污水处理厂曝气池节能及新型生物脱氮技术

【 关键词 】 节能降耗； 同时硝化反硝化； 短程硝化反硝化； 厌氧氨氧化 ； 氮 脱
硝化反 硝化及厌 氧氨氧化等 这些新型生物脱氮技术都可以极大的降 从 按处理程度 划分 ． 现代 污水处理技 术一般可分 为一级处 理 、 二级 低 需 氧 量 ． 而 达 到 节 能 降 耗 的 目的 处理和三级处理 总体 流程 一般如下 ．污水进水一 粗格栅一 提升泵 ２传 统 生 物 脱 氮 原 理 ． 站一细格栅一沉 砂池一初次 沉淀池一生 物处理段一二 次沉淀 池一消 传 统生物脱 氮理 论认为 ． 生物脱氮 包括氨化 、 化和反硝 化三个 硝 毒排放 污水处理厂的能耗主要 体现在污水 进水提升 ． 物处 理和污 过程 污水 中的有机氮首先在氨化菌 的作用下转化为氨态氮 。硝化反 生 泥处理三大块 ． 中生物处理段 的能耗 占大很大 比例 ． 其 一般 占总能耗 应又分为亚硝 化和硝 化两个 阶段 ． 氨氮先 是在亚硝化菌 的作用 下被氧 的 ６ ％左 右 。 ０ 化 成 亚 硝 酸氮 ． 而 ． 硝化 菌 的作 用 下 ， 硝 态 氮 进 一 步 被 氧 化 成 硝 继 在 亚 随着我 国城 市化步伐 的加 快 ．各地 污水 处理厂 的建 设也紧 随其 酸氮 。硝化菌属 于化 能 自 型细菌 ． 养 其生 理活动不需要有机物作 为碳 后 。 了 确保 出 水水 质 的稳 定 ． 地 区 的 污 水 处 理 都 以 集 中 处 理 为 主 ， 源 。硝化反应需要在好氧条件下进行 ． 为 各 溶解氧含量不能低于 ｌ ｇ 。 ｍ ／ 并 Ｌ 这 就 使得 一 个 污 水 处 理 厂 的服 经 面积 很 大 ． 市 远 处 的 污 水 要 进 入 污 要保持一定 的碱度 ， 城 最佳 ｐ Ｈ值为 ８ ～ ． ． ８ 。反硝化反应指在反硝化 菌 ０ ４ 水 处 理 厂 则 势 必 要 增 加 污 水 管 道 埋 深 或 者 多 设 提 升 泵 站 污 水 集 中 的作用下 ． 原硝酸 氮和亚 硝酸氮为氮气 的过程 反硝化菌属 于异养 还 后． 为了保证后续处 理设施 的正 常运行 ． 须要求进水泵 有较高 的扬 兼性厌氧菌 ， 必 在厌氧条件下 ． 以有机 物为电子 供体 ． 以硝酸氮为 电子 受 程 ． 一 部分 的 能耗 也 是 十分 可观 的 这 体。 反硝化反应需 要有机碳源 ， 最适 ｐ Ｈ值 为 ６５ ７５ 反应过程中溶解 ．～ ．， 污水处理厂 的能耗大头在生物处理段 ． 尤其 以曝气池为主 曝气 氧 应 控 制 在 ０５ ／ ．ｍｇＬ 的主要作用 是向污水 中鼓人空气 ． 确保活性 污泥能够获得充足 的溶解 ３新 型 生 物脱 氮 技 术 ． 氧来 维持其 正常 的生命代谢 。同时为 了保证好 氧段 的处理效果 ． 空 使 ３１ 时 硝 化 反 硝 化 ．同 气 与污水混合均匀 ． 则要不停 的搅拌 由于曝气池容积大 ． 且要二 十四 同时硝化反硝化是指硝化过程 与反硝化过程 在同一个反应器 中、 小时不停运行 ． 使得这部分 的电耗极高 如何 降低 曝气 量 已经成 为污 相 同操作条件下 同时进行 基 于硝化过程与反 硝化过 程各 自所需 的 水处理行业需要研究的重要问题 条件不同 ．传统脱氮理论任务两者需要分别在不 同的反应器 中进行 １曝气 设 备 的节 能 降耗 ． 近年来 。 在很 多实际工艺 中发现 了同时硝化反 硝化过程 ． 随着异养硝 鼓风曝气系统 的节能降耗主要有三方面 ， １ （ ）选择合 适的曝气装 化 、 好氧反硝化 、 自养反 硝化等概念 的提 出 ． 同时硝化反硝 化理论也 置 ，２ 优化曝气装置的布置 ，３ 科学的控制曝气量 。 （） （） 得到了进一步发展 城 市 污 水 处 理 过 程 中 氧 利 用 速 度 如 图 １嘶 示 ｔ 从宏观环境 看 ． 在反 应器 内存在 充氧不均 匀的现象 ． 得反应器 使 中形成 了好氧 区和缺氧 区 ． 硝化菌在 好氧 区占优势 ． 反硝化 菌在缺氧 区 占优势。随着时间的推移 ， 溶解氧的不均匀性也 为同时硝化反硝化 的进行创造了条件 从微观上看 ， 在微生物絮体 内存在溶解氧梯度 ， 有 利 于同时硝化反硝化的发生 。 传统生物脱氮认为硝化只能在好氧条件 下进 行 ， 反硝化只能在缺氧条件下进行 ， 由于好 氧反 硝化 、 而 异养硝化 和 自养反硝化 的发现 ．使 得即使在低溶 解氧条件 下硝化反应 也能进 行。 同时硝化反硝化的影响因素主要有 ： 有机碳源 、 溶解 氧 、 微生物絮 体结构 等 由于需要 实现硝化与反硝化的一体化 ． 以有机碳 源必不 所 图 １ 污 水 处 理 过 程 中氧 利 用 速 度 可少 进水碳源越充足 ， 。 同时硝化反硝化就越 明显 此外还需选择适 。 如图所 示 ． 随着反应 时间的推移 ． 微生 物的耗氧速度 不断降低。 当的污泥负荷 ， 好 负荷 过高 ， 会抑 制硝化反应 ， 负荷过低 ， 则会大量 消耗 氧反应池进水端 的污染负荷较高 ． 而随着 反应的进行 ． 污染负荷 沿推 有机物 使得 反硝化 的碳源不足 溶解氧也是影 响同时硝化 反硝化的 流方向逐渐降低。按照此原则 ， 曝气装 置的安装密度也应该沿 推流方 重要 因素之一 ＤＯ一般控制在 Ｏ５ １ ｍｇＬ，ｌ Ｏ过高 ， ．～ ． ／ｔ， Ｄ ０ ￣８ ７， 反应 器内缺 向递减。 氧 区域减小 ． 反硝化 受抑制 ． Ｏ过低 ． Ｄ 不利于硝化反应 的进行 。 微观上 同时 ． 传统 的平均式 曝气布置 由于不考 虑反应池后端 的有机 物降 认 为 微 生 物 絮体 内 的溶 解 氧梯 度使 得 同 时 硝 化 反 硝 化 发 生 ． 以 絮 体 所 解 ． 池 中 某 段 区域 溶 解 氧 浓 度 过 高 ． 样 不 仅 造 成 曝 气 浪 费 ， 加 使得 这 增 的大 小 也 是 影 响 因 素 之 一 只 有 当 微 生 物 絮 体 的 粒 径 在 一 个 最 佳 的 范 能耗 ． 也容 易产生污泥老化 的现象 。 与传统 的均匀分 布的曝气 相比 ， 这 围内． 才能使得好氧 区和缺 氧区的比例最佳 。研究表明１ 当絮体粒 径 ４ ］ ， 种递 减 式 的 曝 气设 置 可节 约 能耗 １％左 右 ５ 在 ５～ １ ０ １ ０微米时可在絮体 内形成缺氧区 。此外 ， 温度 、 碱度 、Ｈ和污 ｐ 除了传统平均 曝气方式 的缺陷外 ． 很多污水处 理厂还存在 曝气过 泥 龄 等 也 会 对 同 时硝 化 反 硝 化 产 生一 定 影 响 量的问题。 实际运行 中． 在 污水厂在下午 和傍 晚的需 氧量一般 及较大 ， ３２短 程 硝 化 反 硝 化 ． 大于 夜 晚和 早 晨 ． 以根 据 实 际 需 氧 量 调 整 曝气 量 是 十 分 必 要 的 。 曝 所 从 整 个 生 物 脱 氮 过 程 来 看 ．污 水 中 氮 的 去 除 先 后 经 历 Ｎ Ｈ— 气过量不仅造成 １能源 的浪费和污泥沉降性能 的变差 ． 『 也不利 于氧的 Ｎ Ｎ ， ２ Ｎ 这 样 的过 程 。 程 硝 化 反硝 化 理论 认 为 。 Ｏ — Ｏ— Ｎｏ— ２ 一 一 短 只要 控 扩散 。 氧气依靠氧浓度梯度提供动力在水 中扩散 ， 当曝气过量 时， 浓度 制合适 的反 应条件 ． 使硝化反应 只进行到 Ｎ ＿ Ｏ２ 阶段 ， 并直接将 Ｎ ２ Ｏ－ 还 梯度减小 ． 使得氧气在水 中的扩散速度降低目 。 原成 Ｎ 从而达到脱氮 的目的（ Ｈ４￣ Ｏ 一 Ｎ ） 与传统生物脱氮过程 Ｎ ￣ Ｎ ：。 研究生 物曝气池 的节 能降耗更重 要的是要研 究新型 生物处理技 相 比 ． 程 硝 化 反 硝 化 不 仅 可 减 少 硝 化 过 程 的 曝 气 量 ． 减 少 了反 硝 短 也 术 以 生 物 脱 氮 技 术 为 例 ． 目前 研 究 比较 热 的 有 同时 硝 化 反 硝 化 、 程 短 化过程对有机物的需求量ｆ ｇ ／ 。
０引 言 ．
作 者 简 介 ： 飞 （９ ９ ） 江 苏靖 江人 ， 读研 究 生 ， 究 方 向 为 水 污 染 控 制 工 程 。 刘 １８一 ， 男， 在 研
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科技 强向 导
◇高教论述◇
短程硝化反硝化的难题在于如 短程硝化反硝化顺利进行的关键在于 Ｈ Ｏ 的积 累 ． Ｎ 传统生物脱 的研究进展基本上还处在实验室阶段。 氮 过 程 中 ． 化 反 应 的 主 要 产 物 是 Ｎ ， 般 占 ９％左 右 ． Ｎ ２ 硝 Ｏ一一 ５ 而 Ｏ－ 的 何稳定高效的积累亚硝酸氮 ． 厌氧氨氧化的条件则更 为苛刻 。但从节 含量极低。由于亚硝化菌和硝化菌有着密切的互生关 系． 想要将 Ｎ ４ 能减排的角度讲 ． Ｈ￣ 医厌 氧氨氧化具有一些优点 ： 由于氨直接作反硝化 完全氧化成 Ｎ０－ ２￣不可 能的 衡量短程硝化反硝化能否顺利进行的标 反应 的电子供体 ， ； 可不需要外加碳源 （ 甲醇）既可节 约运行费用 ， ， 也可 志是 Ｎ ２ Ｏ－ 积 量 ， Ｎ ／Ｎ ， Ｎ ｒ的值 表 示 ． 般 认 为 累 积 量 至 防止二次污染 ： 的累 以 Ｏｒ（ Ｏ－ Ｏ ） ＋ 一 由于氧得到有效利用 ， 供氧能耗下 降： 由于部分氨没有 少 需 大 于 ５％。 ０ 经过硝化作用 而直接参与厌氧氨氧化反应 ． 产酸量下降 。 产碱量为零 。 影 响 Ｎ 累 的主要 因素 有游 离 氨 （Ａ 、Ｈ、 ０ Ｆ） ｐ 温度 、 溶解 氧 （ Ｏ）污 这样可以减少中和所需 的化学试 剂 ． Ｄ 、 降低运行费用 ． 可以减 轻二 次 也 泥龄和有害物质等。 游离氨（ Ａ） Ｆ 的存在会对硝化反应产生抑制作用 当 污染 。 Ｆ Ａ达 到 ０６ ／ ． Ｌ时会 阻断 Ｎ ｒ Ｎ 化 的过 程 ． 进 ＮＯ－ ｍｇ Ｏ 向 ０氧 促 ２ 的积 累ｏ ｏ ］ 厌 氧氨 氧 化 的 研 究应 着 手 于 以下 几 点 ： １ （ ）研 究 厌 氧 氨 氧 化菌 的 当Ｆ Ａ大于 ５ ｇＬ时 ， ｄ 氧化 受 阻 ， 利于 形 成 Ｎ ｒ Ｈ值 的控 制 微生态环境 ， ｍ ＮＨ 的 不 Ｏ ｐ 寻求如何 快速高效 的使其繁殖的方法 ；２ 研究厌 氧氨 氧 （） 要考 虑 Ｎ ｇ Ｈ 的氧化 、 Ｏ 的 积累 和 Ｆ Ｎｒ Ａ的控 制 ， 般 控 制在 ７ ～ ．１ 温 化酶学 ， 一 ． ８５１ ０ １。 ］ 探究其机理 ；３进一步研究厌氧氨氧化在低浓度污水处理 中 （） 度一 般 控 制 在 ２ ～Ｏ ５ ３ ℃。溶 解 氧 ｆ０ Ｄ ）应 控 制 在 ０ ～ ． ｇＬ Ｄ ． １ ｍ ／． Ｏ小 于 ７ ４ 的应 用 。 ０５ ｇＬ时 ， Ｈ４的氧 化受 阻 ． Ｏ值 过高 不 利 于 Ｎ ｒ 积 累 ． ／ ｍ Ｎ Ｄ Ｏ的 由于 亚 硝化 菌 和 硝 化 菌 之 间 关 系 紧密 ． 个 影 响 因素 的变 化 都 同 每 【 参考文献】 时影响到两类细菌 ．而且各个因素之间也存在这相互影响的关系 ． 例 ［］ １谷成 国， 宋剑锋． 城市污水处理厂鼓 风曝气阶段的节能降耗研究阴． 环境保护 如ｐ Ｈ值 的变化会影响到 Ｆ Ａ的浓度 ．这使得短程硝化反硝化的条件 科 学 ，０ ８ ３ （）２ — ８ ２ ０ ，４５ ：６ ２ ． 难 以控制 。 目 前这一理论仍处在人工配水阶段 ， 如何有效的维持 Ｎ ２ ［］ Ｏ－ ２ 徐晓宇 ， 春光 污水处 理厂运 行的节能降耗技术进展【． 李 Ｊ给水排水 ，０ ９ ３ 】 ２ ０ ，５ 的累积仍有待研究 （２ ：７ ５ ． １）４ — ０