氮濃度是檢驗(yàn)污水處理效果的重要指標(biāo)之一,也是檢驗(yàn)地埋式污水處理設(shè)備效率的參考指標(biāo),江蘇力鼎環(huán)保作為農(nóng)村污水處理專家,精通各類污水處理技術(shù)指標(biāo),今天將深入淺出氮素對(duì)水體的危害以及脫氮技術(shù)原理。
氮素物質(zhì)對(duì)水體環(huán)境和人類都具有很大的危害,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)氨氮會(huì)消耗水體中的溶解氧;
(2)氨氮會(huì)與氯反應(yīng)生成氯胺或氮?dú)?,增加氯的用量?/span>
(3)含氮化合物對(duì)人和其它生物有毒害作用:① 氨氮對(duì)魚類有毒害作用;② NO3-和NO2-可被轉(zhuǎn)化為亞硝胺——一種“三致”物質(zhì);③水中NO3-高,可導(dǎo)致嬰兒患變性血色蛋白癥——“Bluebaby”;
(4)加速水體的“富營養(yǎng)化”過程;所謂“富營養(yǎng)化”就是指水中的藻類大量繁殖而引起水質(zhì)惡化,其主要因子是N和P(尤其是P);解決的辦法主要就是要嚴(yán)格控制污染源,降低排入水環(huán)境的廢水中的N、P含量,同時(shí),脫氮技術(shù)的深入非常有必要!下面帶你全面剖析脫氮技術(shù)原理,分為物化脫氮和生物脫氮。
一、物化法脫氮
(1) 氨氮的吹脫法
(2) 折點(diǎn)加氯法去除氨氮
每mg NH4+-N被氧化為氮?dú)?,至少需?/span>7.5mg的氯。
(3) 選擇性離子交換法去除氨氮
采用斜發(fā)沸石作為除氨的離子交換體。
二、生物脫氮工藝
(1)活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝
Barth提出的三級(jí)活性污泥法流程:
第一級(jí)曝氣池的功能:① 碳化——去除BOD5、COD;② 氨化——使有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮;
第二級(jí)是硝化曝氣池,投堿以維持pH值;
第三級(jí)為反硝化反應(yīng)器,可投加甲醇作為外加碳源或引入原廢水。
該工藝流程的優(yōu)點(diǎn)是氨化、硝化、反硝化分別在各自的反應(yīng)器中進(jìn)行,反應(yīng)速率較快且較徹底;但其缺點(diǎn)是處理設(shè)備多,造價(jià)高,運(yùn)行管理較為復(fù)雜。
兩級(jí)活性污泥法脫氮工藝:
與前一工藝相比,該工藝是將其中的前兩級(jí)曝氣池合并成一個(gè)曝氣池,使廢水在其中同時(shí)實(shí)現(xiàn)碳化、氨化和硝化反應(yīng),因此只是在形式上減少了一個(gè)曝氣池,并無本質(zhì)上的改變。
(2) 缺氧—好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng)(A-O工藝 )
該流程與兩級(jí)活性污泥工藝相比,是將缺氧的反硝化反應(yīng)器設(shè)置在好氧反應(yīng)器的前面,因此常被稱為“前置式反硝化生物脫氮系統(tǒng)”。其主要特征有:反硝化反應(yīng)器設(shè)置在流程的前端,而去除BOD、進(jìn)行硝化反應(yīng)的綜合好氧反應(yīng)器則設(shè)置在流程的后端;因此,可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)行反硝化反應(yīng)時(shí),可以利用原廢水中的有機(jī)物直接作為有機(jī)碳源,將從好氧反應(yīng)器回流回來的含有硝酸鹽的混合液中的硝酸鹽反硝化成為氮?dú)猓欢遥诜聪趸磻?yīng)器中由于反硝化反應(yīng)而產(chǎn)生的堿度可以隨出水進(jìn)入好氧硝化反應(yīng)器,補(bǔ)償硝化反應(yīng)過程中所需消耗堿度的一半左右;好氧的硝化反應(yīng)器設(shè)置在流程的后端,也可以使反硝化過程中常常殘留的有機(jī)物得以進(jìn)一步去除,無需增建后曝氣池。目前,A-O工藝是實(shí)際工程中較常見的一種生物脫氮工藝。
(3) 其它生物脫氮工藝
氧化溝工藝:
由于氧化溝的運(yùn)行工藝特征,會(huì)在其反應(yīng)溝渠內(nèi)的不同部位分別形成好氧區(qū)、缺氧區(qū),使得氧化溝內(nèi)的活性污泥分別經(jīng)過好氧區(qū)和缺氧區(qū),從而可以實(shí)現(xiàn)生物脫氮功能。
生物轉(zhuǎn)盤生物脫氮工藝:
控制每級(jí)生物轉(zhuǎn)盤的運(yùn)行工況,使其分別處于好氧狀態(tài)和缺氧狀態(tài),即在整個(gè)流程中需要分別采用好氧生物轉(zhuǎn)盤和厭氧生物轉(zhuǎn)盤,在不同的好氧生物轉(zhuǎn)盤中分別實(shí)現(xiàn)BOD的去除和氨氮的硝化,而在厭氧生物轉(zhuǎn)盤中則主要實(shí)現(xiàn)反硝化,其原理類似于前述的三級(jí)活性污泥生物脫氮工藝,只是在本工藝中實(shí)現(xiàn)各級(jí)功能是依靠生物轉(zhuǎn)盤來完成的。
現(xiàn)階段的污水處理,一般生物脫氮是最為常用、且實(shí)用的方法,弄清楚生物脫氮的基礎(chǔ)理論原理,是控制好整個(gè)脫氮工藝的關(guān)鍵!下面對(duì)我們的生物脫氮基礎(chǔ)進(jìn)行回顧。
理論上脫氮機(jī)理分為,氨化,硝化,反硝化。具體如下:
1、氨化作用
有機(jī)氮化合物在氨化菌作用下,分解轉(zhuǎn)化為氨氮,稱為“氨化作用”。氨化作用是脫出羧基和氨基的過程。
氨化菌是異養(yǎng)菌(需要一定碳源),有好氧菌、兼性菌和厭氧菌,因此有機(jī)氮很容易被氨化。
2、硝化作用
由種類非常有限的自養(yǎng)微生物完成,分兩步:
一是亞硝酸菌利用氧將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮;
二是硝酸菌利用氧將亞硝酸氮轉(zhuǎn)化為硝酸氮,這一過程統(tǒng)稱硝化。
1)硝化過程:亞硝酸菌和硝酸菌均為化能自養(yǎng)菌,統(tǒng)稱硝化細(xì)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,從無機(jī)物的氧化中獲取能量。生長速率很低(因?yàn)?/span>NH4+-N和NO2-N氧化過程產(chǎn)能底)。
2)影響硝化反應(yīng)的環(huán)境因素:
溫度:影響硝化細(xì)菌的比增長速率,及活性。一般4—45℃,最佳30℃。
溶解氧:硝化細(xì)菌——好氧菌,DO影響反應(yīng)速率和細(xì)菌增長速度。一般DO≥2mg/L。
堿度和pH:如反應(yīng)式,硝化過程產(chǎn)生[H+],消耗堿度,pH會(huì)下降。硝化細(xì)菌對(duì)pH相當(dāng)敏感(亞硝酸菌pH=7.7—8.1活性最強(qiáng),硝酸菌pH=7.0—7.8活性最強(qiáng)),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(xì)菌比增速率很慢,比其它異養(yǎng)菌底一個(gè)數(shù)量級(jí),污水中的C/N過高(COD/TKN=10—15),對(duì)硝化細(xì)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(guī)毒物對(duì)其有害,氨及亞硝酸對(duì)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(yǎng)菌將硝酸氮又轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮、繼而還原為氮?dú)猓?/span>N2、N2O、NO)釋放出來,這一階段使氮脫除,叫反硝化。
1)反硝化過程:反硝化細(xì)菌—異養(yǎng)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(jī)物,無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(xì)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(yīng)的環(huán)境因素
溫度:影響反硝化細(xì)菌的比增長速率,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<0.5mg/L。
另外,反硝化菌體內(nèi)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:反硝化過程產(chǎn)生[OH-],積累堿度,正好補(bǔ)充硝化過程中消耗的堿度。
反硝化細(xì)菌對(duì)pH也敏感,適宜pH=7.0—7.5活性最強(qiáng),pH不適宜時(shí)活性下降,pH值波動(dòng)是致命的。
碳源有機(jī)物:有機(jī)物是反硝化反應(yīng)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(xì)菌抗毒性能力>硝化細(xì)菌,與一般好氧異養(yǎng)菌相同。所以毒性瓶頸在消化過程。
在對(duì)污水生物脫氮的基本原理的深入了解后,對(duì)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,有這樣的總結(jié):
污水的脫氮首先得遵循硝化和反硝化的過程,嚴(yán)格把控DO、回流比、缺氧池的大小,關(guān)注整個(gè)過程的碳源,C/N比值是判別能否有效脫氮的重要指標(biāo)。從理論上講,C/N≥2.86就能進(jìn)行生物脫氮,但一般認(rèn)為,C/N≥3.5才能進(jìn)行有效脫氮。要達(dá)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。
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