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半硝化SHARON-厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX)工艺

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学社博客 发表于 2019-9-9 08:17 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
厌氧氨氧化(ANAMMOX,ANaerobicAM Monium Oxidation)是突破传统脱氮理念的新型工艺。它是指在厌氧条件下,厌氧氨氧化菌以亚硝酸根为电子受体,直接将NH+4转化为N2。该工艺与传统反硝化工艺的区别在于:完全自养,不需要任何有机碳源。其优异的节能效果受到很多研究者的重视。但是厌氧氨氧化对进水的NO-2/NH+4比例有严格要求,根据Broda的总结,厌氧氨氧化菌消耗NO-2与NH+4的比例为1:1,而后来研究发现应为1:3:1。其中多出的0.3molNO-2被厌氧氧化为硝酸根。由于在污水处理中很少发生亚硝酸积累现象,以SHARON工艺作为硝化反应器,以ANAMMOX工艺为反硝化反应器的研究日渐增多,其中短程硝化过程应氧化50%以上的NH+4才能满足ANAMMOX的反应要求。与传统工艺相比,该组合工艺可以节省60%的供氧量和100%的外加碳源,污泥产量很低。
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9 n7 m3 z1 L; vDelft工业大学对厌氧氨氧化工艺进行了许多研究工作,并于2002年在Dokhaven污水处理厂建成世界上第一座ANAMMOX反应塔。目前,摆在研究者面前的问题是:如何控制工艺条件,使SHARON工艺的出水实现适宜、稳定的NO-2/NH+4比例。根据近年来的运行数据,研究人员发现DO、pH和碱度(HCO-3)均是控制出水比例的重要参数。当保持水中的碱度/NH+4为1.2左右,稀释比为0.85D-1时,SHARON工艺不进行pH控制即可得到满意的NO-2/NH+4值。
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在实际工程中,由于污泥上清液中碱度/NH+4往往略大于1.2,正符合这一比例要求,因此在处理污泥上清液时无需进行pH控制。这样通过SHARON工艺后,约有60%的NH+4被氧化成NO-2,使NO-2/NH+4达到1.5。但是,碱度的可操控性比较差,当进水水质水量发生变化时难以借助其对SHARON工艺进行实时控制。为了获得更稳定的运行状态,Volcke等较为系统的研究了DO和pH对SHARON工艺的影响。试验一共选择了8种控制方法(见表1),并借助经济评价模型OCI(Operating CostIndex)分别估算了各控制方法下的最低运行成本,评价结果见表1。如表所示,8种控制方法中只有第7个实现了适宜、稳定的亚硝化积累,并且OCI最低。
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根据Volcke等的分析,如果DO的供给量过低无法满足亚硝酸菌的需要,则氨氮的转化率下降,反应器内NH3浓度升高,使得pH上升,进而降低亚硝酸菌的生长速率,使它们从反应器中洗出;如果DO供给量过大,可能会加快CO2的吹脱,同样会使pH升高造成亚硝酸菌被洗出;如果固定DO浓度,由于供氧不能实时调整,可能会产生过量的亚硝酸,抑制后续的ANAMMOX反应器。因此为了保证SHARON工艺持续稳定运行,在反应过程中应当同时控制DO和pH,DO随出水NO-2/NH+4比例实时调整,通过加药使pH稳定在亚硝酸菌适宜的范围内。
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1 H+ w' ?. O7 W$ o* |; P3 V8 H表1 不同控制方法下SHARON工艺的运行结果与成本估算( j, G  K0 U8 y, V2tech.cn
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SHARON-ANAMMOX工艺原理

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NAMMOX又叫厌氧氨氧化,原理用式表示,在自养菌的作下,1mol氨氮作为电子供体,1molNO2--N作为电子受体,最终产物为N2。) F; u* m. E* a. A5 E  j4 R2tech.cn
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NH4++NO2-N2+2H2O
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实现ANAMMOX的先决条件是在同一反应器中同时存在氨和NO2-,且反应器处于无氧状态。产生NO2-的途径有二:一是限制反应器的供氧,以有利于NO2-的生成并抑制NO3-的生成;二是限制反应器中反硝化所需的电子供体(如硫化物或有机物等)的数量,以限制反硝化的发生。此外,废水中高浓度的氨与限制供氧相结合,可有效地获得氨和NO2-在反应器中同时存在的条件。* g6 P2 m* S' Q0 \' |7 @1 v$ J+ d3 S2tech.cn

! F9 M. n$ p. N$ n将式(1)乘2并与式(2)相加得式(3),即废水经SHARON工艺,50%的氨氮转化为NO2--N,再经ANAMMOX工艺,等摩尔量的剩余NH4+和所生成的NO2-经自养菌作用生成N2逸出,这种工艺就称之为SHARON-ANAMMOX联合工艺。无需外加碱度物质。
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2NH4++1.5O2N2+2H++3H2O
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' G5 d( H1 L+ b1 e' ySHARON和SHARON-ANAMMOX组合工艺是一种高效、节能、投资省,可持续发展的新工艺,主要体现在以下四个方面:
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) ^- W3 y/ K, I8 E1)低溶解氧(1.0mg.l)下的亚硝酸型硝化比正常溶解氧(2.0mg/l)下的硝酸型硝化可减少34.9%的供氧量,降低能耗。DO是硝化与反硝化过程中的重要因素,低溶解氧下亚硝酸菌增殖速率加快,补偿了由于低氧所造成的代谢活动下降,使得整个硝化阶段中氨氧化未受到明显影响,并且低溶解氧下亚硝酸菌对DO的亲和力较硝酸菌强,从而亚硝酸大量积累。因此降低溶解氧对硝酸菌有明显的抑制作用。
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2)节省反硝化所需碳源40%,在达到同等处理程度前提下,碳氮比越低,节约碳源越多。7 [* Q/ ]; k% ^9 b8 q1 i1 i4 ]2tech.cn

! n1 T/ y7 C! t8 d. V- I3)SHARON工艺的反应速率明显快于全程硝化-反硝化,从而缩短反应时间,相应地反应器容积减少。前面的试验资料表明SHARON工艺的硝化反应器可减少7.8%的容积,反硝化反应器可减少32.9%的容积;" e: @- z) O  ?+ q, l2tech.cn
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4)SHARON工艺的污泥产量小,可节约污泥处理能耗。
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4 `% \7 B* h4 i- h- z9 TSHARON-ANAMMOX组合工艺比SHARON工艺减少40%左右的需氧量,不需外加碳源,污泥产量小。( q0 w: ]1 n! E8 t. _2tech.cn

+ {& X: F7 S# Y虽然SHARON及SHARON-ANAMMOX联用工艺是一种基于新的硝化和反硝化反应的全新生物脱氮工艺,与传统的生物脱氮工艺相比具有十分明显的优势,但目前尚处于对较高浓度氨氮废水(如污泥消化池上清夜、垃圾填埋场渗滤液)的处理。  Z7 H- j, W. k& @% K2 b3 e2tech.cn
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本帖最后由 学社博客 于 2019-9-9 08:33 编辑 # q( r, h2 H& g  m4 \8 S2tech.cn
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