自养反硝化脱氮技术.ppt

AutotrophicDenitrificationProcess 自养反硝化脱氮技术 2019年4月 一 自养反硝化简介 1 生物脱氮与反硝化 异养反硝化是指反硝化细菌以有机物作为碳源和电子供体提供能量 使硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气的过程 一 自养反硝化简介 2 异养反硝化与自养反硝化 自养反硝化则以氢 单质硫 硫化物 铁或铁离子 氨氮等还原性物质作为电子供体 一 自养反硝化简介 3 自养反硝化细菌 好氧 脱氮硫杆菌以氧为电子受体氧化还原硫化合物而获得能量 厌氧 脱氮硫杆菌以硝酸盐中的氧来氧化硫化合物 二 自养反硝化的类型 01 02 03 04 二 自养反硝化的类型 1 氢型自养反硝化 由于氢气在水中溶解度小 如何强化氢气供应是氢型自养反硝化技术的瓶颈 由于自养微生物生长缓慢 为避免生物量流失 氢型自养反硝化反应器需要添加载体 以供微生物附着生长 Reaction 二 自养反硝化的类型 1 氢型自养反硝化 连续培养条件下氢型反硝化效能 氢型自养反硝化的反应物和生成物均无毒性 但其运行成本高 氢气制备和氢气供应 效能低 二 自养反硝化的类型 2 硫型自养反硝化 硫型自养反硝化反应器多采用单质硫作为电子供体 这是因为投加的硫粒还可作为生物膜载体 但工程应用中大规模使用硫磺会增加成本 应考虑更经济的含硫物质作为电子供体 硫铁矿是地壳中含量丰富且主要以矿物加工厂废弃物形式存在的硫化矿物 价格低廉 二 自养反硝化的类型 2 硫型自养反硝化 连续培养条件下硫型反硝化效能 硫型自养反硝化效能高 但反应物具有生物毒性 且反应产物硫酸盐仍旧是水体污染物之一 二 自养反硝化的类型 2 硫型自养反硝化 硝态氮 氨氮 在硫自养反硝化系统中脱氮 具有脱氮速率快 效果好的优点 同时 通过产生的氢离子溶解石灰石去除一定量的总磷通过自身的同化作用消耗一定量的氨氮 硫自养反硝化强化脱氮除磷试验 石灰石 补偿反应过程当中所需要的碱度为自养菌脱氮硫杆菌提供无机碳源 二 自养反硝化的类型 2 硫型自养反硝化 影响脱氮硫杆菌反硝化的因素 二 自养反硝化的类型 3 铁型自养反硝化 Reaction 铁盐脱氮菌广泛分布于细菌域和古菌域 涉及8个科 10个属 在细菌域中 铁盐脱氮菌主要分布于变形菌门 在古菌域中 铁盐脱氮菌仅见报道于广古菌门古丸菌纲古丸菌科铁丸菌属 二 自养反硝化的类型 3 铁型自养反硝化 能源需求铁盐脱氮菌属化能营养型 包括自养铁盐脱氮和兼养铁盐脱氮菌 碳源需求铁盐脱氮菌属兼性营养型 自养铁盐脱氮菌以碳酸氢盐或二氧化碳为礙源 氮源需求铁盐脱氮菌可利用硝酸盐 亚硝酸盐等无机态氮源 部分还可利用有机态氮源 二 自养反硝化的类型 3 铁型自养反硝化 亚铁氧化酶型 硝酸盐还原酶型 电子节余型 细胞色素bc1型 机理模型 二 自养反硝化的类型 3 铁型自养反硝化 影响铁盐脱氮菌反硝化的因素 二 自养反硝化的类型 4 厌氧氨氧化 Reaction 新加坡樟宜再生水厂 二 自养反硝化的类型 5 几类自养反硝化的比较分析 氧化还原电位 电子转移情况 印染废水 垃圾渗滤液 SANI工艺 三 工程应用 Deamox工艺 常用的印染废水处理方法为结合物化及生化的二级处理工艺 可去除废水中的大部分污染物 但出水色度 COD等指标不能满足新标准的要求 三 工程应用 1 印染废水 色度高有机物含量高成分复杂可生化性能差 实验进水为太湖流域某印染集中污水处理厂调节池水 印染废水 三 工程应用 1 印染废水 脱氮效果 三 工程应用 1 印染废水 试验结果 生物吸附 MBBR 混凝沉淀池 硫铁自养反硝化 活性焦组合工艺处理印染废水取得较好的出水效果 硫铁自养反硝化滤池起到了较好的脱氮作用 出水NO3 N浓度稳定在0 5mg L以下 出水NO3 N基本完全去除 mg L 三 工程应用 2 垃圾渗滤液 两级自养反硝化实现垃圾渗滤液深度脱氮 垃圾渗滤液取自深圳市某垃圾填埋场 节省60 的需氧量ANAMMOX工艺无需外加碳源高效低耗 运行成本低廉 短程硝化反硝化 ANAMMOX 硫自养反硝化 去除厌氧氨氧化生成的硝态氮无需外加碳源垃圾填埋气中硫化氢气体无害化处理 三 工程应用 2 垃圾渗滤液 短程硝化反硝化反应器控制曝气时间 22 7h DO浓度 0 5mg L 在进水50 60 的氨氮被转化为亚硝氮出水NH4 N为1013 6mg LNO2 N为1206 3mg L氨氮与亚硝氮的平均浓度比例为1 1 21 说明短程硝化反硝化反应器中AOB为优势菌属 厌氧氨氧化反应器出水NH4 N平均浓度21 9mg L 去除率为91 6 NO2 N平均浓度14 0mg L 去除率为94 9 三 工程应用 2 垃圾渗滤液 出水NO3 N浓度1 5mg L NO2 N浓度4 2mg L反应器进水氮负荷为0 43kg m3 d 氮去除率可达94 SAD反应器氮浓度 出水中的硫代硫酸盐和硫化物浓度均在0 1mg L以下约64 2 的硫化物转化为硫酸盐 部分生成硫单质硫酸盐浓度会随着进水硫化物浓度的不同而变化 SAD反应器硫浓度 三 工程应用 2 垃圾渗滤液 试验结果 短程硝化反硝化 ANAMMOX SAD工艺实现了处理垃圾渗滤液的深度脱氮 同时 可将垃圾填埋场中的硫化氢气体通过回收与再循环的方式为本工艺提供硫源 为硫化氢气体的去除提供了新思路 三 工程应用 3 Deamox工艺 短程反硝化 厌氧氨氧化 短程反硝化最初发现于ANAMMOX反应器中 经过进一步的优化并与ANAMMOX耦合 形成新的DEAMOX脱氮工艺 短程硝化一般通过温度控制 溶解氧 DO 控制 pH控制等来实现 过程控制严格 稳定性差 容易对后续的ANAMMOX处理单元产生不利影响 短程硝化 短程反硝化 三 工程应用 3 Deamox工艺 Deamox短程反硝化 厌氧氨氧化 三 工程应用 4 SANI工艺 香港作为一个严重缺乏淡水资源的海岸城市 自上世纪五十年代开始采用海水冲厕 平均每天为香港提供760 000立方米的海水作冲厕使用节省22 的淡水资源 城市水循环创新技术 杀泥 工艺 背景 三 工程应用 4 SANI工艺 SANI工艺的碳硫氮三循环理论示意图 由于香港的城市污水中富含硫酸盐 香港科技大学陈光浩教授于与2004年首先提出了基于硫型自养反硝化的城市污水处理的新工艺 SANI工艺 异养硫酸盐还原 Sulfatereduction 自养反硝化 Autotrophicdenitrification 硝化反应 Nitrification 一体化 Integrated 三 工程应用 4 SANI工艺 SRUSB中消耗有机物 硫酸盐还原 缺氧滤池中发生硫自养反硝化反应 好氧滤池中发生硝化反应 通过硫循环 不仅降低了COD去除过程中氧的消耗 且通过三种低泥产率的生物化学反应 实现了剩余污泥零排放 污泥产率仅0 04g vss gCOD 三 工程应用 4 SANI工艺 2013 2015年在沙田污水厂展开的大型示范试验 每天平均处理一千吨实际污水 COD和总氮去除率可达80 污泥减量达70 左右结合高效混凝沉淀污水中75 的总磷可以被去除与传统沉淀池用地相比减少70 三 工程应用 4 SANI工艺 强化工艺MD SANI 改进的SANI工艺为亚硫酸盐 硫酸盐还原 混合反硝化 自养硝化的集成 工艺SANI与MD SANI的主要差异在于进水中硫元素的形式不同 以及反硝化所利用的物质不同 三 工程应用 4 SANI工艺 剩余污泥零排放 更不必后续的污泥处理工艺 节省大量建设投资 处理高盐市政污水 海水冲厕水 对海水冲厕的推广及节约淡水具有重大意义 COD去除率95 TN去除率可达76 以上 节省占地面积75 节省基建成本20 处理成本降低50 出水水质长期稳定 不存在污泥膨胀等常见问题 05 技术优势 三 工程应用 4 SANI工艺 SANI技术联合海水冲厕技术在沿海地区的应用推广可有效解决沿海城市淡水资源匮乏的问题 沿海城市生活污水处理厂的技术改造 加入20 海水即可进行SAN技术原位改造 HO SANI 利用含硫酸盐废水处