耦合式污水脱氮技术的研究进展

上海化工Vol.35 No.1●2.Shanghai Chemical IndustryJan. 2010环境保护耦合式污水脱氮技术的研究进展耿亮朱勇何岩林剑波黄民生华东师范大学资源与环境科学学院(上海200062)简要基于微生物的协同作 用概述了耦合式污水脱 氨技术的研究现状,主要包括同步硝化反硝化,厌氧氨氧化与反硝化协同,同时反硝化产甲烷,厌氧氨氧化.甲烷化和反硝化耦合等,并且阐述了这些过程的原理、实现工艺及特点,以期为实现污水的有效脱氮提供参考。关键词同步硝化反硝化 厌氧氨氧化与反硝化协同同时反硝化产甲烷 厌氧氨氧化 .甲烷化和反硝化耦合中图分类号X 703.1完全硝化、反硝化所需的时间。目前常用的同步硝0引言化反硝化工艺的性能比较具体见表1。在众多的水体生物脱氮技术中,生物法是运用国外对SND的研究已逐渐从实验室走向污水极其广泛的一种脱氮技术。传统的生物脱氮是由硝厂的实践阶段,在荷兰、德国等国家已有利用同步硝化过程和反硝化过程两部分组成,利用好氧硝化缺化反硝化脱氮工艺的污水处理厂在运行。氧反硝化来达到脱氮目的。但传统的工艺往往存在1.2 厌氧氨氧化与反硝化协同着耗能多、耗时长、占地面积大、有机负荷较低等缺厌氧氨氧化反应(ANAMMOX)是在严格缺氧的点。近年来以研究能耗低、处理时间短、能源回收为条件下,以NH为电子供体,以NO2为电子受体,将目的可持续脱氮技术而成为研究热点，目前主要利.NH4*、NO2-转化为N2的过程"0%。用微生物代谢特性,在同-反应器和同- -反应系统有研究者在进行垃圾渗滤液同步硝化反硝化脱中实现两种或两种以上污水处理过程的耦合技术。氮时发现，一部分不知去向的氮可能是在ANOM-MOX过程中去除的"。这就说明在同- -反应器系统1耦合式生物处理工艺技术.中实现厌氧氨氧化与反硝化脱氮协同作用的可能1.1同步硝化反硝化性,而且对生物脱氮新技术的开发具有重要意义。周传统的脱氮理论认为脱氮需经硝化和反硝化两少奇|推导厌氧氨氧化和有机环境下以葡萄糖为碳个不同的过程。反硝化菌是异养兼性厌氧菌,只有在.源时反硝化脱氮的电子计量学方程式，分析结果表无分子氧而同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，明:厌氧氨氧化菌可将反硝化产生的CO2作为无机它们才能够利用这些离子中的氧进行呼吸,使硝酸碳源;反硝化菌可以利用厌氧氨氧化过程中产生的盐还原。但是近几年的研究表明,硝化和反硝化可NO5。随后很多研究者进行了一系列在实际工艺中在同一反应器中同时发生，许多实际运行中的好氧实现ANAMMOX和反硝化协同的研究。周少奇、张硝化池中也常常发现有总氮损失，这一现象被称为鸿郭等通过UASB(上流式厌氧污泥床)生物反应器同步硝化反硝化现象(Simultaneous Nitrification and发现在有机环境下,UASB反应器中可以实现厌氧Denirification,简称SND)。氨氧化与反硝化的协同作用，并且在厌氧氨氧化活SND意味着在同一反应器内相同的操作条件性稳定阶段( 120 d开始),氨氮和亚硝氮的平均去除下,硝化、反硝化应能同时进行,如果能够保证在好率分别高达94.79%和98.17% ,CODc最高去除率可氧池中一定效率的反硝化与硝化反应同时进行,那达51.68%,平均去除率23.51%1%。么对于连续运行的SND工艺污水处理厂,可以省去朱明石等采用厌氧氨氧化工艺的UASB-生物缺氧池的费用,或至少减少其容积。对于仅由一个反膜反中国煤化工在反应器中连续加应池组成的序批式反应器来讲,SND能够降低实现人有MYHCN M HG-N和N都取得基金项目:上海市建设与交通委员会重大科技攻关项目(重科2007-007)第一作者简介:耿亮女1986年生 在读硕士研究生 研究方向为水污染控制工程第1期耿亮等:耦合式污水脱氮技术的研究进展.3.表1各种利用同步硝化反硝化工艺的效果工艺实现方式处理效果特点TN去除率:60%左右好氧膨胀顆粒污泥床(SND)NH,-N去除率:95%左右沉降性能好.污泥代谢活性高,既可以利用外源溶解性COD去除率:95%左右基质又可以利用胞内储存物质为碳源进行缺氧反硝化SVI值:32.5左右TN去除率:74%-82%/抗冲击负荷强、反应器内生物多样性和生物量丰富、占序批式生物膜法(SBBR)NH-N去除率:85%-92%地面积小、节省基建投资、适合中小城镇污水处理TN去除率:75%左右脱氮除磷功能强、出水水质稳定、自动化水平高、投资新型环流污水处理技术(0GO)NH;-N去除率:81.1%-83.8%1省和占地少TN的去除率:80%~95%mNH4-N去除率:81.2%-98.9%出水水质好、占地面积小、污泥停留时间(SRT)长、剩余膜生物反应器( MBR)COD去除率:90%以上污泥量少;但是膜污染严重SND率:45%-~50%还具有一-定的除P效果NH,-N去除率:90%左右COD去除率:85%以上具有较优的同步脱氮除磷能力;但过高的污泥浓度会一体式膜生物反应器(SMBR)TN的去除率:45%左右造成溶解氧不足，导致NH-N去除效果不佳同时有较强的除P能力阊了良好的去除效果。仅用23 d,在同一反应器系统中氧产甲烷反应器，在单- -反应器中同时实现反硝化成功实现了ANAMMOX与反硝化协同作用脱氮旧。和产甲烷反应1516。厌氧同时反硝化产甲烷工艺可以对运行稳定之后的UASB生物膜反应器中通过在实现生物脱氮的同时产生甲烷，并且可以充分利连续添加有机物的方法，分析其对厌氧氨氧化反应用废水中的有机碳源。该工艺的关键在于如何使硝脱氮效果的影响和反应器氮素浓度负荷的试验显态氮(NO;-N)对产甲烷菌的抑制作用减少或消除。示:有机物的添加(葡萄糖)对系统去除NHJ-N和污水处理工艺的快速启动和稳定运行是决定其NO2-N能力的影响不大;在低负荷运行时,NH3-N能否在实际污水处理领域应用的两大重要因素。陈和NO2-N的去除率在99.9%以上。随着进水负荷的莉莉10等将厌氧颗粒污泥接种于在UASB反应器中，逐渐提高,反应器中氮素去除率会下降。当NH-N、HRT 和温度控制良好的情况下,在模拟废水中成功NO2--N和TN浓度负荷分别提升至0.239kg/(m'.实现了同步反硝化产甲烷工艺的启动，并取得了d).0.315 kg(m'd)和0.554 kg(m3.d)时,氦素去除95%以上的COD和NO3-N的去除率门。迟文涛等率明显下降,反应器总体性能较差,此时反应器已达用实验室规模UASB反应器实验研究显示:反应器到满负荷阶段，厌氧氨氧化工艺的UASB生物膜反具有一定的抗冲击能力,但氮负荷不宜提高得太快，应器对氮素浓度负荷仍有很大提升空间啊。进水中NO;-N浓度不宜超过400 mg/L,否则会造成由于厌氧氨氧化和反硝化协同的机理尚不是很反应器的不稳定运行啊。他们还利用厌氧悬浮颗粒污清楚,因此利用此协同作用进行污水处理时,对工艺泥床反应器，通过微生物的反硝化作用和产甲烷成的控制很困难,导致出水水质不稳定。因此,需要深功地在单级反应器中去除了硝酸盐和水中有机质凹。人探讨ANAMMOX和反硝化的协同机理，并且进一厌氧同时反硝化产甲烷工艺具有很强的优越步优化工艺的运行条件。性,在中国煤化工同时,也为传统硝..3 同时反硝化产甲烷化-3.路。对于高含氮厌氧同时反硝化产甲烷工艺是将含有较高浓度有机HCNMH支硝化脱氨工艺中硝态氮的好氧反应器出水直接回流至工艺前端的厌的缺氧段，可以提高硝化-反硝化工艺单元组合的.4.上海化工第35卷灵活性,进而达到缩短工艺流程、节约土地、降低吨径占60.9%、短程反硝化途径占10.7% 、全程反硝化水处理成本的目的。对于厌氧同时反硝化产甲烷反途径占28.4%。与传统的活性污泥工艺相比，应的机理、NO,;-N对产甲烷反应影响的生化反应机EGSB- -BAF集成系统可以显著减少氧气消耗量从而理和同一反应器中反硝化菌和产甲烷菌的共生关节约曝气成本,所节约COD的量占进水CODa总系,还有待于进一步研究9。有研究者认为采用反硝量(8.64 x 103 kg/d)的33.9%;回收甲烷1.03 Ld,占化1产甲烷相结合的工艺系统，后面加-一个硝化工系统CODc去除量的37.0%，充分显示了该工艺的艺，对于较高CIN比的有机工业废水具有极大的发优越性凹。展潜力凹。2结论.1.4厌氧氨氧化 、甲烷化和反硝化耦合厌氧氨氧化、甲烷化反硝化都是在无分子氧条传统的污水生物脱氮处理工艺存在电能消耗件下由不同功能微生物群落调制和催化的生物化学大、有机碳源争夺、剩余污泥产量大、同时释放较多过程。如果通过一-定的技术手段将三者耦合,共生在温室气体到大气之中等不足之处。而可持续污水处一个微生态系统中进行调控和催化，那么就可在一理 技术将污水视作为资源与能源的载体，强调以回个反应器|同时实现脱碳和氮，节约好氧过程的曝气收为 目的的可持续技术本身资源与能源消耗量应最能源消耗,将部分有机碳转化为CH,回收。这一研低,与节能减排理念相-致。由于微生物的多样性和究发展方向也符合现代废水处理技术的高污泥浓生物化学作用机理的复杂性,同步硝化反硝化、厌氧度低污泥产率、高容积负荷、同时去除COD和营养氨氧化与反硝化协同、同时反硝化产甲烷及厌氧氨组分以及综合利用资源的要求。氧化、甲烷化和反硝化耦合等原本独立完成的生化近年来重庆大学运用EGSB(膨胀颗粒污泥床)反应得以在- -定条件下实现耦合，耦合式生物处理反应器技术处理NO2合成废水,COD的去除率为技术的基础理论与工艺技术的研发与可持续污水生97%.NO2去除率为100%,反应器容积负荷速率达物处理工艺的发展具有划时代的推动作用。6.56 g COD/(L'd),氮负荷率达0.9 g N/(L.d)叫。随参考文献:后，在此基础上重庆大学又对运用EGSB反应器实[1] Mateju V, Cizinska S, Krejci J, et al Biological water现3个过程耦合的优点和工艺的启动、影响因素进denitrfcation -arevies 0 Enzyme Microb Technol, 1992,行了深人研究。研究发现:在- -定条件下 ,ECSB对14: 165-194.氨氮和总氮的去除效果是传统活性污泥法硝化反硝[2] Xie SG, Zhang XJ, Wang zs. Integrated study on bio-chemiceal mechanism in biofilter system [J] Acta Scien-化的4~15.5倍;pH值、温度、溶解氧、氧化还原电位、tiae Cirumstantiae, 2002, 22(5): 557-561.亚硝酸盐和COD对EGSB反应器中厌氧氨氧化与甲[3] 李丛娜，吕锡武,稻森悠平.同步硝化反硝化脱氮研究烷化反硝化的耦合和颗粒污泥的特性均有影响吧。[].给水排水, 2001, 27(1): 22 -24.祖波发现微量NO2对厌氧氨氧化甲烷化反硝[4] Williamns s F, Martin D P, Horowitz D M. PHA appli-化耦合影响时，微量NO2会强化厌氧氨氧化作用，cations: Addressing the price performance issuel. Issuel但是会抑制甲烷化和反硝化作用四。张代钧在之前Engineering. Intemnational joumal of Biological Macro-的研究基础上,将膨胀颗粒污泥床( EGSB)和曝气生molecules, 1999 25(13); 11-121.物滤池(BAF) 集成，使EGSB反应器的出水进入[5] 李军， 彭永臻，顾国维,等SBBR同步硝化反硝化处理BAF反应器进行短程硝化反应,BAF反应器的出水生活污水的影响因素[J] 环境科学学报, 2006, 26(5):728- -733.外回流至EGSB反应器为后者提供亚硝态氮，在不[6]罗固源, 许晓毅,唐刚,等. 0GO工艺处理城市污水脱需外部投加亚硝态氮的条件下，成功实现了厌氧氨氮除磷试验研究[I中国给水排水, 2006, 22(}); 69-72.氧化、甲烷化和反硝化的耦合459。[7]齐唯, 李春杰，何仪亮.浸没式膜生物反应器的同步硝在对EGSB-BAF系统中各种过程对总氮的去中国煤化工2003, 19(7): 8-11.除率进行研究时发现:厌氧氨氧化途径占35.9%、短CNMH(i 同步硝化反硝化处程反硝化途径占47.4%、全程反硝化途径占16.7%;H科学学报，2006, 26在EGSB反应器总氮的去除过程中，厌氧氨氧化途(5): 728-733.第1期耿亮等:耦合式污水脱氮技术的研究进展.5.[9] 张立东, 冯丽娟.同步硝化反硝化技术研究发展[I][18]迟文涛,赵雪娜,江瀚,等.厌氧同时反硝化产甲烷工工业安全与环保, 2006, 32(3); 22 -25.艺研究进展[J] 中国招气, 2006, 24(4); 6-8.[10] 周少奇,张鸿郭.垃圾渗滤液厌氧氨氧化与反硝化的协 [19] 迟文涛,江瀚,王凯军.厌氧悬浮颗粒污泥床同时反硝同作用[J]. 华南理工大学学报(自然科学报), 2008, 36化产甲烷研究J]中国招气, 2007, 25(3); 10-13.(3): 73-76.[20]迟文涛,江瀚，王凯军.厌氧悬浮颗粒污泥床同时反硝[11] 张代钧,闫青，祖波. EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨化产甲烷研究[U]中国招气, 2007, 25(3); 10-13.氧化、甲烷化和短程硝化反硝化[0.环境科学研究，[21] Zhang Dajun. The integration of methanogensis with2009, 22(4): 467-472.denirification and anaerobic ammonium oxidation in an[12]周少奇,方汉平.低COD/N-NH2"比废水的同时硝化反expanded granular sludge bed reactor J]}. J of Environ硝化生物处理策略[J]环境污染与防治, 2000, 22();Sei, 2003, 15(3): 423- 432.18-21.22] 祖波，张代钧,白玉华，等. EGSB反应器中耦合厌氧[13] 朱明石,周少奇.厌氧氨氧化-反硝化协同脱氮研究氨氧化与甲烷化反硝化的研究[]环境科学研究, .[]化工环保，2008, 28: 214-217.2007, 20/2); 51-57.[14] 朱明石,周少奇. ANAMMOX与反硝化协同作用及氮素[23] 祖波,张代钧,闫青，等.微量NO2对厌氧氨氧化甲烷负荷研究J环境工程学报，2008, 2(6): 737-742.化反硝化耦合影响的动力学分析[I} 环境工程学报，[15] Hendriksen H V, Ahring B K. 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The main principles, process and characteristics are also discussed. This paper mayprovide a useful reference for efective N-removal of wastewater.Key words: Simultaneous nitrfcation and denirification; Synergism of anaerobic ammonium oxidation anddenitrification; Simultaneous denitrification and methanogenesis; Coupling of anaerobic ammonium oxidation; Metha-nation and denitrificationPPG建筑涂料品牌魅力获业界和公众双重认可PPG工业公司建筑涂料2009国色彩大奖颁奖典礼上,PPG 以对来自创意美城公司的近50 多位法年年底在代表业界权威的“色彩中建筑涂料的出色演绎一举夺得 国艺术家， 使用PPG申纽丽漆在国一年度中国色彩大奖”和体现“2009 年度色彩应用中国煤化工_福的外墙.上绘制大众口碑的“迎世博上海城市公众“2009 2010 最具流行魅;=n只全球最大、运满意度调查活动"中均获嘉奖。牌”。:TYH.CNMHG料系统的建筑仿.在第五届“色彩中国”年度中2008年,PPG申纽丽漆携手真墙画。(涂闽)