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探讨 | 生物脱氮

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学社我家 发表于 2019-8-19 08:14 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
活性污泥中的微生物生长的必需的营养元素,因此在微生物的生长过程中是需要一部分氮的,所需要的氮与生长所需的有机物,也就是BOD是成比例,一般来说微生物的生长对有机物和氮的需求如下:微生物每需要100g的BOD,一般要去除3至5g的氮,这也就是我们常说的100:5:1(1指生长所需的磷元素)的来源。如果污水厂的进水中的比例符合这样的比例,是非常好的营养比例,这种比例微生物只需要正常生长就是可以把水中的氮去除了。一般污水厂的进水在100~150mg/L的BOD,就是说总氮应该在5~7.5 mg/L,但实际上我们的生活污水是不可能有这么低的总氮的。各个污水厂都能从实际的运行数据中看出,总氮的进水浓度一般都高于这个比例数值,也就是说活性污泥中的微生物所需要的氮远远低于进水中的氮。: i( f) i$ o0 F8 R# l2tech.cn
- ]" L: C6 v5 u6 l- n2tech.cn
那么污水中存在高于这个比例的氮浓度的时候,就要进行生物的脱氮反应,利用活性污泥中的微生物把氮转化为氮气释放到空气中。这是将活性污泥中的微生物的硝化步骤(把铵转化为硝酸盐)和反硝化步骤(把硝酸盐转化成氮气)的组合,然后将硝酸盐还原为氮气。反应可以用化学式表示如下;3 N% p1 _* q  }% o  m" K; ^2tech.cn
2 f/ `4 p' B6 d" X9 M" m/ W2tech.cn
硝化: NH4++2O2->NO3-+H2O+2H++能量7 q! f. s- ~+ C" `( L% l2tech.cn
$ v4 W' m7 i/ `( n, P2tech.cn
这个过程需要自养细菌(例如亚硝化单胞菌,硝化杆菌)和需氧条件。应该注意的是这个过程是自养细菌进行的,所以对碳源是没有消耗的,但是需要氧气的参与。因此我们的硝化反应主要来自于微生物中存在的硝化细菌和生物池里提供的充足氧气,这也就是说在污水厂中氨氮的去除,是需要合理的活性污泥浓度和充足的溶解氧量的。但是要注意这一类自养细菌的活动能力和硝化能力较弱,需要具有长污泥龄的活性污泥作为硝化的基础。现在除了亚硝化单胞菌和硝化杆菌的经典硝化作用理论之外,还有越来越多的迹象表明其他微生物也在铵转化为硝酸盐中发挥作用,这也是近年来污水处理的前沿科技探索的新型的硝化作用。4 H& w" Q1 Q+ E% G% ]2tech.cn
" ~- _( O/ x, q+ C1 }: a5 a. l2 h2tech.cn

探讨 | 生物脱氮

探讨 |  生物脱氮

& B+ B+ a4 ]9 s0 x" S# L
) |3 Q+ @2 |$ E, o4 _9 z# i反硝化:4NO3-+5CH2O +4H+ ->2N2 + 5CO2 +7H2O +能量' w$ V1 C) v7 \+ O, i9 b: F1 r$ e2tech.cn

" b3 V! Y4 f9 S8 m  c3 c8 C% s这个过程需要异养细菌,碳源的存在和缺氧条件(混合且不充气)。通过化学计量,2.86gBOD足以还原1g硝酸盐。然而,在实践中,将需要至少4或5的BOD / N比。这也就是反硝化碳源的来源,很多污水厂对总氮迟迟不降感到奇怪,或者想尽方法,但是往往忘记了反硝化的基本的要求,反硝化的异养过程是需要碳源参与的,按照BOD和氮的比例5:1的比例进行计算的,因此对于具备反硝化的工艺过程的污水厂,但是总氮没有下降,要进行这个比例的核算,如果确实不够,就需要进行碳源的补充。优质的快速碳源一般为甲醇,乙酸钠等。由于甲醇的保存难度大,危险性高,如果没有附近的化工企业保证来源,一般采用化学性质稳定的乙酸钠作为快速碳源。1 D' q; ~0 f) l  f) a2tech.cn
+ n, j8 O3 S7 r- f5 X2tech.cn
我们来看两种工艺的脱氮反应的过程:
1 L6 k5 a: |$ @' u0 ~1 h$ D# d
7 I  H' u& Z# e( v8 f- k

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+ A2 [. f' j1 ^% @, ^* X2 ^5 S. R+ }2tech.cn

1 z6 A% g5 w8 [1 a0 c这是我们通常所说的AO脱氮工艺,这种工艺有严格的缺氧和好样的功能区域的划分,硝酸盐是由通过活性污泥的内回流泵提升进入到缺氧池,而碳源是由进入缺氧池的进水中所含的碳源提供的。这种工艺在运行中需要注意的有:1、缺氧区的停留时间,2、混合液的污泥浓度MLSS/MLVSS。3、内回流比。4、进水中的碳源含量是否满足生物脱氮的5:1的比例。6、生物池的温度(13~15℃为反应良好和较差的分界线)。这些项目在运行中需要进行是实际的检测和归纳总结,判断和确定最佳的运行参数。
6 `2 i! h" B4 a& q6 \& }0 d/ f- y9 O! J* q  o* X8 x4 ]2tech.cn

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) s* {8 z6 d' t; \! Z# H" [& y. h2tech.cn

5 S* B6 O2 r- \: Y" r这个是SBR工艺的总氮去除过程,在这个过程中,硝化段主要集中在曝气阶段,在曝气阶段,满足了硝化作用的好氧条件,同时具有足够多的污泥浓度。而生物脱氮主要是在几个环节可以实现反硝化的脱氨:1、在进水期进行混合搅拌。这个阶段由于经过前端好氧周期所产生的大部分硝酸盐在SBR池里,而滗水体积一般只有总容积的20%~30%,因此滗水后留下的大量的硝酸盐可以在进水期间利用进水中的碳源进行反硝化。2、在曝气反应期间通过曝气,搅拌,曝气,搅拌。。。这样的间断运行进行硝化反硝化的反应。3、设置选择区,实现反硝化反应。
* e. b# [. h) ]9 N! `1 k; o/ e) l: m+ W$ ]; L2tech.cn
除去这两种生物池的生物脱氮以外,还有氧化沟的生物脱氮,氧化沟的构型决定了在流动过程中,好氧和缺氧的间断交织,如何进行合理的判断氧化沟内的水流情况,区分好氧、缺氧区域,检查短流的区域等,来进行控制反硝化的反应,是氧化沟的生物脱氮的重要控制内容。# o# W8 q7 j+ Y- \2tech.cn

& s0 y5 {% E3 c) I+ h2 e" x最后我们来了解一下在污水处理工艺中,各种处理过程及操作对氮化合物去除效果的比较表:5 y3 z! _$ b4 E$ s0 L1 C+ x2tech.cn

" @& a+ s& A9 C, e$ |污水处理中各种过程及操作对氮化合物的影响表
+ _0 @3 ~0 s/ s3 o$ I8 x# D9 L9 G2 R" S" L+ c9 U2tech.cn
处理过程
有机氮
NH 3 / NH 4 +
NO 3 -
过程中去除总氮的百分比(%)
二级处理
初级处理
去除10 - 20%
没有效果
没有效果
5 - 10
二级处理
去除15-50%4 i+ {+ r. [( b/ t2tech.cn
主要是尿素====> NH 3 / NH 4 +
去除<10%
轻微的影响
10 - 30
生物过程
细菌同化
没有效果
去除40-70%
轻微的影响
30-70
反硝化
没有效果
没有效果
去除80-90%
70 - 95
藻类
部分转化为NH 3 /  NH 4 +
====>细胞
====>细胞
50 - 80
硝化
效果有限
====> NO 3-
没有效果
5 - 20
好氧曝气池
部分转化为NH 3 /  NH 4 +
通过剥离进行部分去除
通过硝化 - 反硝化部分去除
20 - 90
化学过程
折点加氯
不确定
去除90 - 100%
没有效果
80 - 95
化学沉淀
去除50-70%
轻微的影响
轻微的影响
20 - 30
碳吸附
去除30 - 50%
轻微的影响
轻微的影响
10 - 20
铵根离子交换
轻微,不确定
去除80-97%
没有效果
70 - 95
硝酸盐离子交换
轻微的影响
轻微的影响
去除75-90%
70 - 90
物理操作
过滤
去除30-95%的悬浮有机氮
轻微的影响
轻微的影响
20 - 40
气浮
没有效果
去除60-95%
没有效果
50 - 90
电渗析
100%的悬浮有机氮被去除
去除30 - 50%
去除30 - 50%
40 - 50
反渗透
去除60-90%
去除60-90%
去除60-90%
80 - 90

, x+ o8 x  N6 w! y* o( d

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精彩评论4

 楼主| 学社我家 发表于 2019-8-19 08:17 | 显示全部楼层
我们可以了解生物脱氮是分为两部分进行得,第一部分是硝化反应,这部分是将污水中得有机氮和氨氮(NH3-N)转化成亚硝酸盐氮(NO2-N)和硝酸盐氮(NO3-N)得过程,这个过程进行得好坏,直接影响到出水的氨氮指标,同时也影响着生物脱氮得第二部分反硝化反应,这一期公众号会深入的讨论下硝化反应中的一些内容,以便在生产运行中,更有效的进行控制和管理。
% E4 l7 V  s0 n) i5 u, Q0 x3 d+ W0 Z. X  Q. m& a2tech.cn
污水厂内的硝化作用,是一个需要两组细菌参与才能完成的两步过程。也就是第一阶段,氨通过一组自养菌(主要以亚硝化单胞菌属,亚硝化球菌属,亚硝化螺旋菌属,亚硝化叶菌属等等细菌为主,注意前面都有亚硝化的前缀)氧化成亚硝酸盐,第二阶段,亚硝酸盐被另一组的自养菌(主要以硝化菌属,硝化球菌,硝化螺菌,硝化囊菌属等细菌为主,前缀是硝化)氧化成硝酸盐。这是两种不同的细菌在发挥作用才能完成污水厂内的污水硝化,也就是氨氮的生物硝化过程。
% {) w) }* H7 E, u4 k
% ~& V+ M% E, ?- K2 G# {0 S生物硝化反应通过化学方程式来表述就是:0 F; x( E5 w2 K4 h) Q" y2tech.cn
# ~' u4 I5 J4 w% [1 J# W, N& e; G2tech.cn
NH4++2O 2→NO3+2H ++H 2O…………(1)$ b6 s. B4 r+ [  h2 j1 a) O2tech.cn
6 @( ?- ]6 }; N7 x% E/ m9 x2tech.cn
在这个方程式中,我们可以看到完成整个氨氧化的过程,需要的氧和氮的比值为:7 J4 N; R3 h, r* F2 }2tech.cn

' P4 @7 }0 B# y" V; T2O2÷N=(2×16×2)÷14=64÷14=4.57gO2/gN  z. ?8 p8 c: B9 ?2tech.cn

5 E: m$ L& \4 a3 K2 }4 n9 n1 {- L# j也就是说每降解一克NH4-N(注意不是氨的量,是氨中氮的量)需要4.57g的氧气O2。: w2 M# I2 k) g! P2tech.cn
" o& e7 z8 A) }% H6 ?& J2tech.cn
从这个计算中,我们基本可以得出在实际生产中,去除氨氮所需要的氧气的大致的量,特别是遇到特殊水质进水时,造成进水氨氮持续增高的时候,要注意溶解氧的调整,确保这个生物脱氮的化学表示的方程能够进行下去。, p  U, A; ]% F  a0 c2tech.cn
' c/ e/ ?1 ^' n# C1 k) K2tech.cn
需要注意的是,在(1)化学方程式中,反应式的右端是存在H+氢根离子的,在生物反应池中,如果没有及时中和生成的H+离子,就会导致反应右端的浓度无限增加,最终使硝化反应不再进行。研究表明进水中的H+离子较多的时候,也就是进水的PH低于6.8时,硝化反应速率开始明显下降,如果接近6.0,反应下降幅度达到90%。因此在硝化反应中,还有一个对碱度的需要,也就是中和生成的H+离子的反应。
! H' o+ i& c# R0 F# R" S6 W' ?6 T# ]  I2tech.cn
NH4++2HCO3+2O2→NO3+2CO2+3H2O…………(2)5 d6 c7 ~9 G9 j2tech.cn

& H5 n1 M" Q( {7 [8 T. U$ Q在这个方程式中,我们可以看到完成整个氨氧化的过程,需要的碱度(以CaCO3计算)和氮的比值为:
! ~) g" ^6 |' X" d
, w, i# P4 K/ G, e  t  C# ~7 KCaCO3÷N=100÷14=7.14gCaCO3/gN+ P# v2 Z& K$ @2tech.cn
3 J9 P4 v+ \" R2 u* I' i2tech.cn
这也就是在一些偏酸性的工业废水,或者混杂有偏酸性的工业废水的生活污水中,需要投加一部分的碱来中和H+ 离子,来促进硝化反应进行下去的原因和计算方法。
$ ~# |; }* l; L* L
2 Z( G: r' U: h0 n% e' U, W7 {# E2 Z上述的(1)和(2)两个化学式近似的反映了生物硝化反应中氮的转化过程,但是对于生物体本身来说,污水中的氮元素也是作为生物体营养元素的重要组成部分。4 G. d) y' Z, v; i' }+ W7 _2tech.cn

4 ?( y. Y8 V3 e* ?7 e* O# B                         组成细菌及微生物的元素典型成分
% V+ L( i5 W" {7 N' S; |' W& I
3 W4 Z; F5 y, T' C
元素
百分比%
元素
百分比%
50
1
22
1
12
1
9
0.5
2
0.5
氯化物
0.5
0.2
其他微量元素
0.3
合计
100

% ]0 f3 ]. C' k' J/ @( B6 v从微生物的构成元素表,可以看到,氮在生物体的组成部分中,还占据了很大一部分比
* _3 V# r3 r! E
" P' n/ v% h8 M3 S. X* c例,所以在污水处理过程中存在的大量的微生物是需要大量的氮元素来完成自身的生物体繁殖和生长所需的,因此我们在硝化反应中,还要考虑生物体本身所需要的氮元素,也就是我们通常所说的同化作用:构成污水厂内活性污泥的微生物在自身生长过程中从污水中所摄取的氮元素。
  b0 v: b2 K) V; A; J- ]' {, a' z# v$ ~7 U( Y# R( h9 f2tech.cn
    这个利用化学式来表示为:
7 z4 Q  `' D5 Y
) \! y1 S# t5 X' Y- i( i4 o. J        4CO2+HCO3+NH4++H2O→C5H7O2N+5O2…………(3)
5 B& D6 f: H" C. _! ?. A; W& x* b+ r2tech.cn
化学式(3)是污水中的一部分铵离子被合成生物体包括细胞组织的反应,污水中的微生物体的化学组分用C5H7O2N来近似的替代。
. h* O5 F1 E6 Q* w. R7 a- N2 p; f' S* i2 F2tech.cn
在这个反应中,对氨氮,氧,碱度的消耗都存在一部分,因此在一个完整的硝化反应中,所需的氧气,消耗的碱度,会比我们通过(1)和(2)推导出来的数值略有不同,但是在实际的工程使用中,污水厂的检测手段往往检测不到这么细微的变化,因此我们一般不予考虑这部分的差异。但是我们需要了解在微生物的构成中,氮是占到了除去碳、氧、氢之外的第四位的元素。因此在实际运行中,如果出现进水水质受到雨污合流,以及矿井水,地下水的稀释作用后,氮元素不足,在运行中是需要补充氮源的,否则很难保证活性污泥的正常运行。4 ]+ M: h1 u- T: C8 \3 Z3 Y2tech.cn

" \: g$ ?. h2 z9 Q7 K9 Q- p8 J 环境学社1.jpg 4 J3 _. t* O5 i' R$ R! F4 o2tech.cn

6 p/ _# d9 X% N: k$ P除了从化学反应的角度来看污水厂的硝化过程以外,我们还要从微生物的生长来考察污水厂的硝化反应。在相关的文献中介绍,硝化系统在生存的环境温度在28℃以下时,反应的速率是受到限制的,因此为了突破温度对反应速率的限制,一般会控制硝化反应的过程中是氧气是饱和的状态。这也就是在污水厂中的生化系统尽量要保持溶解氧充足来控制出水的氨氮达标。但是由于硝化菌的反应速率远远低于消耗污水中的有机物的异养菌的反应速率,因此在污水厂中,我们为了保证硝化反应的进行,就需要控制两个因素,一个是曝气池内的充足的溶解氧,一个是要有足够的污泥龄,让硝化菌有时间来进行硝化反应。
: W  N! d8 Z5 k* e  {* k
% g6 Y' \% g2 f/ y# K由于硝化菌的反应温度的需求,生化池内的水温在10℃时,需要控制污泥龄要到10~20天,在20℃时,污泥龄要到4~7天。所以根据这个理论,污水厂特别是北方的污水处理厂,在运行中,冬夏的污泥龄控制要有所区别,为了保证生物脱氮的稳定进行,需要在不同的季节,不同的生物池水温情况下,采用不同的剩余污泥排放量,当然也要结合实际的进水水量的变化,控制不同的污泥龄,来从生物反应的角度来满足硝化反应的进行,也就是控制出水水质的氨氮达标。高温下,也就是高于28℃时,硝化菌的反应受到氧气的制约减少,反应速率会大大提高,这个时候要注意硝酸根的累计造成反应的向右进行受阻,但是生活污水厂一般不会出现这么高的水温,不需要进行考虑,但是在工业废水中要加以注意。
: ]# E$ f6 X7 O: y7 e
) s0 ^* z' g4 E5 Z& G4 T在污水厂的实际生产过程中,污水厂内的硝化反应除了上述所说的PH值,溶解氧,污泥龄的影响之外,还有一些其他的因素也会制约硝化反应。主要有以下的几方面:
. n; ]6 x9 H; P) R0 |! E3 g
# W  X- ]8 d# o% J1、毒性。硝化菌对污水中的各种具有生物毒性的物质都很敏感,而且远远比异养菌更敏感,所以有时候污水厂也可以通过稳定运行工况下,硝化作用变差,氨氮波动来判断进水中的低浓度毒物的影响,有毒性的物质包括有机溶剂,酚类,醇类,醚类,氰酸盐,苯等等。
3 W8 ?$ s& _5 }9 V3 d8 v2 J9 a$ H$ P% `! y8 Z2 s' Q+ ?2tech.cn
2、重金属。重金属的镍,铬,铜等在0.25mg/L左右的浓度就会对硝化作用完全抑制。5 r7 q  e$ h  Q- X: T2tech.cn
3 t: s8 }) o# w  _7 D- `& B0 p2tech.cn
 楼主| 学社我家 发表于 2019-8-19 08:20 | 显示全部楼层
对于生物脱氮,我们经常使用化学方程式来描述生物脱氮的整个过程,同时也在检测生化池内各个阶段的氨氮,总氮,硝酸盐氮等来衡量硝化和反硝化的反应进行程度。但是大家知道总氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的化验难度较大,花费时间较长,一般不能及时反应出生物池各个阶段的硝化和反硝化的情况,而溶解氧的检测在厌氧和缺氧环境基本都在溶氧仪的检测下限,很难据此判定反应的进行情况。为了更好的检测生物脱氮的效果,很多污水厂都安装了在线的ORP仪表,那么ORP在生物脱氮反应中,究竟能起到怎样的监控作用呢?本节聊聊ORP的检测在生物脱氮反应中的作用。- A$ z6 H6 U" |+ P, a$ y2tech.cn

- `7 \7 ^0 \/ C1 \ORP的概念在之前的公众号的文章中有相关内容的介绍,大家可以点击文后的链接阅读。ORP作为氧化还原电位的检测仪表,在污水厂中用来测量生物处理系统中释放或接受化学反应电子的能力。在微观上,每一种不同的物质都有一定的氧化-还原能力,这些氧化还原性不同的物质能够相互影响,最终构成了一定的宏观氧化还原性。也就是说当污水厂安装的ORP检测到电位为正时,表明生物处理系统倾向于接受电子,因为电子带负电荷,系统需要负电荷来使系统趋于中性,生物池内的混合液显示出一定的氧化性,也就是混合液是一种氧化系统。当ORP检测值电位值为负时,混合液内的生物体倾向于释放电子时,则显示的电位为负,这个阶段的混合液就是一个还原系统。氧化还原电位越高,氧化性越强,电位越低,氧化性越弱,为负则说明溶液显示出还原性。
% Q+ i0 L# i2 c7 D& w% E: T0 A4 e  ^2tech.cn
环境学社1.jpg 4 `* D) A0 `1 o  t2 z- b2 G2tech.cn
! J4 Y# g; l( o+ s+ Y- d# S2tech.cn
在污水厂中,各种生化反应所需的系统都不一样,相关的文献中对生化系统的各类反应所需的ORP进行了统计,如下表所示:0 d5 T7 n4 w2 o/ ^' }/ \4 b2tech.cn
+ Z* j2 g/ \0 l- {9 C2tech.cn
生化反应               
       ORP(mV)
硝化                                 
+100至+350
BOD降解              
+50至+250
生物聚磷                        
+25至+250
反硝化                             
+50至-50
硫化物(H2S)反应        
-50至-250
生物磷释放                     
- 100至-250

2 V9 v( e5 |# |' Q0 }3 E/ q 结合生物脱氮的过程,从前面的文章我们了解到,生物脱氮是由两部分组成的,一部分是硝化反应,氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐,这部分的反应是由NH4+获得氧原子O2-上的负电荷来完成的,因此这部分反应我们可以认为是氧化反应,是要在一个氧化系统里完成的反应。而第二步的NO3-转化成氮气,是要把硝酸盐中的氧原子O2-再释放到系统中,因此这个反应是一个还原反应,需要在还原系统下进行。通过ORP在系统中的检测作用,能够确定出污水厂生物池各个阶段处于哪一种环境,这种环境是否符合生物脱氮的两部反应。
% l9 H3 m5 @7 _' _
; O8 u" n7 F% u5 l污水厂的硝化作用是通过硝化细菌进行的,由于是氧化反应,一般检测发生硝化反应的生物池内的ORP为+100至+350 mV。反硝化进通过反硝化细菌进行,是一个还原反应,检测反硝化的反应的ORP为+50至-50 mV。
9 ]6 I" E2 F* K0 |* A+ c9 K3 W1 ^, ~2 \+ u& L: l& X9 b8 f2tech.cn
我们了解了生物脱氮与ORP检测之间的关系以后,就来看看在污水厂中,怎样检测各个环节的ORP。在污水厂中,通常的作法是将ORP传感器大约安装在水池中间1/ 4的池体深度(即:4米深的生物池,淹没传感器约1米深)的位置,这样可以避免水流,空气溶氧等干扰。
; M7 @8 Y9 Q9 z; z- R
; P5 ?' P2 t. }以A2O工艺来说,ORP测量的第一个也是最重要的位置是在脱氮作用的缺氧池内。在缺氧池内影响ORP的因素主要有:好氧混合液的内回流量,内回流污泥中的硝酸盐含量,进入到缺氧区的废水含量,污泥浓度及微生物的状态等。在这个区域的ORP应介于-100和100 mV之间。
; ]& C0 Y3 u7 o2 M" }2 i0 _- L* U8 B' C2 ^$ }: e4 d2tech.cn
厌氧区是ORP测量的第二个位置。在这个区域,除磷的生物系统正在分解多磷酸盐并且释放正磷酸盐,这个时期的聚磷菌需要一个还原性的的环境。一般的厌氧区的ORP为-150 mV左右。5 r. h& O7 b& z8 p  q, I- Q2tech.cn
4 q, ?7 n, ?# o, q7 K5 t: I  l2tech.cn
虽然可以在好氧区安装ORP传感器,但是在实际应用中在A20的好氧过程没有必要的。因为溶解氧DO的检测是好氧池内更好,更有效的控制手段。 如果一定要用ORP检测,可以验证一下在好氧池中DO低于2.0mg/L时是否处于缺氧的还原状态,可以通过ORP显示的正负值来进行判断。正值的ORP显示表明虽然好氧池内的溶解氧低于我们日常所说的2mg/L的程度,但仍然是一个好氧的氧化状态。
. \0 n% u+ H% k! K- ]/ v
1 v4 n% J7 a8 @& B: w1 _7 f要注意在一些改良的A2O工艺中,增加的前置缺氧区,在前置缺氧区中安装的ORP传感器可以大致判断反硝化的内回流污泥量是否充足。在前置的反硝化缺氧区域,ORP值应介于-100和100 mV之间,而经常的情况会介于-100和0 mV之间。! M) h$ P# U4 `4 c5 ?2tech.cn
1 C- f3 j9 S1 W2tech.cn
科学家通过对Ochrobactrum anthropi SY509细菌的研究表明在还原性越强的系统内,反硝化反应进行的效果越好,下表表明细菌在不同的ORP环境下,对硝酸盐还原的效果:
! W* h. I  |/ E- c, i! s& ~& i1 Y0 u1 q2tech.cn
                         ORP水平对反硝化作用的影响/ n3 U$ f6 T+ X2tech.cn
9 b) w3 S- u! d1 M- k2tech.cn

ORP(mV)

硝酸盐还原时间
(分钟)
硝酸盐去除率
(nmol / min mg-cell)
硝酸还原酶的活性
(单位/毫克细胞)
-100
191.5
26.7
1.98
-125
156.2
32.7
2.12
-175
105.1
48.6
2.31
-225
69.9
73.1
2.49
-255
58.3
90.2
2.57
9 `3 l4 g( M* [8 h: I+ w2tech.cn
污水厂的管理人员需要知道,氧化还原电位ORP对污水生物系统对营养元素(氮、磷)去除过程系统的运作的重要性。但是氧化还原电位与任何控制参数一样,一定要确保我们分析的样本数据有足够大,这样才能更精准的反应系统的实际情况。工艺管理人员同时也要结合生物池内其他的参数检测,比如污泥浓度,溶解氧,微生物镜检,硝酸盐等,这些参数共同来确认污水厂生物脱氮的具体运行情况。在线ORP的数据可以对生物脱氮的过程变化进行实时观测,以使工艺控制的解决方案不断得到优化。
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大家要特别注意,这些ORP都是普遍的经验数值,不能代表个性污水厂内的标准数值,在实际运行中,一定要结合本厂内的实际情况来进行判断。了解ORP正负数值代表的含义,确定生物池系统内处于一个什么样的氧化还原系统,是每个工艺管理人员在进行生物脱氮工艺控制中所需要了解的重要内容。
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 楼主| 学社我家 发表于 2019-8-19 08:22 | 显示全部楼层
反硝化反应是一个在缺氧环境下进行的反应。缺氧环境是一种几乎没有游离溶解氧的环境,但是也有以其他的形态存在的氧气。比如以与其他分子结合存在的硝酸盐。当反硝化细菌在缺氧条件下消耗碳源时,就会和水中的硝酸盐发生反硝化作用。反硝化细菌从硝酸盐中剥离氧气,从而将硝酸盐转化为氮气。这就是我们通常所说的反硝化过程,也正是通过这样的反硝化过程,最终使氮转化为氮气释放到空气中,完成了污水厂的生物脱氮的过程。所以,在一个污水厂中最终实现总氮的达标排放,完成硝化作用之后,还要完成反硝化反应。
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  y& z% N& l7 I+ U: D现阶段我国的污水厂都针对生物脱氮进行了设计,使用各种不同的工艺路线实现进入厂内污水的生物脱氮反应。比如我们常见的A2O工艺,氧化沟工艺,SBR工艺等等,都通过不同的方式进行生物脱氮。那么我们污水厂的运行人员针对生物脱氮,特别是反硝化过程中的工艺控制点都有哪些呢?今天就来聊聊反硝化的工艺控制内容。
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1、温度4 b3 C9 x' d3 m2 O8 U2 O2tech.cn

, v  [  _  V2 M6 W首先我们来看温度,由于反硝化是一种微生物参与进行的生物化学的反应过程,因此反硝化反应的进行程度,是取决于生物池内的污水温度的。一般来说,反硝化速率是随温度升高而增加。
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! C0 c- D" {7 m/ }3 \在一些关于反硝化的相关的文献中,温度对脱氮率的影响存在这一定的关系。在以20℃水温的条件下反硝化速率为基础,在各种温度下的生物脱氮的生长速率的百分比计算为:. f: t1 H# N3 a6 L2 }5 O2tech.cn

5 }7 q) o& {4 A! B, ?P = 0.25 T2
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9 ~0 C4 G2 W7 l7 T5 FP = 相对于20℃时的反硝化速率的百分比$ ]+ l( d( \8 w. s+ r, U2tech.cn

; t( O7 D% z& L( KT =生物池污水温度,℃
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3 z) u- Z8 l( |; R从这个关系公式可以看出,在温度变化大的气候条件下,会对反硝化作用产生重大影响。例如,10°C时的反硝化速率大约是20°C时25%,也就是1/4左右。因此在北方的冬季需要提高污泥浓度或者延长反硝化时间来保证生物脱氮的效果。
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2、碳源3 V7 x6 L" n) \2tech.cn

! h/ S5 n# c1 F  y/ A) r4 E/ O反硝化反应是需要碳参与的一个反应,反硝化细菌需要足够的碳供应来完成反硝化反应,因为它们将硝酸盐分解成二氧化碳和氮气。一般经验数据是要完成反硝化的污水应该具备碳源(BOD)与氮(硝酸盐)的比例为4:1。 如果进水中的碳源不足,需要进行补充,在碳源的补充上,要注意增加碳源的比例要大于这个比值,在德国的 ATV-DVWK-A 131E标准中,对外加碳源提出了5:1的简略计算方法,详细计算可参照公众号《污水厂的计算篇的外加碳源的计算》。要注意,通常加入碳源的位置要在生物脱氮的反硝化区域内,这样才能避免碳源的浪费。& \$ J. F% o# h2tech.cn

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对于投加碳源的污水厂,应每天监测反硝化阶段的水中的硝酸盐浓度,以便进行加药量的核算。因为所加入的碳源是和这里的硝酸盐进行反应的,测量水中的硝酸盐浓度,可以准确的计量出反硝化碳源的投加量。根据每日变化的硝酸盐量,来调整碳源的投加量。
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3、溶解氧
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在生物脱氮过程中,反硝化阶段没有游离氧对反硝化的过程至关重要。当反硝化区内的溶解氧的浓度逐步增加到达0.3 mg / L以后,反硝化率和反硝化细菌的比生长速率将开始线性下降,当DO浓度达到1毫克/升以上时,反硝化速率将会下降到0。 因此通过调整好氧区末端的曝气量,来保证回流到反硝化区的硝化液中的游离氧的浓度最小,以保证反硝化阶段的溶解氧满足反硝化的反应。/ @( w+ |' e$ t  s% V$ i& r2tech.cn
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" {; a& H/ S1 s" h4、混合. e& D' R( q  h# y5 O2tech.cn
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反硝化过程中,硝化液(硝酸盐)和活性污泥要进行全面的混合,在反硝化区由于缺少曝气的搅拌作用,如果没有推流器的良好推进,会造成反硝化区内的活性污泥沉淀,反硝化菌和水中的硝酸盐接触面积和几率减少,导致反硝化反应的下降,因此保持反硝化区的良好的混合,是保证反硝化反应顺利进行下去的设备条件。
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5、停留时间(HRT)
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! W4 S8 U/ X- V) |. q水力停留时间HRT,是污水在生物池中停留的理论平均时间,等于生物池的体积除以污水提升的小时流量。一般来说反硝化反应所需的水力停留时间HRT取决于反硝化速率,而反硝化的速率又取决于几种参数,如生物池内的污水温度,DO浓度,硝酸盐浓度和有机碳源浓度。比如在第三条中所述,较低的温度导致反硝化速率降低,这需要较长的HRT可实现相同程度的反硝化作用,以保证出水的总氮达标。污水厂的反硝化区的停留时间一般在设计中都已经确定,污水厂的运行人员可以根据设计资料来检查反硝化区的停留时间,特别是水量超过设计负荷的污水厂,一定要核算反硝化的停留时间,根据计算来调整污泥浓度,内回流的量来平衡反硝化的时间。& e: I4 \* G7 ]9 W: h2tech.cn

3 [& U. F1 V" Y& P2 |# u! G0 W6、污泥龄  K3 }& z8 a, ]- M9 O; F$ i2tech.cn
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由于反硝化菌的生长速率较慢,在生物脱氮的运行控制中,对反硝化的污泥龄是要进行控制的,要注意排泥的时间和周期,一般来说污泥脱氮系统的典型污泥龄范围为1至5天,污水厂的运行人员可根据反硝化区的脱氮效果来调整排泥量,控制污泥龄,保证反硝化菌的生长周期。! M* Z* K  u# Z& }+ [6 T  X2tech.cn
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 楼主| 学社我家 发表于 2019-8-19 08:24 | 显示全部楼层
生物脱氮对于工艺的精准要求,是在经过这么多篇的文章讨论,都已经是很明确的了,没有精准的工艺控制,对生物脱氮的管理是很难的,特别是一些地区存在进水中的高浓度总氮的情况,更需要进行对工艺的细致控制和管理。在实际的运行当中,一些污水厂的管理不到位,往往会对整个工艺控制带来一定的制约,会使生物脱氮的难度增大。比如下面说的几个方面,就会从不同程度上影响生物脱氮,最终造成总氮出水水质异常。
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第一方面,管理上的等。
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# k( q4 K4 `$ {  R很多污水厂都存在着这种心理,没有严查,或者没有罚款,这件事就再拖一拖,等等看。首先来说,现阶段运行的污水厂的出水水质标准最低标准都是一级A的国标标准,这个标准里面,对出水的总磷总氮都是有严格要求的,但是很多污水厂,其实总磷,总氮在之前日常运行中是很难达标的。随着国家在污水厂中全面安装总磷总氮在线监控设备,污水厂的出水总磷总氮数据开始上传,部分污水厂还在等,认为还不处罚,还可以再拖一拖,不想采取任何措施来进行工艺调整或者管理,或者想可能到了数据罚款的时候,一调整就达标了,和COD氨氮一样。这种思想在很多污水厂中都存在,但是这种想法从工艺角度来看是不对的。
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我们从前面的文章中,可以了解生物脱氮是需要很多因素进行细致的控制的,包括好氧的硝化反应,缺氧的反硝化反应,供氧环境的控制,硝化液内回流量的控制,反硝化段的碳源的计算和补充,生物脱氮的温度,生物脱氮的污泥龄控制。。。。等等一系列的工艺操作才能完成一个完整的生物脱氮的过程。这种过程在厂内的调整时间和调整周期都是比较漫长的,工艺人员需要非常认真细致的对厂内工艺进行摸索才能得出良好的控制模式。这个是需要时间来完成的,管理人员如果忽视生物脱氮的工艺需求,在适当的时间没有进行合理的工作安排,到了数据上传受到处罚,又要求几天内达标。这种方式下的管理,只能造成总氮的超标,生产的运行管理混乱。所以在污水厂的管理上,不能等,要积极应对,在国家环保的大形势下,要尽快采取工艺管理措施,进行厂内的生物脱氮的管理。; U$ }* S" S9 w$ k7 l5 i6 C; Q+ [2tech.cn
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第二方面,管理上的盲。
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在一些地区,污水厂的总氮超标,被先行的环保部门处以罚款之后,管理人员又会陷入盲目的管理中。盲目的听从各种不明来路的意见,在厂内肆意的加以实施,不去理解和学习生物脱氮的基本原理,而是病急乱投医,常常把“不管花多少钱,把指标达到标准就行”,这样也催生了一批趁此风头推销各种产品的商家。这些产品没有从根本上解决总氮的问题,有些产品甚至违背最基本的物质不灭定理。但是管理者受到方方面面的压力,经历过拖的惨痛教训以后,不再拖了,只要可能就上,缺少足够的判断能力,在经济和物质进行了大量的支出,但是收效甚微,甚至在工艺上还开倒车。
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管理上的盲,从根本上来说,是管理者对污水处理的基本概念和理论不了解,同时厂内也没有具有足够污水处理知识的工艺管理人员,在遇到现在严格的环保压力下,自乱阵脚,胡乱相信各种外来的意见。活性污泥(生物膜)法发展一百余年,不论怎样的变化,基本的活性污泥法理论还在支撑着各个污水厂的稳定运行,我们人类只是在不断的发现活性污泥法中的各种细节,并通过工程手段把这些细节放大,变成可操控的工艺。而任何脱离基本的活性污泥法的奇谈怪论,如果确实经济有效,应该早就取代了活性污泥法,成为全世界大大小小的污水厂的主流了,但是在100年之间没有任何一种工艺,能取代活性污泥成为污水厂的主流。所以污水厂的管理者,在外界压力重重的时候,仍然要记得不能盲目取信任何不切实际的方法,真正的生物脱氮的作用发挥,是要依靠厂内的工艺路线的调整,工艺环境的调整来实现,不是盲目的听从各种意见能够解决的。
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" A8 g% N( O. B8 b; y3 Z0 H  `- r第三方面,管理的浮。
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生物脱氮其实是考量一个污水厂的真实的管理水平的一把标尺,对厂内的工艺人员的污水处理水平是有一个很深入的评判的。很多污水厂的管理者还停留在污水厂没什么技术内容,就是看泵,倒渣,曝气,脱泥就好了,甚至一些技术人员也是这山看着那山高,总觉得自身厂内什么技术也没有,就是每天的按部就班。这些错误认识是从污水厂的这么多年来的粗放的管理上积累来的,总觉得污水厂也不用怎么管,随便过过水就可以了,不达标不达标吧,也许过几天就达标了。造成大家一直这样的浮于管理,不去深究厂内的工艺特点,路线,不去深挖生物池内的微生物的工艺特点,只是简单的修修设备,做做记录。
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生物脱氮的工艺路线长,涉及的理论多,把这些理论转化成运行管理上去,也有很多工艺细节在污水厂内实施。这些内容都需要管理者和工艺运行人员认真的学习和研究,每个水厂都有其自身的特点,独有的工艺管线,有针对性的工艺设计,这些内容是通过书籍或者别人的意见学不到的,一定是需要我们污水厂内的工艺人员深入的扎入现场,认认真真把污水厂的基本情况了然于心,然后结合生物脱氮的理论,进行深入的工艺管控,才能实现生物脱氮的目标。克服浮于事态表面,简单把不达标归结到工艺设计,或者其他方面都是消极的应对,应该深入的研究工艺运行,从微生物的角度,结合厂内的工艺运行来深入的探索生物脱氮的运行。
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0 }! u' {0 h: F  b$ Z  h) J, b第四方面,管理的窄。, [( K1 B9 `6 z. \; X1 `2tech.cn
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在一个污水厂的生物脱氮调整中,其实是一个污水厂整体的调联动调整和工作协调。一些污水厂会把这种工艺指标的达标,简单的归结在工艺管理部门,而忽略了整个污水厂的联动配合。这种管理在很多污水厂是一直存在的,其实污水厂的主营业务是污水处理,污水厂内的部门都是围绕污水处理工作进行设立的,但是在实际的工作中,很多污水厂忘记了自己的主营业务,在污水处理部门需要全方位协调的时候,主次不分,造成工艺运行的不稳定。
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# g, a( k, t) p" F+ E' o比如在工艺上,反硝化区的碳源补充,有些污水厂由于进水中比例不合理,是需要在反硝化区进行碳源投加的,这个碳源投加的工艺路线有原水的直接投加,外加碳源的投加等等模式。这些模式不是工艺部门能左右的,往往需要各个部门的统一协调,不扯皮,全力配合。特别是碳源的保证,由于反硝化的碳源不是像化学处理一样,作为化学反应的药剂投加的,它是为了满足反硝化细菌的生物脱氮的反应的参与进行的,要想得到稳定的生物脱氮反应,就需要持续不断的投加碳源,把反硝化细菌逐步培养成熟,如果出现碳源采购不及时,断续的供给,会使硝化菌的成长不能连续,造成反硝化反应一直难以持续进行,总氮难以达标。而碳源的采购,又涉及到厂内的经济管理,采购管理,库存管理等等一系列的工作,这些管理最终形成一个全面化的管理,因此说生物脱氮的稳定运行,其实是对厂内管理要求全面化整体化的一个新的高度。7 t6 N, |+ ^" V& v2tech.cn

5 m. n" r( H9 T2 `# {9 n5 Z" q  R今天从管理的角度来探讨了下污水厂生物脱氮的一些内容。生物脱氮作为污水厂对污水中的氮去除的唯一途径,是今后污水厂的运行的重点和难点,也是对污水厂的整体管理水平的一次提高。通过生物脱氮的运行好坏,也可以反应出一个污水厂的管理水平的高低,希望每一位污水厂的管理者,工艺技术人员,在这次国家对总氮的管控中,借助这股东风,对污水厂内的管理进行一次提升,真正实现精细化,科学化的污水厂管理。9 w! R/ k0 f5 n+ P& e3 E$ |3 _# T2tech.cn

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