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市政污水除氮新工艺

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学社问答 发表于 2019-9-5 08:03 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
随着工业化持续发展和人口急剧膨胀,水污染及水资源短缺问题已日益严重的摆在全人类面前。日益严峻的水危机状况已经引起人们的广泛关注,加强淡水资源管理、节约用水、减少污染是缓解这一问题的有效措施。污水的脱氮除磷是城市污水厂的处理难点及重点,也是近年来污水处理技术研究的热点,针对污水水质、负荷及排放标准的不同特点,在传统生物除氮工艺的基础上,许多新工艺现已应用于工程实践。
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1 A+ q( n& Q4 M7 I[mu4]1.生物除氮工艺机理[/mu4]
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传统生物除氮途径一般包括氨化、硝化和反硝化三个阶段,分别由氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌完成,由于硝化菌和反硝化菌对环境条件的要求不同,这两个过程不能同时发生,只能序列式进行,因此,传统生物除氮工艺是将缺氧区和好氧区分开的分级硝化反硝化工艺,在空间或时间上分别造成缺氧和好氧的环境,以便硝化与反硝化能够独立的进行。! v4 }( E/ [% ^/ a* E2tech.cn
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1.1氨化反应
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4 N/ T( u! {- s% V* E, `$ h" F. \+ g含氮有机物经微生物降解释放出氨的过程,称为氨化作用。这里的含氮有机物一般指动物、植物和微生物残体以及它们的排泄物、代谢物所含的有机氮化物。主要包含蛋白质、核酸,还有尿素、尿酸、几丁质、卵磷脂等含氮有机物,它们都能被相应的微生物分解,释放出氨。 氨化作用无论在好氧还是在厌氧条件下,它在中性、碱性还是酸性环境中都能进行,只是作用的微生物种类不同、作用的强弱不一。只有当环境中存在一定浓度的酚或木质素──蛋白质复合物时,才会阻滞氨化作用的进行。
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不同微生物所具有的蛋白酶也不尽相同,如枯草杆菌有明胶酶和酪蛋白酶,而大肠杆菌没有这两种酶,因此不能分解明胶和酪蛋白。污水中能分解蛋白质的微生物种类很多,特别是假单胞菌属、牙孢菌属中某些种均能产生蛋白酶。真菌中的曲霉、毛霉和木霉也能产生蛋白酶分解蛋白质。氨基酸被吸收进入微生物细胞后,有的转化为另一种氨基酸用于合成菌体蛋白质或某些含氮化合物的合成。而另一部分氨基酸的降解主要通过脱氨基和脱羧基两种方式。; @: T. j2 B! H$ A& @  ~) E* g" C2tech.cn

9 [! W- f) K! i7 s由于微生物类型、氨基酸种类与环境条件不同,脱氨方式也不同,主要有:2 K/ i! I* t9 @7 R9 k2tech.cn
a.氧化脱氮:在有氧条件下好氧微生物将氨基酸氧化成酮基酸和氨。. d  E# e2 a! N" e2tech.cn
b.还原脱氮:在厌氧条件下,专性厌氧菌和兼性厌氧菌将氨基酸还原成饱和脂肪酸和氨。8 r5 M( J  m  T4 U$ O, V2tech.cn
c.水解脱氮和减饱和脱氮:不同氨基酸经此两种方式脱氨生成不同的产物。如大肠杆菌及变形杆菌水解色氨酸,生成吲哚、丙酮酸及氨;粪链球菌使精氨酸产生瓜氨酸;大肠杆菌、变形杆菌、枯草杆菌和酵母菌等能将半胱氨酸分解为丙酮酸、氨和硫化氢。
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生物脱氮系统中,互生关系主要表现为在化学水平的协作,即微生物间相互提供生长因子、代谢刺激物或降解对方的代谢抑制物,平衡pH值,维持适当的氧化还原电位或消除中间产物的累积。氨化细菌,亚硝酸菌,硝酸菌及反硝化菌之间就表现为互生关系。在氮素转化过程中,氨化细菌分解有机氮化合物产生氨,为亚硝酸菌创造了必需的生活条件,但对氨化细菌则无害也无利。
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在各种脱氮除磷的工艺中,在各个池中氨氮含量基本呈现下降趋势。在最初的厌氧或好氧条件下,由于氨氮的产生,池水的碱度增大。在缺氧-好氧工艺中,氨氮的含量是平缓的下降的;在厌氧-缺氧-好氧工艺中,氨氮的含量在厌氧阶段呈现较强的下降趋势,在缺氧时较平缓,在好氧前段突升后平缓下降.6 L2 `: X5 B5 I- x& Q2tech.cn
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1.2硝化反应  a8 _$ I( A5 L1 G9 b2tech.cn

; a6 s- k% O/ Z% I氨氮可以在有氧存在的情况下,被微生物氧化为亚硝酸盐并进一步被氧化为硝酸盐,这一过程被称为生物硝化过程。
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$ q5 J7 o% o7 F+ G' j氨氮氧化成硝酸盐的硝化反应是由两组自氧型好氧微生物通过两个过程来完成的。
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第一步先由亚硝酸菌(Nitrosomorms)将氨氮转化为亚硝酸盐(N02),1 \, c. W* w& \5 Z* ]- i5 r. ?2 w2tech.cn

; t; b- W; k# a. V/ `1 i第二步再由硝酸菌(Nitrobacteria)将亚硝酸盐转化为硝酸盐(N03)
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# Y$ t/ {6 W$ t; o' `! X) ]# H硝化总反应式为:NH4++1.86O2+1.98HCO3-→0.021C5H7NO2+1.88H2CO3+1.04H2O+0.98NO3-
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可见硝化作用,每去除1克NH4+ -N约消耗4.57克O2、生成0.15克新细胞、减少7.14克碱度(按CaCO3计)、消耗0.08克无机碳。
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硝化反应是在硝化细菌作用下完成的,硝化细菌包括两个细菌亚群,一类是亚硝酸细菌(又称氨氧化菌),将氨氧化成亚硝酸,另一类是硝酸细菌(又称硝化细菌),将亚硝酸氧化成硝酸。这两类菌能分别从以上氧化过程中获得生长所需要的能量,但其能量利用率不高,故生长较缓慢,其平均代时(即细菌繁殖一代所需要的时间)在10小时以上。这两类菌通常生活在一起,这样便避免了亚硝酸盐在土壤中的积累,有利于机体正常生长,而土壤中的氨或铵盐必需在以上两类细菌的共同作用下才能转变为硝酸盐。& W8 k1 w5 g  _; E2tech.cn

! O7 W4 N# h. J" {4 L* U从而增加植物可利用的氮素营养。两类菌均为专性好气菌,在氧化过程中均以氧作为最终电子受体。大多数为专性化能自养型,不能在有机培养基上生长,例如亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)、亚硝化螺菌(Ni-trosospira)、亚硝化球菌(Nitrosococcus)、亚硝化叶菌(Ni-trosolobus)、硝化刺菌(Nitrospina)、硝化球菌(Nitrococcus)等。
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& P/ q, v& o  j% {亚硝化菌和硝化菌在偏碱性的条件下生长,它们在土壤中常常相互伴随着生存,并且生长得都比较缓慢。亚硝化菌和硝化菌对于能源物质的要求都十分严格:前者只能利用氨;后者只能利用亚硝酸。亚硝化菌的代谢产物是亚硝酸,亚硝酸是硝化菌进行同化作用所必需的能源物质。
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1.3反硝化反应% K9 Q9 }: z) T1 s2tech.cn
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反硝化反应也称脱氮作用。反硝化细菌在缺氧条件下,还原硝酸盐,释放出分子态氮(N2)或一氧化二氮(N2O)的过程。微生物和植物吸收利用硝酸盐有两种完全不同的用途,一是利用其中的氮作为氮源,称为同化性硝酸还原作用:NO3-→NH4+→有机态氮。许多细菌、放线菌和霉菌能利用硝酸盐做为氮素营养。另一用途是利用NO2-和NO3-为呼吸作用的最终电子受体,把硝酸还原成氮(N2),称为反硝化作用或脱氮作用:NO3-→NO2-→N2↑。
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能进行反硝化作用的只有少数细菌,这个生理群称为反硝化菌。大部分反硝化细菌是异养菌,例如脱氮小球菌、反硝化假单胞菌等,它们以有机物为氮源和能源,进行无氧呼吸,其生化过程可用下式表示:0 p1 D/ ]( i% |) b7 i2tech.cn

. Z4 D& G) l- TC6H12O6+12NO3-→6H2O+6CO2+12NO2-+能量4 g; a  f" |2 W" ]! o2tech.cn
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CH3COOH+8NO3-→6H2O+10CO2+4N2+8OH-+能量" k8 g  o- T' I2tech.cn

8 C& D4 I" j6 K) j5 l5 b" V% V少数反硝化细菌为自养菌,如脱氮硫杆菌,它们氧化硫或硝酸盐获得能量,同化二氧化碳,以硝酸盐为呼吸作用的最终电子受体。可进行以下反应:) M- ^6 U# h- t( w' O# D2tech.cn

$ I, C6 W2 c; j4 k9 K. T0 ^5S+6KNO3+2H2O→3N2+K2SO4+4KHSO4
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反硝化反应是在反硝化细菌作用下完成的,反硝化细菌是能引起反硝化作用的细菌。多为异养、兼性厌氧细菌,如反硝化杆菌、斯氏杆菌、萤气极毛杆菌等。它们在嫌气条件下,利用硝酸中的氧,氧化有机物质而获得自身生命活动所需的能量。 
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反硝化菌是属于异养型兼性厌氧菌,在厌氧的条件下以NOx-N为电子受体,以有机物(有机碳)为电子供体。由此可见,碳源是反硝化过程中不可少的一种物质,进水的C/N直接影响生物脱氮除氮效果的重要因素。一般BOD/TKN=3~4,有机物越充分,反应速度越快,当废水中BOD/TKN小于3时,需要外加碳源才能达到理想的脱氮目的。因此碳源对反硝化效果影响很大。4 Q2 G- _# k& R7 f( @; m( x2tech.cn

  S" T8 L7 H7 z. c$ {8 C) d反硝化的碳源来源主要分三类:一是废水本身的组成物,如各种有机酸、淀粉、碳水化合物等;二是废水处理过程中添加碳源,一般可以添加附近一些工业副产物,如乙酸、丙酸和甲醇等;三是活性污泥自身死亡自溶释放的碳源,称为内源碳。0 J8 W4 h  y3 Z7 D( T2tech.cn
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反硝化是异养兼性厌氧菌,只有在无分子氧而同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下,它们才能利用这些离子中的氧进行呼吸,使硝酸盐还原。如反应器内溶解氧较高,将使反硝化菌利用氧进行呼吸,抑制反硝化菌体内硝酸盐还原酶的合成,或者氧成为电子受体,阻碍硝酸盐的还原。但是,另一方面,在反硝化菌体内某些酶系组分只有在有氧条件下,才能合成,这样,反硝化菌以在厌氧、好氧交替环境中生活为宜,溶解氧应控制在0.5mg/L。
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[mu4]2.污水除氮新工艺[/mu4]6 x, A7 U! V) k. x  e2tech.cn

3 g" I4 V" |/ g* ^* H5 x; {2.1同步硝化反硝化工艺2 d7 n) k$ g; f/ e0 W& x" j2tech.cn
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同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Denitrification简称SND)即为在同一反应器中相同的操作条件下,硝化、反硝化反应同时进行的过程。其去除机理可以从物理(微环境理论)和生物学(存在好氧反硝化菌等)两方面加以解释。物理学的解释认为由于氧扩散的限制,在微生物絮体或生物膜内存在溶解氧的浓度梯度,溶解氧较高的外表面以好氧硝化菌及亚硝化菌为主;而溶解氧逐渐减少的内部变成缺氧区使反硝化菌占优势。( _! H! U6 _& R% H! f  J# \. G. Z+ ]2tech.cn

& Z5 t& ?( J( ^4 n: ~% G形成了有利于实现同步硝化反硝化的微环境。生物学家们发现反应器中有好氧反硝化菌或异养硝化菌的存在,使硝化反应能由异养硝化菌完成和反硝化也能在好氧条件下进行。并且还发现有些好氧反硝化菌同时也是异养硝化菌,能够在好氧条件下直接把氨转化成最终气态产物而去除。6 V. Z0 j5 d0 o" B% h4 T+ l2tech.cn
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2.1.1活性污泥同步硝化反硝化生物脱氮
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在氧化沟中,当DO浓度水平较低(〈1.5mg/L)时在其外沟中可以发生经NO2-N途径的同步硝化反硝化;SBR系统中,微生物絮体粒径的大小是影响同步硝化反硝化的主要控制因素,且较大粒径的微生物絮体有利于SND的进行。
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/ ^# v) H) o: Q* o  v2.1.2生物膜同步硝化反硝化生物脱氮$ j' M8 w) S2 S$ w( `, P9 G. u2tech.cn

% ?; E/ M7 F: ~在低DO(1.0mg/L)条件下,系统中氮的去除是NO2-N途径的同步硝化反硝化和好氧反硝化联合作用去除的。
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/ S% Q' O; G0 z1 l2.1.3固定化微生物同步生物脱氮
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利用固定化微生物技术,将硝化菌和反硝化菌混合固定形成单级强化生物脱氮技术,根据包埋方式和碳源供给方式可分为分层包埋、混合包埋和碳源循环单级生物脱氮等三种工艺。6 r+ s# F% t" j, o0 d2tech.cn
综上所述在SND工艺中,硝化反硝化反应能够在同一个反应器中同时进行,可节省占地面积,并且微生物硝化过程与反硝化过程中对氧、碱度的需求相反且互补。将大大简化生物法脱氮的工艺流程、提高生物脱氮的效率,并节省投资。这正好克服了传统生物脱氮工艺的缺点与不足。有广阔的应用前景。
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2.2短程硝化反硝化工艺
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短程硝化反硝化(Shortcut nitrification-denitrification)就是利用亚硝化细菌和硝化细菌性质的不同,在硝化过程中造成一定的特殊环境使NH4-N正常硝化到NO2-N,而NO2-N氧化到NO3-N的过程受阻,形成NO2-N积累后直接进行反硝化,也可称为不完全硝化反硝化。  Z: j6 n* h6 E2 }2tech.cn

2 l  T- N# @0 O$ U7 q/ QVoets等(1975)在研究处理高浓度氨氮废水的过程中发现在硝化过程中NO2-N积累的现象,首次提出了短程硝化一反硝化生物脱氮的概念。Mulder等(1997)提出了SHARON工艺(singlereactor high activity ammonium removal over nitrite),应用在高温下(30-35℃)亚硝酸菌的生长速率明显高于硝酸菌生长速率这一特性,使硝化反应控制在亚硝酸盐阶段,硝化系统中NO??N2积累达100%。
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' r* X9 \5 ?* v) {: AMike S.M.Jetten等人研究了SHARON工艺中的微生物菌群,发现其对氨氮的亲和力较小(亲和力常数为20-40mg NH4-N/L),出水中的氨氮浓度常达50-100mg/L。认为SHARON工艺主要用于处理本身温度较高的高浓度氨氮废水 (>500mg/L)。
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与传统的硝化反硝化相比,短程硝化反硝化可减少25%左右的需氧量,降低能耗;节省反硝化阶段所需要的有机碳源,降低了运行费用;缩短HRT,减少反应器体积和占地面积;降低了污泥产量;硝化产生的酸度可部分地由反硝化产生的碱度中和,但缺点是不能够长久稳定地维持NO2-N的积累。& O4 B( a5 L) Q# o7 t3 o8 b% F- C  E2tech.cn
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2.3厌氧氨氧化工艺8 ~) O1 R/ w; \2tech.cn

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厌氧氨氧化工艺(Anaerobic Ammonium Oxidation,简称Anammox)是在厌氧条件下,微生物直接以氨氮为电子供体,以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体,将硝酸盐或亚硝酸盐转变成氮气的生物转化氧化过程。
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Mulder等(1995)在流化床反应器中研究反硝化脱氮时发现,氨也可在缺氧条件下消失,并且氨的消失与硝酸的消失同时发生且成正相关,并将这种现象称之为厌氧氨生物氧化。在对厌氧氨氧化菌的研究过程中也发现厌氧氨氧化速率与细胞(污泥)浓度成正相关;同时发现在取自厌氧氨氧化反应器的厌氧氨氧化菌混培物中含有相当数量的好氧氨氧化菌(其活性达到了常规硝化反应器中硝化菌混培物的水平)。该工艺具有耗氧量少、污泥产量低、不需外加有机碳源等优点,有很好的应用前景,成为生物脱氮领域内的一个研究重点。
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/ g$ F) d7 K& `- n/ |9 B1 w, l  h厌氧氨氧化生物脱氮与传统的硝化反硝化工艺相比,具有明显的优势。无需外加有机物作电子供体,既可节省费用,又可防止二次污染。至少可节约耗氧量50%,如经亚硝酸盐途径,则可节约耗氧量62.5%(不考虑细胞合成时)。产酸量大为下降,碱度生成量为零,可节省可观的中和试剂。但厌氧氨氧化与短程硝化反硝化相比,厌氧氨氧化菌世代时间较长,反应器启动较困难。其反应机理、参与菌种和各项操作参数有待进一步研究。
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这些新技术在一定程度上解决了传统生物脱氮技术存在的问题,在节省工程投资、简化操作管理、提高处理能力、扩大处理范围等方面都表现了很大的优势,因此很有研究价值和开发前景。但大多数还处于试验室研究阶段,需要进一步的研究使之能成功运用于工程实践。5 S& a. x- T! Y/ u  ?1 q2tech.cn
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[mu4]3.污水处理新技术——曝气生物滤池BIOSTYR(r)[/mu4]
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; d0 F& G1 @: W3 X几十年来,在污水处理领域,活性污泥法无疑是一种被广泛使用并有良好效果的污水生物处理技术。但是随着社会的不断进步,城市规模扩大以及人类对居住环境的日益重视,活性污泥法的不足越来越突出地显现在人们的眼前。( ^0 B" b: v. v8 E! }2tech.cn

2 q% U6 K" ?" Q占地巨大 人口的不断膨胀使城市变得拥挤,许多城市土地稀缺,而采用活性污泥法的污水处理厂动辄几公顷,甚至几十公顷的占地无疑成为一种制约。0 v- i" U* x, |& ~. r2tech.cn

# D4 u0 a9 U4 Q环境恶劣 巨大的污水处理构筑物大面积暴露在大气之中,极易产生臭气污染,周围居民无法忍受。因此,越来越多的居民拒绝与污水处理厂为邻。
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性能不稳定 由于是一种悬浮状态的微生物胶团,活性污泥的浓度通常在6000毫克/升以下,外界环境(温度,污染物浓度等)极易对处理效果产生影响,甚至造成污泥膨胀,使处理水质恶化。
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上世纪八十年代,一种针对以上问题研发出来的新的污水处理技术首先在法国得以运用,这就是“淹没式固定生物膜曝气滤池”。法国OTV公司在淹没式固定生物膜曝气滤池领域拥有近20年的工程设计、建设和运行经验,并且在世界各地建设了100多座类似工艺的污水处理厂,其中一种工艺便是BIOSTYR(r)生物滤池。
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BIOSTYR(r) 则是一种经过改良的新一代上向流曝气生物滤池。它既可以用于污水的二级处理,也可以用于处理出水需要回用等其它要求的污水深度处理,并且能够达到很高的排放水质标准。
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8 {+ f" y3 ~% E8 t4 D3.1基本结构$ E2 I6 A" n# @/ r+ d; s7 N; V- P2tech.cn

) ~- W/ {' D6 x2 hBIOSTYR(r)工艺是一种淹没式上向流生物滤池,其滤料为比重小1的球形颗粒并漂浮在水中,我们称之为BIOSTYRENETM。
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: ^( h+ O9 L5 g每个生物滤池单元包括:! H+ r: c: Q+ {2tech.cn
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*进水管和位于滤池底部的配水渠(同时可用于反冲洗水的排除);
5 y; ~; z7 I* Z3 |# f# N*两条空气第(管孔管),一条用于工艺曝气,一条用于气反冲洗;在硝化/反硝化反应时用两条管道,在单一硝化反应时曝气和反冲洗为同一条管道;
( o- W( h9 t% X  ?/ T*3~3.5米的滤料层,滤料表面附着大量的微生物;. M: H; N4 i# E+ W( u) ]2tech.cn
*滤池顶部有混凝土滤板,防止滤料的流失;
4 H9 c  h/ w, r*滤板上安装有滤头,用于滤池出水。* t& X. d3 H, g4 w7 t7 {2tech.cn

& u4 R; P8 Y$ I# S3.2工艺原理7 H) B- w& W# E: |/ [: _. k2tech.cn

% [' Z9 k3 I  ^' X8 g根据曝气管道位置的不同设置可以控制硝化反应和反硝化反应的程度,也可以单独进行硝化反应或反硝化反应。" w$ ]$ Y: w" e! s2tech.cn
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具有硝化和反硝化功能的BIOSTYR生物滤池,其曝气管位于滤床中的经过计算的位置,将滤床分隔为下部厌氧区和上部好氧区,它可以去除所有可降解的污染物,含碳污染物(COD和BOD),悬浮物(SS),氨氮和硝酸盐(即总氮),反冲洗气管位于滤池底部。5 D7 h: a2 g" E( l$ j; _% Q2tech.cn
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对于通常的仅需要进行硝化反应(对氨氮有要求),在曝气和气反冲洗时共用一根位于滤池底部的穿孔管,从而使整个滤床处于好氧状态,它可以去除大部分可降解的污染物,含碳污染物(COD和BOD),悬浮物(SS)和氨氮。  g2 D! r+ j" y2tech.cn

% ?+ S/ C. f+ w# _配水和进水:从一级处理或二级处理出来的水通过配水堰均匀地分配到各个滤池的进水渠中,然后通过进水管重力流入滤池底部的配水渠,在进水管或渠上安装有自动阀门,用于某些情况下的停止进水(比如在反冲洗的过程中),污水通过滤池底部的配水渠进入到整个滤池,这些设计保证了滤池在整个截面上的均匀配水。同下向流滤池(如滤料的比重大于1)不同,该滤池的水头保证了进水配水的均匀,因此滤池底部不再需要滤头(那样很容易堵塞)或者配水管网,并且在处理前不需要筛网。8 X6 N5 \) |- y! J" s3 {2tech.cn
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滤料:BIOSTYRENETM滤料是一种粒径小、形状一致的球形滤料,其比重小于1,具有很大的比表面积,这使它具有如下特性:
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*滤料比表面积大,具有较高的净化能力,处理负荷高;
$ e: U1 e3 M; P" C3 h*机械性能和物理化学性能好,不易磨损;/ {4 _+ I9 E! {0 ]" D! b! ^2tech.cn
*滤料的原材料来自于国内的工业原料,可就地生产加工,成本低廉;
; E: g/ v% |- Z& I5 `, o% E& s0 v*滤料损失极小,几乎不用更换。  o3 e/ K9 j( F1 ^2tech.cn

* W! ]2 J" c' M/ v由滤料作为微生物的载体,其巨大的表面积上附着了大量的微生物,在底部曝气管所提供的氧的作用下,污水中的含碳污染物(COD和BOD)被降解,氨氮则被氧化成硝基氮。6 I& x7 d% g$ A  X3 h; p2tech.cn
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在硝化/反硝化的情况下,处理后的出水需要进行回流,回流水和原水在进水渠中混合后进入滤池,污水首先进入滤床下部的厌氧区,在此进行反硝化反应,将回流水中的硝基氮去除;然后进入上部的好氧区,在此将含碳污染物分解,将氨氮转化为硝基氮。
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由于硝化、反硝化反应机理受进水水温的影响很大,因此低进水水温将明显影响生化反应的池容。但是,BIOSTYR(r)滤池具有足够的停留时间(1~2小时),同时还有80~100°C的工艺空气的连续鼓入,因此生化反应受外界气候条件影响极小;同时,由于在滤池中的微生物是固定在载体上,而不象活性污泥法悬浮在水中,因此其单位体积内的生物量极大,提高了处理效率。由于以上两个原因,较低的进水水温对其生化反应影响较小,BIOSTYR(r)滤池可以在8~30°C的范围内正常运行。
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* z" `8 c( I+ ]' J最后,污水流经滤床的方向是压缩滤料的方向,而不是扩展滤料的方向,由此也加强了对悬浮物质的截留作用,从而不再需要沉淀池。
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5 P) V0 M+ J8 m8 I6 Z滤池的处理出水:漂浮的滤料通过混凝土盖板阻挡在滤池中,盖板上安装有许多滤头,可使处理后的出水流出,由于这些滤头只同处理后的水接触,因此避免了堵塞;同时,由于这些滤头上面没有滤料,故而很容易进行维护。4 M, M& }, j$ |( `* W$ K0 V. p2tech.cn
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滤池反冲洗:随着悬浮物质的截留和生物膜的不断生长,滤床需要定期进行反冲洗,即重力反冲洗和气反冲,反冲洗后的水由滤池底部的集水沟(即进水暗渠)收集并排到一个集水池中。反冲冼水即滤池顶部滤板的上面储存的一定高度的清水层,此清水层在一组滤池中是相通的,清水层的高度是经过计算的,可使所储存的水量足够用于滤池的反冲冼。由于反冲洗是通过重力进行并与正常过滤的方向相反,因此不再需要反冲冼水泵。7 ]% y, V7 M1 R9 F1 Q0 o2tech.cn
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定期的逆向流反冲洗可以去除过剩的生物膜和所截留的悬浮物,而不需要使它通过整个滤床。向下的水的冲洗可以在最短路线内把截留物冲出滤床,并且是截留物重力落下的方向,节约能耗且效率高。
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反冲洗过程如下:. N  m' L1 ^( F) M& B! k, |' d' c2tech.cn
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*关闭滤池的进水阀,打开滤池底部的反冲洗排水阀;
( C+ ]$ X. h. y% L% i+ v*滤池顶部的清水重力流下,进行预冲洗;& y) p' y1 o8 k0 o3 R4 p2tech.cn
*然后辅以气反冲进行气水联合反冲;
5 z, v" |1 V% k6 T" H/ N*仅用空气冲洗和仅用水冲洗交替进行;
+ M3 t; k3 K1 F. y+ M*最后再仅用水冲洗。* b4 w, G& _6 A2tech.cn

  G1 `" C! y4 ~5 r反冲洗的控制程序分两种:即时间控制(正常情况下是24小时反冲洗一次)和压差控制(即通过滤料层上下的压力差进行自动起动运行)。
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: Y4 N3 a" R" B0 c' K  K- _. a, t滤池的曝气:每个滤池的工艺空气和反冲洗空气由同一台鼓风机堤供,鼓风机是不停止工作的。只不过在进行硝化/反硝化型的滤池中,它们的布气管网是分开的,并且由阀门进行切换;而在单一硝化的滤池中,工艺空气和反冲洗空气是同一布气管网,两种方式的供气由滤池入口的调节阀调节。
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6 m5 Y6 K$ o) ~) \  c9 G6 C8 Z滤池的工艺性能:根据去除污染物的不同,BIOSTYR(r)滤池可以分为除碳型,硝化型,硝化/反硝化型以及后反硝化型。4 E% @, G+ R- i+ C& J; y7 q2tech.cn

" o3 B( e/ Q5 F7 b4 z6 U由于滤料上附着的巨大而丰富的生物膜,BIOSTYR(r)滤池的处理能力大大高于活性污泥法。3 t. `( r8 m9 l; x' a8 v3 i2tech.cn
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3.3主要优点
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*由于BIOSTYR(r)工艺将滤池和生化反应器结合起来,因此不再需要沉淀池;& g& J4 Y9 H) p! W. ~9 D2tech.cn
*占地面积小,是常规工艺的1/4~1/5,节省大量征地和地基处理费用;" P5 @; b" g' G5 I. p* A( k! s2tech.cn
*池容小,土建工程量比其它工艺少20%~40%;6 N4 g1 C% u7 K1 T- {' V2 J2tech.cn
*全部模块化结构,改扩建容易,工期短;2 o# X& f& {/ \# y! P2tech.cn
*上部出水为清水,滤头不易堵塞,检修和更换容易。无需放空滤池中滤料;
9 W$ u6 N/ _% ?  k4 N0 z- X*可对厂区进行全封闭,无臭味污染,视觉和景观效果好;" Y3 s- W2 h/ X: y) @4 A2tech.cn
*不需要单独的反冲冼水和反冲洗水泵,降低了设备投资和运行费用;
0 ^, z- |' S% e) L  y/ ^*穿孔管曝气,节省设备投资和维护费,效率高。而膜式曝气头通常在运行两年后开始丧失其效率;! O  @4 Y" y- O2 Y2tech.cn
*自动化程度高,操作人员少;*低温运行稳定,受温度影响很小;7 U" C! Q; _# w, R5 H% n2tech.cn
*由于其具有连续的物理过滤能力,一旦生物反应发生问题,滤池仍可去除绝大部分的悬浮物;而且仅需要几天即可恢复生物处理能力,而活性污泥法需要几个星期才能恢复;5 d; }5 Z. O1 O: m+ G2tech.cn
*工艺操作灵活,同一滤池内可同时完成硝化的反硝化的功能。5 c$ L- }4 m0 O, `' f8 G1 j2tech.cn
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[mu4]4.曝气生物滤池研究进展[/mu4]* x. v6 l1 w3 P5 B) t2tech.cn
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曝气生物滤池处理污水的原理是利用反应器内填料上所附生物膜氧化分解作用,填料及生物膜的吸附截流作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用,以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用,达到脱氮的目的。
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7 h3 \; X' S# d' s4.1曝气生物滤池的主要特征' d; |( H* H5 ?2tech.cn

3 ~8 `$ B9 V9 \曝气生物滤池具有以下特点:/ n. G. l- b. ~2tech.cn
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1)        采用小粒径颗粒作为生物载体,如陶粒、活性炭等;: `; b$ ], A% o2tech.cn
2)        能同步发挥生物氧化作用和物理截流作用;7 l* ]: L' L' F  v7 ^2 d- y4 W# E2tech.cn
3)        高容积负荷及高的氧转移和利用效率;* l8 M9 G6 |3 L2tech.cn
4)        抗冲击负荷能力强,受气候、水量和水质变化影响小。- y3 O0 j% Q- R2tech.cn
5)        反应器沿水流方向呈明显的空间梯度特征。需要定期进行反冲洗以去除滤层中截留的污染物和脱落的生物膜,不需要二沉池;9 h- m4 u4 D* t  R$ ]2tech.cn
6)        占地面积小,基建投资省采用模块化结构设计,为整个工艺的紧凑化,设备化及改扩建提供了有利条件;% g6 Q! C' d# x( U& y2tech.cn
7)        可建成封闭式厂房,减少臭气、噪声和对周围环境的影响,视觉景观好。运行管理方便,便于维护。
2 A+ m2 K: U2 W* H" I( b8)        进水一般要求进行预处理,一定程度上增加了工艺的复杂性。9 l& G5 u: s; {' [9 h2tech.cn
9)        若进水悬浮物较多,运行周期短,反冲洗频繁。- Q& `6 l  ?0 u) M$ I$ w& o2tech.cn
10)    产生的污泥稳定性较差,进一步处理比较困难。+ k) Z* W' O+ z/ e2tech.cn

7 Q) x; h, i" [4.2曝气生物滤池脱氮技术发展动态" M+ |: g( f5 `7 |$ U2tech.cn

; ]* z6 p/ R4 r+ E作为一种全新的污水生物处理技术,曝气生物滤池近年来已经成为国内外的研究热点。自90年代以来,各种不同形式的曝气生物滤池不断推出,许多已经成功地应用于水处理实际,如受污染水源水预处理、污水的二级和三级处理等,并取得了很好的应用效果韩国的电子工业废水处理中,曝气生物滤池的硝化效率达99.5%,加上后续的厌氧生物滤池,总氮去除率达90.7%。+ |* r4 L  L5 L$ e2tech.cn

% L3 G+ G/ E' ?. c美国宾夕法尼亚州的Monessen焦化废水厂在去除几乎全部酚、氰化合物的同时也去除了78%的氨。Cromphout等利用上向流曝气生物滤池处理含氨的富营养化水源水,研究了温度和流速对硝化速率的影响。在一定运行条件下,随着温度的降低硝化速率下降;但滤速对硝化效率没有影响。李汝琪等采用下向流曝气生物湘潭大学硕士学位论文曝气生物滤池脱氮工艺与过程控制研究,发现同步硝化效率可达91.5%;Pujol的中试结果表明:在一定运行条件下曝气生物滤池对氨氮的去除率可达90%以上。认为提高滤速对硝化有积极的促进作用,反硝化最好采用外加碳源的办法。Tschui等也证实提高滤速会增加反应器的硝化能力。Fdz-Polanco等研究了硝化曝气生物滤池中异氧菌和硝化菌的空间分布情况,发现硝化细菌、亚硝化细菌在反应器中的空间分布与CODcr浓度有关,呈现明显的分区分布。Wijeyekoon等研究了滤速与硝化菌活性的关系,发现硝化细菌活性分布与滤速有关。哈尔滨工业大学马军等研究了曝气生物滤池中亚硝酸盐的积累及影响因子。在反应器中发现了明显的亚硝酸盐的积累现象,并表现出显著的短程硝化反硝化特征。! {6 y3 h' s( w  _# h2tech.cn

4 ?$ Q3 ^8 W! s+ F4 H4 J, S) r# F1 W总体来说,目前曝气生物滤池的研究工作还有待进一步的深入,相关的理论体系还不够完善。特别是其脱氮过程机理、反应动力学和微生物生态学的理论研究尚待深入,有关运行参数的影响、反冲洗、反冲洗污泥的处理等关键问题的研究还需要大量的工作。可以估计随着现代生物检测技术和纳米测量技术的发展,对其处理机理的研究将有望取得突破,特别是生物膜生长和生物膜活性的研究将成为近期的前沿课题。同时针对生物膜特点、生物氧化功能和过滤功能之间的相互关系、反冲洗过程中生物膜的脱落规律等理论研究的开展;以及其快速启动的方式、在水深度处理、饮用水预处理等方面应用,对改性处理的新型吸附型填料的利用,开发预处理技术与曝气生物滤池组成的新型一体化反应器等应用研究的开展。将使曝气生物滤池在今后工业大规模应用中发挥更大的作用。
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