如何利用好氧顆粒污泥實(shí)現(xiàn)同步硝化與反硝化
【純水設(shè)備http://www.paint2yo.cn】生物脫氮與同步硝化反硝化,在生物脫氮過程中,廢水中的氨氮首先被硝化菌在好氧條件下氧化為NO-X,然后NO-X在缺氧條件下被反硝化菌還原為N2(反硝化)。硝化和反硝化既可在活性污泥反應(yīng)器中進(jìn)行,又可在生物膜反應(yīng)器中進(jìn)行,目前應(yīng)用最多的還是活性污泥法。硝化菌和反硝化菌處在同一活性污泥中,由于硝化菌的好氧和自養(yǎng)特性與反硝化菌的缺氧和異養(yǎng)特性明顯不同,脫氮過程通常需在兩個(gè)反應(yīng)器中獨(dú)立進(jìn)行(如Bardenpho、UCT、雙溝式氧化溝工藝等)或在一個(gè)反應(yīng)器中順次進(jìn)行(如SBR)。當(dāng)混合污泥進(jìn)入缺氧池(或處于缺氧狀態(tài))時(shí),反硝化菌工作,硝化菌處于抑制狀態(tài);當(dāng)混合污泥進(jìn)入好氧池(或處于好氧狀態(tài))時(shí)情況則相反。顯然,如果能在同一反應(yīng)器中使同一污泥中的兩類不同性質(zhì)的菌群(硝化菌和反硝化菌)同時(shí)工作,形成同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification Denitrification簡(jiǎn)稱SND),則活性 污泥法的脫氮工藝將更加簡(jiǎn)化而效能卻大為提高。此外從工程的角度看,硝化和反硝化在兩個(gè)反應(yīng)器中獨(dú)立進(jìn)行或在同一個(gè)反應(yīng)器中順次進(jìn)行時(shí),反硝化過程的產(chǎn)堿會(huì)導(dǎo)致OH-積累而引起PH值升高,將影響上述兩階段反應(yīng)過程的反應(yīng)速度,這在高氨氮廢水脫氮時(shí)表現(xiàn)得更為明顯。但對(duì)SND工藝而言,反硝化產(chǎn)生的OH-可就地中和硝化產(chǎn)生的H+,減少了PH值的波動(dòng),從而使兩個(gè)生物反應(yīng)過程同時(shí)受益,提高了反應(yīng)效率。
2、實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的途徑
由于硝化菌的好氧特性,有可能在曝氣池中實(shí)現(xiàn)SND。實(shí)際上,很早以前人們就發(fā)現(xiàn)了曝氣池中氮的非同化損失(其損失量隨控制條件的不同約在10%~20%左右),對(duì)SND的研究也主要圍繞著氮的損失途徑來進(jìn)行,工業(yè)純水設(shè)備希望在不影響硝化效果的情況下提高曝氣池的脫氮效率。
①利用某些微生物種群在好氧條件下具有反硝化的特性來實(shí)現(xiàn)SND。研究結(jié)果表明,Thiosphaera、Pseadonmonas nautica、Comamonossp.等微生物在好氧條件下可利用NOX-N進(jìn)行反硝化。如果將硝化菌和反硝化菌置于同一反應(yīng)器(曝氣池)內(nèi)混合培養(yǎng),則可達(dá)到單個(gè)反應(yīng)器的同步硝化反硝化。盡管這些微生物的純培養(yǎng)結(jié)果令人滿意,但目前普遍認(rèn)為離實(shí)際應(yīng)用尚有距離,主要原因是實(shí)際污泥中這些菌群所占份額太小。
②利用好氧活性污泥絮體中的缺氧區(qū)來實(shí)現(xiàn)SND。通常曝氣池中的DO維持在1~2mg/L,活性污泥大小具有一定的尺度,由于擴(kuò)散梯度的存在,在污泥顆粒的內(nèi)部可能存在著一個(gè)缺氧區(qū),從而形成有利于反硝化的微環(huán)境。以往對(duì)曝氣池中氮的損失主要以此解釋,并被廣泛接受。如果污泥顆粒內(nèi)部厭氧區(qū)增大,反硝化效率就相應(yīng)提高。
大量研究結(jié)果表明,活性污泥的SND主要是由污泥絮體內(nèi)部缺氧產(chǎn)生。要實(shí)現(xiàn)高效率的SND,關(guān)鍵是如何在曝氣條件下(不影響硝化效果)增大活性污泥顆粒內(nèi)部的缺氧區(qū)以實(shí)現(xiàn)反硝化。要達(dá)到這一目的,有兩種途徑可供選擇,即減小曝氣池內(nèi)混合液的DO濃度和提高活性污泥顆粒的尺度。
降低曝氣池的DO濃度,即減小了O2的擴(kuò)散推動(dòng)力,可在不改變污泥顆粒尺度的條件下在其內(nèi)部形成較大的缺氧區(qū)。丹麥BioBalance公司發(fā)明的SymBio工藝即建立在此理論基礎(chǔ)之上(曝氣池DO維持在1 mg/L以下),但在低DO濃度下硝化菌的活性將會(huì)降低,且極易形成諸如Sphaeroticule natans/1701和H.Hydrossis之類的絲狀菌膨脹。因此,提高SND活性污泥顆粒的尺度,在不影響硝化效率的前提下達(dá)到高效的SND可能是最佳選擇。然而,由于曝氣池中氣泡的劇烈擾動(dòng)作用,活性污泥顆粒在曝氣條件下很難長(zhǎng)大,因此限制了活性污泥法SND效率的提高。
實(shí)現(xiàn)活性污泥法的高效同步硝化反硝化,必須在曝氣狀態(tài)下滿足以下兩個(gè)條件:
①入流中的碳源應(yīng)盡可能少地被好氧氧化;
②曝氣池內(nèi)應(yīng)維持較大尺度的活性污泥。
在連續(xù)流好氧條件下硝化發(fā)生在碳氧化之后,入流中的碳源被碳氧化或合成為細(xì)胞物質(zhì),只有當(dāng)BOD濃度處于較低水平時(shí)硝化過程才開始。此時(shí),即使污泥尺度較大也能形成有利于反硝化的微環(huán)境,但外源碳已消耗殆盡,只能利用內(nèi)源碳進(jìn)行反硝化,而內(nèi)源水平反硝化的反應(yīng)速率小,因此SND效率就低。在非連續(xù)條件下微生物的代謝模式則截然不同,入流中的碳源可在很短的時(shí)間內(nèi)被微生物大量吸收,并以聚合物或原始基質(zhì)的形態(tài)儲(chǔ)藏于體內(nèi),從而使曝氣池中的碳源濃度迅速降低,為硝化創(chuàng)造良好條件。如果顆粒污泥較大,形成有利于反硝化的微環(huán)境,則微生物可利用預(yù)先儲(chǔ)存的基質(zhì)進(jìn)行反硝化。由于反硝化處在基質(zhì)水平,反硝化的速度快,SND效率就高。
3、好氧顆粒污泥的培養(yǎng)
活性污泥工藝的運(yùn)行好壞主要依賴于反應(yīng)器中形成污泥的質(zhì)量。最新研究結(jié)果表明,在活性污泥反應(yīng)器中創(chuàng)造一定條件可培養(yǎng)出高活性的SND顆粒污泥,其顆粒尺度在500μm左右,具有良好的沉淀性能和較高的SND速率。
根據(jù)目前普遍接受的污泥絮體理論及在曝氣池中通常觀測(cè)到的污泥顆粒大小(約為100μm )可知,在某些特定條件下污泥顆粒的緊密層可進(jìn)一步增大,進(jìn)而形成SND顆粒污泥。另有研究結(jié)果表明,在反硝化條件下活性污泥絮體能形成性能優(yōu)良的顆粒污泥。
以往認(rèn)為在曝氣池中由于水流紊動(dòng)劇烈、剪切力較大,污泥顆粒尺度在達(dá)到100μm后就很難增大了。采用微氧電極對(duì)DO在顆粒內(nèi)部擴(kuò)散的研究結(jié)果表明,當(dāng)DO為1~2 mg/L時(shí),O2在污泥顆粒內(nèi)的擴(kuò)散深度約為100μm,因此在單純的碳氧化曝氣池中的污泥尺度若再增大,內(nèi)部將進(jìn)入?yún)捬鯛顟B(tài)。目前對(duì)如何在曝氣池中提高活性污泥尺度的研究報(bào)道還較少,最近Morgenroth采用厭氧顆粒污泥培養(yǎng)中的水力篩分法,以碳源為基質(zhì)在USB反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)出好氧顆粒污泥,其顆粒尺度可達(dá)1~3 mm,具有優(yōu)良的沉淀性能。但由于曝氣池中O2的供給是限制因素,當(dāng)顆粒變大后其平均活性并不高(內(nèi)部大量污泥處于厭氧狀態(tài)),且隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),污泥活性可能進(jìn)一步退化。
在SBR系統(tǒng)中采用縮短沉降時(shí)間可截留住那些具有較高沉速的生物顆粒,培養(yǎng)出的顆粒污泥可達(dá)3.3 mm(也有僅為0.3~0.5 mm的),其中幾乎不含絲狀菌,全部由細(xì)菌組成。顆粒化不是由微生物種類決定的,而是與操作條件有關(guān),曝氣池中的攪動(dòng)強(qiáng)度或混合程度及曝氣產(chǎn)生的剪切力對(duì)顆粒污泥的形成都有較大影響。好氧顆粒污泥的形成機(jī)制目前還不完全清楚。在SBR反應(yīng)器中,DO保持在0.7~1.0 mg/L時(shí)運(yùn)行一個(gè)月可基本完成顆?;褻OD、NH3-N、TN去除率高達(dá)95%、95%、60%,顆粒中無絲狀菌,SVI為80~100 mL/ g,SS為4~4.5 g/L。好氧顆粒污泥在顯微鏡和曝氣狀態(tài)下都可觀察到,其活性即使在DO<1mg/L時(shí)也很高,有機(jī)物和氨氮負(fù)荷可達(dá)1.5kgCOD/(m3?d)和0.18kgNH3-N/(m3?d)。
可形成好氧顆粒污泥的微生物不僅僅局限于甲烷菌,人們觀察到酸化菌、硝化菌、反硝化菌及好氧異養(yǎng)菌也能形成顆粒污泥。好氧顆粒污泥主要由桿菌組成,無絲狀菌。這些都是在連 續(xù)運(yùn)行操作中發(fā)現(xiàn)的,目前在SBR系統(tǒng)中也有發(fā)現(xiàn)(由于顆粒污泥的快速沉降還可有效縮短沉降時(shí)間)。工業(yè)純水設(shè)備, 蘇州水處理設(shè)備。蘇州醫(yī)用純水設(shè)備
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