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生物脱氮除磷外加碳源技术

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学社教育 发表于 2019-11-14 08:25 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
根据微生物生长所需碳源的不同,反硝化细菌可以分为自养反硝化细菌和异养反硝化细菌,其中大部分反硝化细菌为异养反硝化细菌,它们需要利用有机碳源进行反硝化.。在反硝化过程中有机碳源主要用于异化硝酸盐还原、同化合成细胞、脱氮或转化成细胞贮藏碳源,同时异养反硝化细菌生长过程中也需要大量的有机碳源为其提供能量和营养物质.在生物反硝化过程中,碳源对反硝化过程中的脱氮能力与效率起着决定性作用。" o! L% G3 Z% s5 i3 m/ l9 j0 G2tech.cn
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其中,反硝化菌在缺氧的条件下以碳源为电子供体,硝态氮为电子受体,将亚硝酸氮和硝酸氮还原成氮气,从而达到去除氮污染物.当反硝化过程中碳源供应不足时,会使反硝化速度降低,这是因为当有机碳供应不足时反硝化细菌会利用自身的原生质进行内源反硝化,最终减少细菌的细胞质.。
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5 `8 }1 f' {. h; {+ [$ l此外,在污水中常常伴有磷,磷的生物去除是通过聚磷菌完成的,聚磷菌会与反硝化菌争夺碳源,由此加剧原水碳源不足的矛盾,因此,投加外碳源是保证反硝化细菌正常生命活动,促进污水氮磷去除效果的有效手段。4 s! q4 _1 D% r- I' I; ?2tech.cn

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外加碳源种类及其影响
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因不同碳源分子结构各不相同,其作为外加碳源去除污水中氮磷的效果也有一定差异.  但在反硝化过程中,能够快速被生物降解、不会产生二次污染的碳源是反硝化过程中电子供体的最佳选择.目前主要研究的外加碳源有: 传统外加碳源(  甲醇、乙醇,乙酸钠,葡萄糖) 、废弃物作为外加碳源、污泥作为外加碳源等.1 _" o- X1 i: y2tech.cn
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(1)传统外加碳源、甲醇、乙醇、乙酸钠、葡萄糖是传统的外加碳源。
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它们分子结构简单,有利于微生物的吸收转化,从而促进反硝化细菌的生长繁殖,有效的去除污水中的氮磷.以间歇式活性污泥法工艺作为主体工艺的污水处理厂曝气阶段活性污泥为研究对象,在PH值和温度等参数保持不变的情况下,考察了甲醇、乙醇、乙酸钠、葡萄糖等外加碳源的脱氮效果.。5 B3 I. _. \( J2 E2tech.cn

) M5 E1 |. E# k7 V! T结果现,以甲醇作为外加碳源时,当系统中CODcr/N比由1.1提高5.6,NO3-N几乎没有什么去除效果;  以乙醇作为外加碳源,CODcr/N为6.6时,反硝化速率很慢; 以乙酸钠作为外加碳源,CODcr/N为5.8时,反硝化速度比较快;  以葡萄糖作为外加碳源,污泥不容易利用而且反硝化速率很低。4 U" [7 V6 G6 j( a2tech.cn

% l& W" l$ C0 T+ o$ c/ T研究了乙酸钠、葡萄糖、甲醇作为外加碳源对活性污泥脱氮能力的影响。$ b" ?) T$ |5 m2tech.cn
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结果发现,投加碳源分别为50mg  /L。100mg/L,200mg/L条件下,以乙酸钠作为外加碳源,NO3-N去除率分别为68. 8% ,85.8%.100% ;  葡萄糖作为外加碳源,NO3-N去除率分别为47.3% ,64.3% ,76.2% 以甲醇作为外加碳源,因甲醇需要一定的驯化时间,在初期没有效果.  因此,乙酸钠是非常高效的外加碳源. 但对于每天要处理几万吨到几十万吨的污水处理厂来讲,所需费用就十分可观,因而迫切需要寻找更低成本的外加碳源。
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(2)  废弃物作为外加碳源.农业废弃物是地球上可循环利用的最为丰富的有机物质,不仅成本低而且容易被生物降解,具有很好的开发前景。
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以甘蔗渣、玉米芯、稻草、稻壳、花生壳、木屑6种废弃物为研究对象,分析比较了这6种废弃物含碳量以及各浸出物质成分,从而选出最佳的固体反硝化碳源.研究结果表明,这六种废弃物的浸出液中没有出现重金属,具有很好的安全性。
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其中,甘蔗渣的浸出液含碳量和碳释放速度比其他材料的浸出液高.  玉米芯、稻草和稻壳持续提供碳源的能力很强.以玉米芯、稻草和稻壳为碳源和载体处理含硝酸盐的废水去除率可达到80%以上,但是以木屑为碳源和载体硝酸盐的去除率很低.。- Z+ D0 P3 [; r: k( k; z: h2tech.cn

, Y- A) k9 E1 {& J# H# c1 q( \因此玉米芯、稻草和稻壳可以作为反硝化碳源.考察了棉花、稻草、稻壳、玉米芯这4种农业废弃物作为外加碳源的情况,通过对其碳的释放数量和长期脱氮的能力等进行分析比较,选出最佳的反硝化碳源。
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# W! h* S7 V/ v1 G) y0 m% B. u结果表明,玉米芯有较多的可溶性物质,可以促进微生物的快速生长,与其它碳源相比能够获得更好的长期脱氮效果,每克玉米芯在46d总共去除了113.82g的硝态氮;  相比之下,棉花、稻草不如玉米芯的长期反硝化能力好,稻壳则不能被微生物有效利用,处理效果很差。
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因此,玉米芯可以作为较好的外加碳源.  除了玉米芯、稻草和稻壳等农业废弃物可作为有机碳源外,植物的落叶也具有很大的潜在经济价值.  我国城市每年落叶数量巨大,其中梧桐树叶含有大量有机酸,将其作为反硝化外加碳源,不仅可以去除废水中的氮,而且也实现了对废弃物的综合利用。! J$ R8 e& ^( T5 q4 S+ N2tech.cn

: `' n8 q/ c4 y3 L' w, N0 v) S6 `考察了梧桐树落叶的浸出液去除废水中硝酸盐的情况.梧桐树叶中的有机酸在适当升高水温的情况下,可以加快释放速度,在最佳pH值条件下,梧桐树叶在  12h内释放出87%的有机酸.以梧桐树叶浸出液作为外加碳源进行反硝化时,废水中的硝酸盐去除率为2.19mg/h,该速率低于甲醇和乙酸作为外加碳源时的脱氮速率,但是比以葡萄糖作为外加碳源时要高。
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' O& f" J" V# F7 O在该过程中,7.5mgCOD当量梧桐树叶浸出液可以去除1mg/L硝酸盐,并且最终没有亚硝酸盐积累.考察了香蒲枯叶作为外加碳源对反硝化进程的影响.  结果表明,香蒲枯叶层不仅为微生物的生长提供生长环境,而且还为进行反硝化作用的微生物提供溶解性有机碳源,因此将枯叶和基质分层填装比混合填装的反硝化速率要高.) H/ [' h0 I( K7 U; ?6 L2tech.cn
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 楼主| 学社教育 发表于 2019-11-14 08:26 | 显示全部楼层
(3)  污泥作为外加碳源.伴随着城市污水处理厂的大量兴建,剩余污泥产量迅速增加,如何回收利用污泥中的有用物质备受关注,其中剩余污泥破解液作为反硝化碳源研究比较普遍。( p6 L% X7 w- B3 Q8 ?# W  |, ^9 P& j# o2tech.cn
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以剩余污泥碱解上清液作为反硝化外加碳源,确定了污泥碱解上清液的回用量.剩余污泥在碱解条件下发酵污泥9d,对其上清液中的挥发性有机酸(  VFA) 和含氮化合物( N) 进行测定后发现在该条件下能获得较好的VFA/N,随着 VFA/N 的增加,反硝化速率迅增加,pH值的变化也与其一致,VFA/N  = 2.47为分界点,当VFA/N比值继续增加时,反硝化速率缓慢增长;# @! x9 M% a% z( a* U- T3 V4 Y2tech.cn

4 h$ ^; [/ E8 k* e- W, c将上清液按一定比例加入生活污水与单纯生活污水相比,反应时间一定的情况下,减少硝酸盐减少量超过1倍,出水中所含的硝酸盐浓度不超过5mg/L,因此污泥碱解发酵上清液可以作为外加碳源.则对比了剩余污泥碱解发酵上清液、乙酸钠和生活污水三种碳源对反硝化过程的影响.! }9 @1 ^% p) e3 O) N% O2tech.cn
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结果表明,在相似的VFAs/N和MLVSS情况下,剩余污泥碱解发酵上清液与乙酸钠的反硝化曲线变化趋势很相似,但剩余污泥碱解发酵上清液的平均反硝化速率比乙酸钠低,其硝酸盐去除率和乙酸钠几乎相同,均比生活污水高。' }- r5 W8 l1 w- n$ G8 M! O; G" p4 v2tech.cn
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以不同VFAs/N的上清液作为外加碳源进行反硝化时,在反应的前6h内,均VFAs/N的增加,反硝化速率增加.  综合考虑各种因素,VFAs/N在2~3之间反硝化效率高;  由于反硝化过程主要发生在前3h,后3h的反应效率很低,因此反硝化过程时间应控制在3h之内。
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5 v; k( }5 z. t+ O  o采用SBR反应器,对经过超声波处理的污泥上清液作为反硝化碳源的可行性进行了研究,结果表明,当投加足量的经过超声波处理的污泥上清液时,脱氮效果良好,硝酸盐氮的去除率可达96%  ,亚硝酸盐氮几乎全部去除. 但是投加这种碳源会使整个系统增加额外的磷和氮,需要应用前置反硝化工艺和鸟粪石沉淀法对上清液进行预处理。
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