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(环境工程专业论文)两级生物接触氧化mbr组合工艺处理高氨氮废水试验研究.pdf.pdf 免费下载
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s t u d yo nt r e a t m e n to fh i g h - s t r e n g t ha m m o n i a w a s t e w a t e rb yc o m b i n e dp r o c e s so ft w o - s t a g e b i o c o n t a c to x i d a t i o na n dm b r ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e :z h a n gx i a o n i n g s u p e r v i s o r :p r o lz h a oj i a n q i a n g c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ,c h i n a 论文独创性声明 本人声明:本人所呈交的学位论文是在导师的指导下,独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外,对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体,均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名:彩屯守 为f d 年月日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时,署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名:彩蔬留 导师签名: 矶o 年乡月日 司,- 年钼7 日 摘要 随着工农业的发展,含氨废水的污染问题日益严重。近年来,膜生物反应器脱氮工 艺由于具有高效的截留作用而备受瞩目。但在传统的m b r 研究和实践中,膜污染成为 限制其发展的瓶颈。本试验采用“两级生物接触氧化”代替传统的活性污泥工艺,以减 少膜污染,形成了“两级生物接触氧化+ m b r ”组合工艺,并系统地考察了该组合工艺 对高氨氮废水的处理情况。 试验分为两阶段进行,第一阶段是单独好氧生物接触氧化+ m b r 处理高氨氮废水的 硝化试验,试验表明该组合工艺具有良好的硝化性能;第二阶段在第一阶段的基础上做 了工艺改进,将一阶段中一级好氧接触氧化池变为缺氧池,即加入了反硝化,没有) b j j n 碳源,并引入m b r 混合液回流装置,试验表明缺氧好氧生物接触氧化+ m b r 组合工艺 具有良好的脱氮性能。 在单独好氧生物接触氧化+ m b r 运转期间,进水c o d e r 的浓度范围为3 0 5 3 9 6 m g l ,n h a + - n 浓度的范围为8 2 9 1 - 9 6 8 0 m g l ,试验结果显示c o d e r 和n 吖一n 的平均去除率分别为8 6 7 和8 2 5 ,但t n 的平均去除率却只有1 4 5 ,说明该组合 工艺的脱氮性能较差。改进工艺后,进水c o d e r 和n 地+ n 的浓度分别在2 6 9 - - - 7 6 7 m g l 和6 2 9 4 9 1 6 3 m g l 范围内变化,研究发现,此工艺对c o d e r 和n h 4 + - n 均有很好的 去除效果,平均去除率分别为9 2 5 和9 1 2 ,在回流比为3 的情况下,t n 的去除率 最高可达8 9 8 。 试验过程中发现m b r 中有溶解性微生物产物( s o l u b l em i c r o b i a lp r o d u c t s ,s m p ) 累积的现象,本文就s m p 的累积行为及其对出水水质的影响作了初步讨论。研究发现 m b r 中s m p 的变化呈现一定的规律,其生成和累积并没有对系统的稳定性产生不良影 响,系统出水水质稳定。 膜污染始终是m b r 研究过程中的重要课题之一,“两级生物接触氧化+ m b r ”组合 工艺的采用在很大程度上缓解了膜污染趋势,进入第二阶段试验后,由于引入混合液回 流装置,膜污染几乎消失。 一 关键词:两级生物接触氧化,膜生物反应器,脱氮,s m p ,膜污染 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r ya n da g r i c u l t u r e ,p o l l u t i o nc a u s e db ya m m o n i a w a s t e w a t e rh a sb e e nb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e r i o u s m o s ta t t e n t i o ni sc u r r e n t l yp a i dt o m e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) f o rn i t r o g e nr e m o v a lb e c a u s eo fi t sh i g he f f e c t i v es e p a r a t i o n h o w e v e r , m e m b r a n ef o u l i n gi st h eb o t t l e n e c kw h i c hl i m i t si t sd e v e l o p m e n ti nt h er e s e a r c h a n dp r a c t i c eo fc o n v e n t i o n a lm b l li nt h ee x p e r i m e n t ,c o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s w a sr e p l a c e db yt w o s t a g eb i o - c o n t a c to x i d a t i o ni no r d e rt od e c r e a s em e m b r a n ef o u l i n g , c o m b i n e dp r o c e s so ft w o - s t a g eb i o - c o n t a c to x i d a t i o na n dm b rw a sf o r m e da n dt r e a t m e n to f h i g h - s t r e n g t ha m m o n i aw a s t e w a t e rb yt h i sc o m b i n e dp r o c e s sw a ss t u d i e d t h ee x p e r i m e n tc o n s i s t e do ft w op h a s e s p h a s e1w a sa b o u tn i t r a t i o no fh i 曲- s t r e n g t h a m m o n i aw a s t e w a t e rb yo x i cb i o c o n t a c to x i d a t i o na n dm b r ( o o - m b r ) t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h ep r o c e s sp e r f o r m sw e l li nn i t r i f y i n g i np h a s e2 ,s o m ei m p r o v e m e n t sw e r e m a d eb a s e do np h a s e1 ,w h i c hi n c l u d e dc h a n g i n gt h ef i r s to x i cb i o c o n t a c to x i d a t i o nz o n et o a n o x i cz o n ew h i c hm e a n sd e n i t r i f i c a t i o nw a sa d d e d , f e e d i n gn oc a r b o ns o u r c e ,a n d e m p l o y i n ga b a c k - f l o wd e v i c et op e r f o r mt h em i x e dl i q u o rr e c y c l ef r o mm b rt ot h ea n o x i c z o n e t h er e s u l t ss h o w e dt h a ts u c c e s s f u ln i t r o g e nr e m o v a lw a sa c h i e v e di nc o m b i n e dp r o c e s s o fa n o x i c o x i cb i o c o n t a c to x i d a t i o na n dm b r ( a o m b r ) d u r i n gt h eo o m b ro p e r a t i o np e r i o d ,t h ec o d e ra n dn h 4 + - nc o n c e n t r a t i o n so f t h e i n f l u e n tw e r e3 0 5 - - 。3 9 6 m g la n d8 2 9 1 9 6 8 0 m g lr e s p e c t i v e l y t h ee x p e r i m e n tr e s u l t s s h o w e dt h a tt h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c i e so fc o d e ra n dn h 4 + - nw e r e8 6 7 a n d8 2 5 r e s p e c t i v e l yw h i l e t h et nr e m o v a le f f i c i e n c yo na v e r a g ew a so n l y1 4 5 i ti n d i c a t e dt h a tt h e n i t r o g e nr e m o v a li n0 0 一m b rw a sp o o r a f t e ri m p r o v i n gt h ep r o c e s s ,t h ei n f l u e n tc o d e r a n dn h 4 nc o n c e n t r a t i o n sw e r e2 6 9 - - - 7 6 7 m g la n d6 2 9 4 - - - 9 1 6 3 m g lr e s p e c t i v e l y t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tc o d e ra n dn h 4 + nw e r ee l i m i n a t e de f f e c t i v e l yb yt h ep r o c e s sw i t h a v e r a g ee f f i c i e n c i e so f9 2 5 a n d91 2 v v h e nm i x e dl i q u o rr e c y c l er a t i ow a s3 ,t h et n r e m o v a le f f i c i e n c yc a l lb ea sh i g ha s8 9 8 i tw a sf o u n dt h a ts o l u b l em i c r o b i a lp r o d u c t s ( s m p ) w o u l da c c u m u l a t ei nm b r i nt h i s p a p e r , t h ea c c u m u l a t i o no fs m pa n di t si m p a c t so nt h e e f f l u e n tq u a l i t yw e r ed i s c u s s e d 1 1 1 t e n t a t i v e l y t h es t u d ys h o w e dt h a tt h ec h a n g e so fs m p i nm b r p r e s e n t e dac e r t a i np a r e m ,i t s f o r m a t i o na n da c c u m u l a t i o nh a dn on e g a t i v ee f f e c t so nt h es t a b i l i t yo ft h es y s t e m ,a n dt h e q u a l i t yo ft h ed i s c h a r g i n gw a t e rw a s s t a b l e f o u l i n gi ss t i l lo n eo ft h em a j o ri s s u e so ft h em b r r e s e a r c h t h ea d o p t i o no fc o m b i n e d p r o c e s so fb i o - c o n t a c to x i d a t i o na n dm b r a l l e v i a t e dt h ew e n do ff o u l i n gt oag r e a te x t e n t a f t e re n t e r i n gt h es e c o n dp h a s eo ft h ee x p e r i m e n t ,m e m b r a n ef o u l i n ga l m o s td i s a p p e a r e dd u e t ot h ea d o p t i o no ft h em i x e dl i q u o rr e c y c l ed e v i c e k e yw o r d s :t w o s t a g eb i o c o n t a c to x i d a t i o n ,m b r ,n i 仃o g e nr e m o v a l ,s m p , m e m b r a n ef o u l i n g 目录 第一章绪论1 1 1 水资源现状l 1 1 1 国际水资源现状1 1 1 2 我国水资源状况1 1 2 氮素污染及其危害2 1 3 氮素污染的控制3 1 3 1 物化法3 1 3 2 生物法5 1 4 生物接触氧化法简介9 1 4 1 生物接触氧化工艺工作原理9 1 4 2 生物接触氧化反应器的构造与池型l o 1 4 3 生物接触氧化法的发展变革1 2 1 4 4 生物接触氧化法的特点1 3 1 5 膜生物反应器简介“1 4 1 5 1 膜生物反应器在国际上的研究进展1 4 1 5 2 膜生物反应器在国内的研究进展1 5 1 5 3 膜生物反应器的研究重点与应用前景1 8 1 5 4 膜生物反应器的工作原理1 8 1 5 5 膜生物反应器的组成18 1 5 6 膜生物反应器的特点2 0 1 6 生物膜膜生物反应器的发展状况及特点2 0 1 7 试验目的和内容2 1 1 7 1 试验背景和意义2 l 1 7 2 试验目的和内容2 2 第二章试验装置与分析方法”2 3 2 1 试验装置”2 3 2 1 1 试验工艺流程2 3 2 1 2 试验装置设备及材料2 4 2 2 试验的基本参数”2 5 2 2 1 中空纤维膜的参数2 5 2 2 2 组合填料的参数2 5 2 2 3 试验的运行参数2 6 2 3 试验运行概述”2 6 2 4 分析项目及其测定方法”2 6 2 5 试验进度安排2 7 第三章好氧生物接触氧化+ m b r 运行效果分析2 9 3 1 试验运行参数的监测情况“2 9 3 1 1温度2 9 3 1 2 p h 值2 9 3 1 3 溶解氧3 0 3 2 有机物的去除情况3 0 3 2 1 有机物去除的综合效果分析3 l 3 2 2 有机物去除机理的分析3 2 3 3 氨氮的去除情况“3 3 3 3 1 氨氮去除的综合效果分析3 3 3 3 2 氨氮去除机理的分析3 3 3 4 总氮的去除情况一3 4 3 5 污泥特征及微牛物相“3 5 3 5 1 m b r 反应器中污泥特征的观察3 5 3 5 2 微生物相3 6 3 6 本章小结一3 8 第四章缺氧好氧生物接触氧化+ m b r 运行效果分析4 0 4 1 试验运行参数的监测情况“4 0 4 1 1 温度“4 0 4 1 2 p h 值4 0 4 1 3 溶解氧4 1 4 2 有机物的去除情况4 l 4 3 氨氮的去除情况一4 3 4 3 1 氨氮去除机理的分析4 4 4 3 2 氨氮去除效果的综合分析4 5 4 3 3影响氨氮去除效果凶素的分析4 5 4 4 总氮的去除情况4 7 4 4 1 总氮去除机理的分析4 8 4 4 2 总氮去除效果的综合分析4 9 4 4 3 影响总氮去除效果因素的分析4 9 4 5 本章小结5 4 第五章膜生物反应器中s m p 初探5 5 5 1s m p 的概念5 5 5 2s m p 的组成5 5 5 3s m p 的的研究进展“5 6 5 4 试验中s m p 的相关分析5 7 5 4 1s m p 的分析方法5 7 5 4 2s m p 的累积行为分析一5 7 5 4 3s m p 对出水水质的影响一5 9 5 5 本章小结”6 0 第六章膜污染的相关分析一6 1 6 1 膜污染简介一6 l 6 1 1 膜污染的概念6 1 6 1 2 膜污染的分类6 l 6 1 3膜污染的影响因素6 1 6 1 4 膜组件的清洗6 2 6 2m b r 中膜污染的基本理论6 2 6 3m b r 中膜污染的机理分析6 3 6 3 1 生物污染6 3 6 3 2 有机污染6 3 6 3 3 无机污染6 3 6 3 4 浓差极化6 4 6 4 试验中膜污染的相关分析一6 4 6 4 1 过膜压力( t m p ) 和膜通量的变化情况6 5 6 4 2m l s s 对膜污染的影响6 6 6 4 3s m p 对膜污染的影响一6 6 6 6 本章小结一6 7 第七章结论与建议“6 9 7 1 结论6 9 7 2 建议7 0 参考文献”7 l 发表论文和参加科研情况说明一7 6 致谢7 7 长安大学硕士学位论文 第一章绪论弟一早三百t 匕 1 1 水资源现状 1 1 1 国际水资源现状 地球上的水资源总量约为1 3 8 x 1 0 8 k r l l 3 ,其中9 7 5 是海水,既不能直接饮用也不 能用于灌溉,淡水仅占2 5 ,其中绝大部分为极地冰雪冰川和地下水,适宜人类使用 的仅为0 0 1 。随着人口膨胀与工农业生产规模迅速扩大,全球淡水用量飞速增长。全 球用水量在2 0 世纪增加了7 倍,其中工业用水量增加了2 0 倍。特别是近几十年来,全 球用水量每年都以4 - 8 的速度持续递增,淡水供需矛盾日益突出。世界上许多国家正 面临水资源危机:1 2 亿人用水短缺,3 0 亿人缺乏用水卫生设施,每年有3 0 0 - 4 0 0 万人 死于和水有关的疾病【1 】。 2 0 0 3 年联合国世界水资源发展报告预测,到本世纪中叶,全世界有6 0 个国家 的7 0 亿人1 2 1 ,最好的情况是4 8 个国家的2 0 亿人口,将生活在水源紧张之中【2 1 。第三世 界国家的城市面积也将大幅度增加,除非更有效地利用淡水资源,控制对江河湖泊的污 染,更有效地利用净化后的水,否则全世界将有1 3 的人口遭受中度到高度缺水的压力。 2 0 0 9 年1 月,瑞士达沃斯世界经济年会报剖3 】警告说,全球正面临“水破产”危机, 水资源今后可能比石油还昂贵,今后2 0 年内,人类争夺水资源的竞赛将愈演愈烈。 1 1 2 我国水资源状况 中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为6 ,仅次于巴西、俄罗斯和加 拿大,居世界第4 位,但人均只有2 2 0 0 m 3 ,仅为世界平均水平的1 4 、美国的1 5 ,在 世界上名列1 2 1 位,是全球1 3 个人均水资源最贫乏的国家之一。扣除难以利用的洪水 泾流和散布在偏远地区的地下水资源后,中国现实可利用的淡水资源量则更少,仅为 1 1 0 0 0 亿m 3 左右,人均可利用水资源量约为9 0 0 m 3 ,并且其分布极不均衡。到上个世纪 末,全国6 0 0 多座城市中,已有4 0 0 多个城市存在供水不足问题,其中比较严重的缺水 城市达1 1 0 个,全国城市缺水总量为6 0 亿m 3 【4 】。 2 0 0 8 年全国总用水量5 9 1 0 亿m 3 ,其中生活用水占1 2 3 ,工业用水占2 3 7 ,农 业用水占6 2 0 ,生态与环境补水( 仅包括人为措施供给的城镇环境用水和部分河湖、 湿地补水) 占2 0 ,全国人均用水量为4 4 6 m 3 【5 1 。而我国常年总用水量为5 5 0 0 亿m 3 至 5 6 0 0 亿m 3 ,整体上能够满足需求,但水资源时空分布不均、水污染、水生态系统失衡 等问题加剧了当前水资源供需矛盾【6 】。因此,防治水资源污染,提高水环境质量,已经 第一章绪论 成为当务之急。 1 2 氮素污染及其危害 大量未经处理或未适当处理的含氮的各种废水排入水体,会给环境造成严重危害, 主要表现为以下几个方面: ( 1 ) 造成水体的富营养化现象用 水体中所含的n h 4 + n ,特别是封闭水体中的n + n 最突出的危害是会造成水体的 富营养化,水体富营养化后会引起某些藻类的恶性繁殖。一方面有些藻类本身有藻腥味 会引起水质恶化使水变得腥臭难闻;另一方面有些藻类所含的蛋白质毒素会富集在水产 物体内,并通过食物链影响人体的健康,甚至使人中毒。 水体中大量藻类死亡的同时会耗去水中所含的氧气,从而引起水体中鱼虾类等水产 物的大量死亡,致使湖泊退化、淤泥化,甚至变浅、变成沼泽地或者消亡。 ( 2 ) 降低水体的观赏价值【7 】 通常1 m g n 吖- n 氧化成n 0 3 - n 需消耗4 6 m g 溶解氧。水体中的n h 4 + 一n 愈多,耗 去的溶解氧也愈多,水体的黑臭现象就愈发严重。这就影响了水体中鱼类等水产物的生 存,使其易因缺氧而死亡。富营养化的水质不仅又黑又臭,且透明度也差,仅有0 2 m , 往往影响了江河湖泊的观赏和旅游价值。 ( 3 ) 增加给水处理的困难【8 】 被氮素严重污染的水体,会给水的净化处理带来许多困难,进而严重影响饮用水水 质。由于水体的富营养化,大量藻类和水牛微生物的孳生繁殖使滤池堵塞,破坏其正 常运行,而且微生物还会穿透滤池在配水系统中繁殖,造成配水系统水流不畅或阻塞。 藻类分泌出的有机物会妨碍絮凝作用,导致出水浑浊,并影响加氯消毒过程。藻类 分泌出的有机物经分解生成难以降解的腐殖质,即为“三卤甲烷前驱物”,如用氯消毒 即生成具有致癌、致畸和致突变作用的总三卤甲烷,使水质更加恶化,不宜饮用。水 体底部沉积物的厌氧发酵,会使水中f e 2 + 、m n 2 + 浓度因还原作用而增加,同时发酵产生 的甲烷等气体,也会干扰水的处理过程。在水厂加氯消毒时,水体中少量氨会使加氯 量成倍增加,此外,脱色、除臭、除味的化学药剂投加量亦会增加。 ( 4 ) 危害人类及生物的生存【8 】 饮用水中的含氮物主要为硝酸盐,一般含量很少超过l m g l 。根据世界卫生组织规 定,n 0 3 - n 含量不能超过1 0 m g l 。出生4 - - - , 6 个月的婴儿,对n 0 3 。- n 的耐受力比较低, 当饮用水内n o a - n 含量为9 0 1 4 0 m g l 时,即可造成婴儿高铁血红蛋白,使红细胞不 2 长安大学硕士学位论文 能带氧而导致婴儿窒息死亡。 许多水生动物( 如鱼类等) 对n 一n 较敏感,一般均有一定的耐受限度。如水中 n 地+ - n 超过3 m g l 时,可在2 4 - 一9 6 h 内使金鱼、鳊鱼死亡。 此外,天然水体中亚硝酸可以和胺作用生成亚硝胺,特别是当有机污染物无管理排 放,引起大量污泥累积的情况下为甚。亚硝胺有致癌和致畸作用,所以,饮用水( 或水 源水) 中应严格控制亚硝酸的含量。 1 3 氮素污染的控制 因为氮素污染的种种危害,氮素污染控制得到了社会各界的重视。在废水脱氮技术 的研究、开发和应用中,涌现了一大批行之有效的处理工艺,构成了废水脱氮处理的技 术体系。这些脱氮技术可区分为物化法和生物法两大类。 1 3 1 物化法嘲 物化法主要有空气吹脱法、折点加氯法、选择性离子交换法、化学沉淀法、化学中 和法和乳化液膜分离法等。 。= ( 1 ) 空气吹脱法 该法是利用废水中所含氨氮的实际浓度和平衡浓度之间存在的差异,在碱性条件下 用空气吹脱,使废水中的氨氮不断地由液相转移到气相中,从而达到从废水中去除氨氮 的目的。 废水中的氨氮,大多以氨离子( n i - h + ) 和游离氨( n h 3 ) 形式存在,并在水中保持 如下平衡关系: 。 n h 3 + h 2 0 n h 4 + o h 一 ( 1 1 ) 这一平衡受p h 值的影响,当p h 值升高,平衡向左移动,游离氨所占的比例增大, 当p h 值升高到1 1 左右时,水中的氨氮9 0 以n h 3 的形式存在。 空气吹脱法的工艺流程:先将废水p h 调节至1 0 5 1 1 5 ,然后经氨吹脱塔,通过 c 0 2 使生成的c a c 0 3 沉淀下来,并使p h 值下降( 再碳酸化) ,沉淀物经脱水后回收, c a o 和c 0 2 可以重复使用,残留污泥送去进行污泥处理。 该法的主要问题是:水温降低时,水中氨的溶解度会增加,从而减少氨吹脱的推 动力。当环境温度低于0 。c 时,氨吹脱塔无法运行;进入吹脱塔的污水p h 值高而不 稳定,极易在填料表面生成碳酸钙沉淀,从而降低吹脱效率;不能处理硝态氮;容 易产生p h 值二次污染及增加排水中的溶解性固体含量。 3 第一章绪论 ( 2 ) 折点氯化法 折点氯化法是将氯气或次氯酸钠投入污水,将废水中的氨氮氧化成n 2 的化学脱氮 工艺,其涉及的化学反应为: n h + 1 5 h o c l - - 4 0 5 n 2 + 1 5 h 2 0 + 2 5 h + + 1 5 c 1 一 ( 1 2 ) 在折点氯化法中,最佳理论投氯量( 以c 1 2 计) 与氨氮的质量之比为7 6 :1 ,当c 1 n 5 0 7 时,主要牛成n h 2 c 1 ,水中化合余氯浓度增强;当5 0 7 3 - - 一5 时,可认为碳源充足【1o 】。 1 3 2 2 传统的牛物脱氮工艺【8 ,1 1 】 传统观点认为,生物脱氮一般包括硝化和反硝化两个阶段,分别由硝化菌和反硝化 茵作用完成。由于这两种细菌对环境条件的要求不同,这两个过程不能同时发生,而只 能序列式进行,即硝化反应发生在好氧条件下,反硝化反应发生在缺氧或厌氧条件下。 因此,传统的生物脱氮工艺是将缺氧区与好氧区分开的分级硝化反硝化工艺,或在两个 分离的反应器中进行,或在时间上造成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中进行,以 便硝化与反硝化能够独立地进行。 1 9 0 8 年a d e n e y 和l e t t s 以硝酸盐和原生污水接触,使其转化为n 2 ,这是最早的生 物反硝化现象。1 9 3 0 年,w u h r m a n n 首先提出了“以微生物细胞内物质作为脱氮菌还原 硝酸的供氢体的生物脱氮法”,并于1 9 3 2 年建立了后置反硝化工艺( p o s t d e n i t r i f i c a t i o n ) 。 1 9 6 2 年,l u d z a c k 和w t t i n g e r 提出了前置反硝化工艺( p r e - d e n i t r i f y i n g ) 。1 9 7 3 年,b a m a r d 结合前两种工艺提出了a o 工艺,后来b a r d e n p h o 、a 2 o 、s b r 、氧化沟、v i p 、u c t 、 丸蛆工艺等脱氮工艺相继被提出并应用于实际工程。 1 3 2 3传统的生物脱氮工艺存在的问题【8 】 传统生物脱氮工艺,如a o 法、b a r d e n p h o 法等,在废水脱氮方面起到了一定的作 用,但仍然存在着许多问题。 ( 1 ) 硝化菌群增殖速度慢,且硝化菌世代长,难以维持较高生物浓度,因此造成 系统总水力停留时间较长、有机负荷较低,增加了基建投资和运行费用。 ( 2 ) 传统工艺中的反硝化过程需要一定量的有机物,而废水中的c o d 经过曝气后 有一部分被去除,因此反硝化时往往要另外加碳源,增加运行费用。 ( 3 ) 为中和硝化过程中产生的酸度,需要加碱中和,增加处理成本。 ( 4 ) 氨氮完全硝化需要大量的氧,使动力费用增加。 ( 5 ) 抗冲击能力弱,高浓度氨氮和亚硝酸盐进水会抑制硝化菌的生长。 ( 6 ) 系统为维持较高生物浓度及获得良好的脱氮效果,必须同时进行污泥回流和 硝化液回流,增加了动力消耗及运行费用。 6 长安大学硕士学位论文 ( 7 ) 运行控制相对较为复杂等。 因此,研究废水处理中的脱氮新思路、新技术成为一项重要课题。 1 3 2 4 生物脱氮新工艺【7 】 在生物脱氮理论取得新突破的基础上,废水生物脱氮新技术也取得了快速的发展。 诸多新型生物脱氮技术的先后问世,不仅弥补了传统硝化反硝化技术的缺陷,提高了脱 氮效率,降低了废水脱氮成本,也填补了高浓度含氮废水没有直接脱氮技术的空白。在 我国氮素污染日趋严重以及治污费用不堪重负的双重压力下,借鉴和应用这些科技成 果,无疑具有重要的现实意义。 ( 1 ) 全程自养脱氮工艺 全程自养脱氮工艺( d e a m m o n i f i c a t i o n 或a u t o t r o p h i ca m m o n i ar e m o v a l ) 。a h i p p e n 和h s i e g r i s t 研究发现在限制d o ( 1 0 m g l ) 的条件下,有超过6 0 的n h 4 + - n 在生物 转盘反应器中转化为n 2 。反应过程中总有机碳( t o c ) 很低,小于2 0 m g l ,且无明显 变化。这表明不存在明显的异常反硝化,整个转化为n 2 的过程全部由自养菌完成。 研究表明全程自养脱氮的能耗仅为传统的硝化反硝化生物脱氮能耗的1 3 , - - , 1 2 。该 过程无须添加有机碳源进行反硝化,故处理费用低。在p h 值为8 0 - - 一8 5 ,d o 为o 7 1 0 m g l ,2 8 c ,n i - h + - n 表面负荷为2 - - 2 5 9 ( m 2 d ) ,表面总去除率为1 1 1 3 9 ( m 2 d ) 。 ( 2 ) s h a r o n 工艺( 半硝化工艺) s h a r o n 工艺( s i n g l er e a c t o rs y s t e mf o rh i g ha m m o n i ar e m o v a lo v e rn i t r i t e ) 是由 荷兰的d e l f t 大学开发的一种全新的脱氮工艺。在碱度充足的条件下,废水中5 0 的 n h 4 + n 被亚硝化菌氧化为n 0 2 - n ,其反应如下: n h :+ h c o ;+ o 7 5 0 2 争o 5 n h 4 + 0 5 n 0 2 + c 0 2 + 1 5 h2 0 ( 1 8 )
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