生物脫氮大講堂—不怕你不會(huì ),就怕你搜索不對
氮化合物進(jìn)入天然水體的途徑有多種,其中城市污水、某些工業(yè)廢水和農田排水是主要的氮污染源,未經(jīng)處理的城市污水中,氮污染物主要是有機氮和氨氮。
對于氨氮常用的物化法有吹脫法、折點(diǎn)加氯法;以下就生物法脫氮做簡(jiǎn)單分享。
一、生物脫氮基礎
理論上脫氮機理分為,氨化,硝化,反硝化。如下:
1、氨化作用
有機氮化合物在氨化菌作用下,分解轉化為氨氮,稱(chēng)為“氨化作用”。氨化作用是脫出羧基和氨基的過(guò)程。
氨化菌是異養菌(需要一定碳源),有好氧菌、兼性菌和厭氧菌,因此有機氮很容易被氨化。
2、硝化作用
由種類(lèi)非常有限的自養微生物完成,分兩步:
一是亞硝酸菌利用氧將氨氮轉化為亞硝酸氮;
二是硝酸菌利用氧將亞硝酸氮轉化為硝酸氮,這一過(guò)程統稱(chēng)硝化。
1)硝化過(guò)程:
亞硝酸菌和硝酸菌均為化能自養菌,統稱(chēng)硝化細菌。屬革蘭氏染色陰性、不生芽孢的短干菌和球菌,以CO2為碳源,從無(wú)機物的氧化中獲取能量。生長(cháng)速率很低(因為NH4+-N和NO2-N氧化過(guò)程產(chǎn)能底)。
2)影響硝化反應的環(huán)境因素:
? 溫度:影響硝化細菌的比增長(cháng)速率,及活性,一般4-45℃,最佳30℃。
? 溶解氧:硝化細菌-好氧菌,DO影響反應速率和細菌增長(cháng)速度。一般DO≥2mg/L。
? 堿度和pH:如反應式,硝化過(guò)程產(chǎn)生[H+],消耗堿度,pH會(huì )下降。硝化細菌對pH相當敏感(亞硝酸菌pH=7.7-8.1活性最強,硝酸菌pH=7.0-7.8活性最強),pH不適宜時(shí)活性急劇下降,pH值波動(dòng)是致命的。
? C/N比:硝化細菌比增速率很慢,比其它異養菌底一個(gè)數量級,污水中的C/N過(guò)高(COD/TKN=10-15),對硝化細菌基質(zhì)競爭不利。
? 泥齡:短時(shí)易被洗脫排出。
? 有毒物質(zhì):常規毒物對其有害,氨及亞硝酸對其也有毒性,消化污泥上清液回流水就抑制活性20%左右。
3、反硝化作用
在缺氧/厭氧條件下,兼性異養菌將硝酸氮又轉化為亞硝酸氮、繼而還原為氮氣(N2、N2O、NO)釋放出來(lái),這一階段使氮脫除,叫反硝化。
1)反硝化過(guò)程
反硝化細菌—異養兼性厭氧菌,自然界很多。包括變形桿菌、假單胞桿菌、小球菌。在有分子氧(O2)存在時(shí),利用O2呼吸降解有機物,無(wú)O2時(shí)利用NO2-、NO3-作為電子受體。
NOx-N的還原包括同化作用(合成細胞)和異化作用(分解脫氮為N2),異化反硝化為主,占到總脫氮量的70—75%。
2)影響反硝化反應的環(huán)境因素
? 溫度:影響反硝化細菌的比增長(cháng)速率,及活性。一般20—40℃。
? 溶解氧:抑制反硝化菌活性,與硝態(tài)氮競爭電子供體。一般DO<0.3mg/L。
另外,反硝化菌體內某些酶只有在有氧條件下合成,所以要求好氧厭氧交替工作。
? 堿度和pH:反硝化過(guò)程產(chǎn)生[OH-],積累堿度,正好補充硝化過(guò)程中消耗的堿度。
反硝化細菌對pH也敏感,適宜pH=7.0—7.5活性最強,pH不適宜時(shí)活性下降,pH值波動(dòng)是致命的。
? 碳源有機物:有機物是反硝化反應的碳源,也是電子供體,消耗量很大。要求原水中提供或人工加入。
? C/N比:理論上,還原1g硝酸氮——需要碳源2.86g(BOD5),一般原水中的都不夠。
? 有毒物質(zhì):反硝化細菌抗毒性能力>硝化細菌,與一般好氧異養菌相同。所以毒性瓶頸在消化過(guò)程。
二、污水生物脫氮的基本條件
對于生物脫氮所需要具備的基本條件,久經(jīng)沙場(chǎng)的水污師們,有這樣的形容:
1、C/N比值是判別能否有效脫氮的重要指標。從理論上講,C/N≥2.86就能進(jìn)行生物脫氮,但一般認為,C/N≥3.5才能進(jìn)行有效脫氮。要達到生物脫氮的目的,完全硝化是先決條件,充足的碳源是基本保障。
2、首先硝化得進(jìn)行,至于反硝化,碳源是關(guān)鍵。還有回流比、缺氧池的大小等。
三、實(shí)例解答
案例一:規模為12000方/天生活污水,工藝采用兩級A/O+BAF,填料掛膜方式,進(jìn)水COD160-220mg/L,氨氮28-40mg/L,總磷2-4mg/L。項目從2015年3月20日進(jìn)場(chǎng)調試,第一步,接種污泥悶曝,第二步間斷進(jìn)水掛膜,第三步,控制參數馴化污泥。前期進(jìn)展很順利,掛膜長(cháng)勢很好,但是氨氮去除率較低。5.1節期間,氨氮去除很好,降到了1mg/L左右,但是只維持了兩個(gè)星期,氨氮又升到十幾mg/L。加大曝氣量,減少進(jìn)水氨氮去除在短時(shí)間內,效果很明顯;很快會(huì )反彈。
分析原因:停留時(shí)間夠,DO夠,pH并不低,污泥附著(zhù)在膜上,為什么氨氮去除這么低?
解決方法:該污水處理進(jìn)水城區雨污分流基本沒(méi)有,進(jìn)水水質(zhì)受天氣波動(dòng)特別大,這造成可生化系統遭受沖擊特別嚴重。生物膜污泥量較死板,無(wú)法進(jìn)行人工干預,所存在問(wèn)題主要原因在于生物量遠不夠去除氨氮。針對這一情況,從二沉池回流污泥到前端解決生物量的問(wèn)題,同時(shí)向系統內投放了部分新鮮污泥,增加外回流后,氨氮問(wèn)題終得到了有效解決。
案例二:污水廠(chǎng)每天水量大概是4500噸水,生化池容積為6500方。進(jìn)水COD比較低,進(jìn)水COD80mg/L左右,出水20 mg/L左右。氨氮進(jìn)水10 mg/L左右,出水1 mg/L左右,總氮進(jìn)水20 mg/L左右,出水18 mg/L左右,總氮去除率相當低,就是到不了15 mg/L,現在執行的一級A 標。個(gè)人懷疑是碳源不足,采購了葡萄糖,目前培養的污泥濃度大概是3000 mg/L左右;現在每天加100公斤葡萄糖。
分析解答:氨氮效率還可以,證明問(wèn)題出在反硝化了。能影響的就在碳源和回流上??偟獰o(wú)外乎跟反硝化關(guān)聯(lián)。反硝化的條件:DO濃度<0.5mg/L;BOD5/TN>3~5??偟娜ヌ幮?回流比/(回流比+1)*100%。按你原水的總氮20ppm,出水15ppm,去除率也就25%,反推回流比也就1/3。保守點(diǎn),可按總水量(噸水每小時(shí))的50%來(lái)回流至的缺氧池,總氮應該問(wèn)題不大。但這個(gè)里面最大的前提是要核算現有缺氧段的碳源,反推添加的葡萄糖量是否能滿(mǎn)足你反硝化需求的能量。
四、相關(guān)問(wèn)題討論解答
問(wèn)題1:反硝化濾池進(jìn)水COD100mg/L,TN,60mg/L,氨氮10mg/L,出水TN會(huì )有一點(diǎn)去除嗎?
回答:TN的去除有幾個(gè)方面:一是同化去除一部分 ,二是反硝化去除一部分,三是不可生物降解的顆粒性有機氮進(jìn)入污泥部分,總體下來(lái)出水TN估計在40-60mg/L之間,與水質(zhì)關(guān)系特別大。
COD100mg/L,BOD也就40-50mg/L,理論上反硝化1gTN要2.86gBOD,實(shí)際運行要>4gBOD,本身其他細菌還要氧化分解BOD自己活,又不是整個(gè)池子里全是反硝化菌。估計出水總氮能降低個(gè)2mg/L,但是總氮測量誤差一般很大,你測出60多也是可能的。
問(wèn)題2:AAO 進(jìn)水量5000-6000每天,總磷進(jìn)水就超標,目前沒(méi)有生物除磷了,都靠加藥,總磷去除不錯,但是總氮總是不好,目前想把厭氧池改為缺氧池進(jìn)行反硝化脫氮,請問(wèn)對進(jìn)入厭氧池的硝酸鹽氮有什么要求嗎?
回答:可以改為缺氧池,但也無(wú)太大必要。其實(shí)厭氧池一直在脫氮?;亓魑勰嘀兄灰邢醯M(jìn)入厭氧段首先進(jìn)行的就是脫氮,因為反硝化菌對碳源的需求比較寬泛,加之其屬于異氧菌,所以進(jìn)行的比較順利。硝氮濃度降的足夠低后才進(jìn)行厭氧釋磷,原因很簡(jiǎn)單,聚磷菌對碳源的利用是專(zhuān)一性的,即VFA.。VFA作為優(yōu)質(zhì)碳源很容易被多種細菌利用,同時(shí)因為他含量普遍較低,所以大部分廠(chǎng)子的生物除磷都無(wú)法達標而必須借助化學(xué)方法。將厭氧池改為缺氧池強化脫氮是沒(méi)問(wèn)題的,但也沒(méi)有過(guò)大的必要,作用不會(huì )有翻天覆地的變化。決定脫碳速率除了上述的進(jìn)水碳源外還有一個(gè)重要因素就是顆粒型碳源的水解速率。溶解性的碳源很快就能參與反硝化,有多少在厭氧或缺氧下都能很快反應。但是顆粒型的碳源就不一樣了需要通過(guò)水解發(fā)酵作用,轉變?yōu)槿芙庑缘牟拍芡高^(guò)細胞膜被微生物利用。水解的速率與微生物總量是成正相關(guān)的。所以可以通過(guò)提高污泥濃度來(lái)強化這一過(guò)程。
問(wèn)題3:處理養豬場(chǎng)污水,好氧采用的是泥法的A2O工藝,水力停留時(shí)間為3天,現階段A池進(jìn)水COD才可憐的1000g/L,氨氮800mg/L,出水氨氮還有200g/L,COD一直在500g/L左右降不下去,SV30在35%,水溫28℃,O池采用的是推流式,分三個(gè)廊道,第二個(gè)和第三個(gè)廊道出水pH在6.5到7,DO暫時(shí)測不了,混合液回流在240%,污泥回流在100%,如果要把氨氮和COD降下去該怎么辦?
回答:因停留時(shí)間太短,可以先采?。?/span>
1、降低進(jìn)水量,提高污泥或者混合液回流比-其實(shí)是為了稀釋進(jìn)水氨氮 2、跨越厭氧設置短路管。
問(wèn)題4:我廠(chǎng)建在一工業(yè)園區處理各個(gè)企業(yè)排放的綜合工業(yè)污水,包括煤化工、制藥污水、靛藍粉廠(chǎng)污水等等;工藝為厭氧池—好氧池—沉淀池—高級氧化,好氧池末端混合液和沉淀池污泥一起回流至好氧進(jìn)水端,因成本原因高級氧化不常開(kāi)啟;進(jìn)水COD指標要求小于500mg/L,出水執行一級B標準;水量水質(zhì):COD正常時(shí)每天處理水量為20000—23000m3/d, 實(shí)測進(jìn)水COD波動(dòng)很大,偶有超過(guò)2000mg/L的高濃污水進(jìn)入系統,對生化系統沖擊很大,但3月份平均進(jìn)水COD約為500mg/L,B/C約0.3,進(jìn)水氨氮60mg/l,進(jìn)水TP小于1mg/Ll,出水COD平均值87mg/L,但氨氮去除率非常差,只有10%?,F場(chǎng)參數:污泥濃度3500mg/L,好氧池DO要求控制在2.5—3.5mg/L之間,SVI為72,F/M為0.05左右,每天投加磷肥補充TP至1mg/L;現在最大的問(wèn)題就是氨氮去除率很差,請問(wèn)該如何調整?
回答:氨氮去除效率低可能原因:
(1)進(jìn)入深化系統的pH值偏低(低于7)。
(2)工業(yè)廢水水質(zhì)影響消化菌占優(yōu)勢。
(3)目前測到的MLSS有效成分不高(如果平時(shí)排泥很少的話(huà),則有可能存在的)。
(4)對策方面,如果pH沒(méi)有異常,則將MLSS調整到3000mg/L和4000mg/L兩個(gè)方向各保持1周后看看氨氮去除情況的變化。
問(wèn)題5:進(jìn)水COD為120mg/L左右,NH3-N為40mg/L,要求出水COD為80mg/L,NH3-N為20mg/L,采用A2/O工藝,因為進(jìn)水COD太低,污泥一直培養不起來(lái),不過(guò)COD達標是沒(méi)有問(wèn)題,經(jīng)過(guò)幾個(gè)生化池后出水為70mg/L左右,可NH3-N卻不達標,一直是在30mg/L左右,而且進(jìn)水設計是6萬(wàn)T/t,可實(shí)際只有2萬(wàn)T/t?,F在有兩種想法,一種是加污泥馴化,可因為進(jìn)水COD太低,需每天大量投加營(yíng)養維持,似乎不太現實(shí);另一種是在缺氧區投加化學(xué)物質(zhì)(有攪拌機),或者在曝氣池內投加,用以化學(xué)法去除NH3-N,二沉池當作絮凝沉淀池用。哪種方法更好一點(diǎn),或者說(shuō)有什么其他更好的方法來(lái)處理?
回答:
(1)處理水量也不小,外加碳源的話(huà),成本過(guò)高,也是沒(méi)有必要的。
(2)既然COD出水已滿(mǎn)足要求,那么氨氮的話(huà),可以通過(guò)調整好氧池運行來(lái)達到出水要求。
(3)由于硝化菌是自養菌,在碳源不充分的條件下反而有利于硝化菌繁殖,所以,需要控制好氧池的DO不低于3.0mg/L,pH值不低于7.0,且盡可能降低內回流。如此,出水氨氮達標問(wèn)題不大。
(4)當然,由于硝化反應后,氨氮轉化為硝態(tài)氮,所以總氮不會(huì )有多大減低,要去除總氮還需要等到進(jìn)水有機物濃度有所提高后方能充分發(fā)揮反硝化的脫氮作用。