废水处理中的脱氮除硫工艺

4/5废水处理中的脱氮除硫工艺摘要：随着工农业的发展与人类生活水平的提高，废水产生量不断增加。其中，许多工业废水、农业污水和城市污水中都有含氮、硫污染物，废水排放所致的氮、硫素污染严重威胁着人类健康和生态安全。这类废水的有效治理技术已成为环保界急需攻克的难题。研究证明，一些微生物能够以硝酸盐为电子受体将硫化物氧化成单质硫。据此，本文讨论了用废水生物处理系统中硝化段产生的硝酸盐来氧化厌氧段产生的硫化物，达到氮硫同时去除的目的，并对同步厌氧生物脱氮除硫工艺的运行性能和微生物特性进行了较为全面而深入的研究。关键词：同步脱硫脱氮；反硝化除硫；硫酸盐型厌氧氨氧化SimultaneousNandSremovalinwastewatertreatmentAbstractWiththedevelopmentofeconomyandtheimprovementofstandardliving,largeamountofwastewatersaregenerated.Thewastewatersfromindustry,agricultureandhousingsettlementscontainnitrogenandsulfurcompounds.Nitrogenandsulfurpollutionhasalreadyposedhazardouseffectsonhumanhealthandecologicalsafety.Hence,howtotreatsuchwastewatereconomicallyandefficientlyisoneofthemostpopularenvironmentaltopicsinrecentyears.IthasbeenshownthatsomebacterialspecieslikeThiobacillusdenitrificanscanoxidizesulfidetoelementalsulfursimultaneouslyreducingnitratetodinitrogen.Forsuchreasons,thesimultaneousanaerobicsulfideandnitrateremovalprocesshasbeendeveloped.Inthisresearch,theprocesswasstudiedfromoperatingconditionsandmicrobialproperties.引言：随着工业的不断发展，许多行业（如食品、化工、制药、冶金和采矿等）排放的废水中含氮、硫类物质越来越多。含氮化合物如果不经过妥善处理直接排入水体，会使水体发生富营养化，破坏水体生态环境，进而影响人类和动植物健康。而各种含硫酸盐的废水，虽不会直接对人类身体健康产生危害，但其还原性产物H2S因恶臭气味影响环境的舒适度，且腐蚀仪器设备，还会对污水厌氧消化系统中的产乙酸菌和产甲烷菌等微生物产生抑制作用，从而降低污水处理效果。目前应用最广的废水脱氮技术为生物脱氮技术，通常由硝化工艺和反硝化工艺组成，其中NH4+完全硝化耗氧量大，动力消耗大，需外加有机碳源，基建投资费用高。随着科学技术的发展，人们开发了许多新型脱氮工艺，如厌氧氨氧化(ANAMMOX)、短程硝化反硝化(SHARON)、氧限自养硝化反硝化(OLAND)、基于亚硝酸盐的全自养脱氮(CANON)以及短程硝化厌氧氨氧化(SHARONANAMMOX)等工艺。这些工艺能耗小，对开发低成本、高性能的废水处理工艺具有非常重要的意义。然而，这些工艺往往只针对含有高NH4+—N的废水，对同时含有氮、硫废水的处理存在一定的局限。废水中SO42-的生物处理一般由硫酸盐还原菌(SRB)和硫化物氧化菌(SOB)完成，首先SRB在厌氧条件下以有机物为电子供体将SO42-还原为硫化物，然后在SOB作用下将硫化物氧化为单质S，再通过剩余污泥进行回收。近几年，研究者提出了多种处理高浓度硫酸盐的工艺，包括单项厌氧工艺、硫酸盐还原与硫化物光合氧化联合工艺、硫酸盐还原与硫化物化学氧化联合工艺、两相厌氧工艺等，这些工艺脱硫处理后产泥量大、难以控制，对后续处理产生较大的负担。基于以上论述的情况，人们提出了生物同步脱氮除硫工艺。该工艺是指在厌氧条件下，利用某些细菌能够以硫化物为电子供体，以硝酸盐（或亚硝酸盐）为电子受体的生理特性，将硫化物和硝酸盐（或亚硝酸盐）转化为单质硫和氮气的过程。它实现了氮和硫污染物的同时去除，能够实现“以废治废”的目标，处理同时含有氮、硫的废水能耗少，几乎不用外部添加有机物，具有较大的研究价值。1.传统分置式生物脱硫和脱氮技术1.1传统生物脱硫有机废水的生物脱硫一般包括硫酸盐还原和硫化物氧化2个阶段：首先在厌氧条件下依靠硫酸盐还原菌（SRB）的作用，将硫酸盐转化为硫化物；然后利用硫化物氧化菌（SOB）将硫化物氧化为单质硫，加以回收。在硫酸盐还原阶段，产生的H2S对微生物具有毒性抑制作用，常用吹脱等方法使其脱离液相，或控制pH，使反应液达到碱性条件，使硫化物以离子形态存在。当以产甲烷为主要目的时，为了避免SRB和H2S对产甲烷菌产生抑制，一般采用两相工艺将硫酸盐还原与产甲烷过程分开，以此改善运行效果。SOB主要包括丝状硫细菌、光合硫细菌和无色硫细菌，其中一些光合硫细菌和无色硫细菌可以将生成的硫排至胞外，更便于硫的分离和回收，因而成为生物脱硫的主要培养对象。J.P.Maree等通过在厌氧生物滤池中培养光合硫细菌来处理硫酸盐废水，实现了硫酸盐→硫化物→硫的转化，但这种工艺方法操作条件较为苛刻，工程应用意义不大。相比之下，两相厌氧法与无色硫细菌生物氧化联用的工艺，操作条件温和，投资和能耗较小，是较为理想的脱硫方法。利用无色硫细菌生物氧化回收单质硫的工艺在荷兰农业大学已经通过了小试和中试。1.2传统生物脱氮传统的有机废水生物脱氮技术包括氨氮氧化为亚硝氮/硝氮的好氧硝化过程和亚硝氮/硝氮还原为气态氮的缺氧反硝化过程，常见的工艺有A/O、A2/O、Bardenpho、短程硝化-反硝化等。而N.europaea、N.eutropha和N.halophila等菌种，能在厌氧条件下以硝酸盐/亚硝酸盐为电子受体氧化氨氮，产生氮气。以厌氧氨氧化为基础的工艺有SHARON-ANAMMOX、CANON、OLAND等，已经在荷兰和日本实现了生产应用。传统的有机废水生物脱氮工艺往往利用缺氧—好氧交替变化的环境来达到硝化和反硝化脱氮的目的，这种环境并不利于专性厌氧SRB的富集；另一方面，由于缺氧阶段异养反硝化菌对SRB会产生抑制（包括有机底物的竞争性抑制、反硝化中间产物NO2-、NO、N2O的抑制等），某些SRB（如Desulfovibriodesulfuricans）还会产生代谢途径的转变，利用硝酸盐/亚硝酸盐取代硫酸盐进行代谢。在这种情况下，脱氮和脱硫难以达成一致。2.同步脱硫脱氮技术4.参考文献[1]FERNANDOFDZ-POLANCO，NEWPROCESSFORSIMULTANEOUSREMOVALOFNITROGENANDSULPHURUNDERANAEROBICCONDITIONS，Wat.Res.Vol.35,No.4,pp.1111±1114,2001[2]YonatanSher，KennethSchneider，CarstenU.Schwermer，JaapvanRijn.Sulfide-inducednitratereductioninthesludgeofananaerobicdigesterofazero-dischargerecirculatingmariculturesystem.waterresearch,42,4386–4392,2008.[3]XijunXu,ChuanChen,AijieWang.Simultaneousremovalofsulfide,nitrateandacetateunderdenitrifyingsulfideremovalcondition:Modelingandexperimentalvalidation.JournalofHazardousMaterials.364.16-24.2014[4]SitongLiu,KenjiFurukawa.Applicationofanaerobicammonium-oxidizingconsortiumtoachievecompletelyautotrophicammoniumandsulfateremoval.BioresourceTechnology99.6817–6825.2008.[5]Tian-weiHao,Guang-HaoChen.Areviewofbiologicalsulfateconversionsinwastewatertreatment.waterresearch.65.1-21.2014.[6]ReyesSierra-Alvarez,JimA.Field.Chemolithotrophicdenitrificationwithelementalsulfurforgroundwatertreatment.waterresearch.41.1253–1262.2007.[7]CarmenFajardo,RamónMéndez.Crosseffectoftemperature,pHandfreeammoniaonautotrophicdenitrificationprocesswithsulphideaselectrondonor.Chemosphere.97.10–15.2014.[8]JanVymazal.Theuseofhybridconstructedwetlandsforwastewatertreatmentwithspecialattentiontonitrogenremoval:Areviewofarecentdevelopment.waterresearch.47.4795-4811.2013.[9]LiangweiDeng,LiSong.Processofsimultaneoushydrogensulfideremovalfrombiogasandnitrogenre