化过程是序列进行的,也就是说反硝化阶段产生的碱度并不能弥补硝化阶段所消耗的碱度。因此,为使脱氮系统处于最佳状态,应及时调整pH值。

  2、温度(T)

  硝化反应适宜的温度范围为5~35℃,在5~35℃范围内,反应速度随温度升高而加快,当温度小于5℃时,硝化菌完全停止活动;在同时去除COD和硝化反应体系中,温度小于15℃时,硝化反应速度会迅速降低,对硝酸菌的抑制会更加强烈。

  反硝化反应适宜的温度是15~30℃,当温度低于10℃时,反硝化作用停止,当温度高于30℃时,反硝化速率也开始下降。

  有研究表明,温度对反硝化速率的影响取与反应设备的类型、负荷率的高低都有直接的关系,不同碳源条件下,不同温度对反硝化速率的影响也不同。

  3、溶解氧(DO)

  在好氧条件下硝化反应才能进行,溶解氧浓度不但影响硝化反应速率,而且影响其代谢产物。为满足正常的硝化反应,在活性污泥中,溶解氧的浓度至少要有2mg/L,一般应在2~3mg/L,生物膜法则应大于3mg/L。当溶解氧的浓度低于0.5~0.7mg/L时,硝化反应过程将受到限制。

  传统的反硝化过程需在较为严格的缺氧条件下进行,因为氧会同竞争电子供体,且会抑制微生物对硝酸盐还原酶的合成及其活性。但是,在一般情况下,活性污泥生物絮凝体内存在缺氧区,曝气池内即使存在一定的溶解氧,反硝化作用也能进行。研究表明,要获得较好的反硝化效果,对于活性污泥系统,反硝化过程中混合液的溶解氧浓度应控制在0.5mg/L以下;对于生物膜系统,溶解氧需保持在1.5mg/L以下。

  4、碳氮比(C/N)

  在脱氮过程中,C/N将影响活性污泥中硝化菌所占的比例。因为硝化菌为自养型微生物,代谢过程不需要有机质,所以污水中的BOD5/TKN越小,即BOD5的浓度越低硝化菌所占的比例越大,硝化反应越容易进行。硝化反应的一般要求是BOD5/TKN>5,COD/TKN>8,下表是GradyC.P.L.Jr推荐的不同的C/N对脱氮的效果的影响:

  不同的C/N的脱氮效果

  氨氮是硝化作用的主要基质,应保持一定的浓度,但氨氮浓度超过100~200mg/L时,会对硝化反应起抑制作用,其抑制程度随着氨氮浓度的增加而增加。

  反硝化过程需要有足够的有机碳源,但是碳源种类不同亦会影响反硝化速率。反硝化碳源可以分为三类:第一类是易于生物降解的溶解性的有机物;第二类是可慢速降解的有机物;第三类是细胞物质,细菌利用细胞成分进行内源硝化。在三类物质中,第一类有机物作为碳源的反应速率最快,第三类最慢。

  有研究认为,废水中BOD5/TKN≥4~6时,可以认为碳源充足,不必外加碳源。

  5、污泥龄(SRT)

  污泥龄(生物固体的停留时间)是废水硝化管理的控制目标。为了使硝化菌菌群能在连续流的系统中生存下来,系统的SRT必须大于自养型硝化菌的比生长速率,泥龄过短会导致硝化细菌的流失或硝化速率的降低。在实际的脱氮工程中,一般选用的污泥龄应大于实际的SRT。有研究表明,对于活性污泥法脱氮,污泥龄一般不低于15d。污泥龄较长可以增加微生物的硝化能力,减轻有毒物质的抑制作用,但也会降低污泥活性。

  6、内回流比(r)

  内回流的作用是向反硝化反应器内提供硝态氮,使其作为反硝化作用的电子受体,从而达到脱氮的目的,循环比不但影响脱氮的效果,而且影响整个系统的动力消耗,是一项重要的参数。循环比的取值与要求达到的效果以及反应器类型有关。有数据表明,循环比在50%以下,脱氮率很低;脱氮率在200%以下,脱氮率随循环比升高而显著上升;内回流比高于200%以后,脱氮效率提高较缓慢。一般情况下,对低氨氮浓度的废水,回流比在200%~300%最为经济。

  7、氧化还原电位(ORP)

  在理论上,缺氧段和厌氧段的DO均为零,因此很难用DO描述。据研究,厌氧段ORP值一般在-160~-200mV之间,好氧段ORP值一般在+180mV坐右,缺氧段的ORP值在-50~-110mV之间,因此可以用ORP作为脱氮运行的控制参数。

  8、抑制性物质

  某些有机物和一些重金属、氰化物、硫及衍生物、游离氨等有害物质在达到一定浓度时会抑制硝化反应的正常进行。游离氨的抑制允许浓度:亚硝酸(Nitosomonas)为10~150mg/L,硝酸盐(Nitrobacter)为0.1~1mg/L。有机物抑制硝化反应的主要原因:一是有机物浓度过高时,硝化过程中的异养微生物浓度会大大超过硝化菌的浓度,从而使硝化菌不能获得足够的氧而影响硝化速率;二是某些有机物对硝化菌具有直接的毒害或抑制作用。

  9、其他因素影响

  生物脱氮系统涉及厌氧和缺氧过程,不需要供氧,但必须使污泥处于悬浮状态,搅拌是必需的,搅拌所需的功率对竖向搅拌器一般为12~16W/m3,对水平搅拌器一般为8W/m3。

  10、生物脱氮过程中氮素的转化条件

  生物脱氮过程包括氨氧化、亚硝化、硝化及反硝化,有机物降解碳化过程亦伴随着这些过程同时完成。综合考虑各项因素(如菌种及其增值速度、溶解氧、pH值、温度、负荷等)可有效减化和改善生物脱氮的总体过程。

  生物脱氮反应与有机物好氧分解反应条件与特性

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