新型的脱氮工艺--SHARON工艺

环境污染与防治第25卷葉3期2003年6月新型的脱氮工艺— SHARON工艺林涛'搡家顺′钱艳(1河海大学水文水资源及环境学院,南京2100982.四平中法供水有限公司,四平136001)擴要sHAR(N是一种用来处理高浓度、低碳氮比含氨废水的新型脱氮工艺。该工艺楸据亚硝酸菌和硝酸菌的不同生长条件,酒过控制反应器的水力停留时间和pH使亚硎酸蘸成为反应器的优势菡属,从而将氨氮的氧化控制在亚硝化阶段,随后冉进打反硝化,与传统脱氮工艺相比,SHAR()N工艺具有流程简单、脱氮速率快、投资和运行费用低等优点。关镳词 SHARON工艺脱氮亚硝酸盐New denitrification process SHARON process Lin Tun, Can Jiashen, ef al. College of water Resource and EnviAbstract: SHARON is a new process to remove rich ammonia wastewater with low ratio of C/N. According tohe different growth habit of the nitrobacteria and nitrosomonas, this process prevents nitrite oxidizing to nitrate anddenitrify on nitrite directly by controlling the hydraulic retention time(HRT) and pH of the reactor. Compared wtraditional proccss,the cost of operation and investment of SHaRON is rather low and denitrification race is rapid.Keywards: SHARON process Denitrification Nitrite污水中氨氮的去除一直是污水处理界的研究重酸盐还原成N2的过程。反硝化菌是一类化能异养点。从1932年 Wuhrmann利用内源反硝化开发了性微生物,反硝化反应是在缺氧的条件下进行的。传后置反硝化工艺以来,各国环境工作者又陆续发展统的脱氮过程一般为完全硝化反硝化,即脱氮过程了A2/(、UCT、JHB等脱氮工艺,这些都是典型的为:NH→NO2→NO3→N2;而短程硝化反硝化则脱氮工艺。然而,这些工艺存在如反应池数多,土建是将氨氮的硝化控制在亚硝酸盐阶段随后进行反费用髙,抗冲击负荷能力弱等缺点。硝化,即脱氮过程为:NH→NO2→N2。通过这-途针对传统脱氮工艺中出现的问题,国内外学者径脱氮,优点是十分明显的,不仅能大大节省曝气进行了大量的试验研究,随着对生物脱氮机理认识量,而且能大大减少反硝化阶段中碳源的投加,反应的深入,发现了冖一些不同于传统脱氮理论的新型脱器的体积也能相应减少。但是在一般条件下要实现氮途径,如短程硝化反硝化、同步硝化反硝化以及厌短程硝化反硝化脱氮比较困难,主要是因为亚硝化氧氨氧化等。由荷兰Dlt科技大学开发的反应生成的亚硝酸会很快被硝酸菌氧化成硝酸,所SHARON厂艺是氨氮短程硝化反硝化的典型工以如何将氨氮氧化控制在亚硝酸阶段,并持久维持艺该L艺在经过儿年的小试研究后,已应用于实际较高浓度的亚硝酸盐积累就成为实现短程硝化反硝工程,并取得了良好的脱氮效果。化的关键-11 SHARON工艺研究表明,在氨氮硝化过程中起重要作用的两类细菌即硝化菌和亚硝化菌的生长对环境的要求是1.1工艺原理不一样的。如硝酸菌最佳的生长条件p为6~7.5,生物脱氮途径包括硝化和反硝化两个阶段,硝温度在15~30C之间;而亚硝酸菌的最佳生长条件化反应是将氨氮转化成硝酸盐氮的过程。它包括两pH为7~8.5,温度大于30C。因此当外界环境变个基本的步骤:首先氨氮在亚硝酸菌的作用下转化化时(如pH、DO、NH3N、温度等)2,都会对这两成亚硝酸;紧接着亚硝酸在硝酸菌作用下转化成硝类细菌的生长产生影响。如果在硝化反应中通过改酸。亚硝酸菌和硝酸菌都是好氧化能自养性微生物。变外部条件,创造一个适合亚硝酸菌生长但不利于而反硝化是将硝化反应过程中产生的硝酸盐和亚硝硝酸邵磁酸菌成为反应器中中国煤化工第一作者:林涛男,1977年出生,硕t,研究方向为水污染控制与防治CNMHG林等新型的脱氯工艺一SHAR(N工艺的优势菌属而将硝酸菌淘汰,实现氨氮的亚硝酸化。为反应器的反应温度在该温度下亚硝酸菌的世代SHAR(N工艺根据这一思路,通过精心选择反应约为2.d-。因为脱氮反应是一个发热反应,其释器的反应温度、pH和反应器泥龄,得到了很高的亚放的热量会导致整个系统温度上升,所以需要有冷硝酸积累率。却措施来保证反应器的温度稳定。1.2工艺特点1.3.2pHSHARON工艺最早是用来处理污水处理厂污SHARON工艺处理的是高浓度氨氮废水,硝泥消化池上清液的,污泥消化池废水若采用传统的化反应产生H和反硝化反应中消耗H的反应十脱氮工艺来处理去除效率低,且反应器体积大,处分剧烈。每氧化1mo的氨氮,要产生2mol的H理费用高。而这类废水高温的特点使氨氮的亚硝化离子。产生的H离子中大约有一半可以和此类废成为可能。在常温下,亚硝酸菌的世代较硝酸菌长,水中的HCO3中和,剩下的H可以通过反硝化去但在高温条件下情况正好相反,这时硝酸菌的生长除。在一个好氧(硝化)缺氧(反硝化)周期中,pH由于受到抑制导致其增殖速率小于亚硝酸菌,所以的浮动大致在一个单位。研究发现,pH是一个十分在高温下通过选择适当的泥齡,使反应器中污泥停重要的运行参数,它对脱氮反应的影响十分复杂选留时间介于亚硝酸菌和硝酸菌的最小停留时间之择恰当的pH不仅有利于反应器中亚硝酸的积累,间,就可将硝酸菌从反应器中“淘洗”掉,而使亚硝酸而且能降低工艺的运行费用。菌成为反应器中的优势菌属。另外在高温条件下细利用IAwQ模型,可以计算出在好氧条件下菌的增殖速度快,不需要污泥停留就可以保证足够亚硝酸菌的增殖情况。 SHARON工艺中选择了在的污泥醺,根据此类废水特点, SHARON工艺选用pH变化时波动较为平稳的常数Ks,底物浓度也了CSTK反应器,这时反应器的水力停留时间就等相应的改为CwH,同时考虑到HNO2的抑制作用,推于污泥的停留时间,通过选择合适的水力停留时间导出如下公式并且严格控制反应器的pH,保证氨氮的亚硝酸化同时通过间歇噪气,在一个反应器内进行硝化和反=·K:硝化反应「1.3关键运行参数Ki HNo. + CHNO1.3.]温度对于硝化菌而言,采用了 Wiesman的增殖公SHARON工艺的基本思想就是利用亚硝酸菌式,公式如下在高温条件下增长速率大于硝酸菌这一特点实现亚硝酸菌的积累。同时高温也省去了污泥停留,但温度ye.Kim, + CmM, K8, +C太高会导致微生物死亡,所以要选择一个合适的反通过方程式(1)和(2)可以得到在不同的pH应温度。通过 SHARON反应器中微生物呼吸实验下,亚硝酸菌和硝酸菌的增长率见图2。从图2可可以得出温度与亚硝酸菌增长速率的关系见,在高pH之下,为了保证将亚硝酸菌保留在反应D03器中而将硝酸菌“洗”出系统,可以选择的最小水力停留时间范围为0.7~1.4d随着pH的降低,这种可以选择的范围越来越小。当pH小于6.8时,硝酸菌的比增殖率已经小于亚硝酸菌的比增殖率,这时要维持氨氮的亚硝酸化已经不可能了。1020304SHARON工艺利用CSTR反应器的搅拌使中温度/℃和反应中产生的CO2从反应器中溢出,使反应顺利图1亚硝酸曹的增长与温度的关系进行,同时通过控制反硝化进行的程度,将pH稳定图1可知,随着温度的升高,单位体积的亚硝在一个合理的范围以内酸菌耗氧量也在增大,说明它的比增长率在升高,在2 SHARON工艺的小试与工程应用40C时达到最高,随后其增长率开始下降。为了保中国煤化工脱氮工艺, Delft证系统运行的稳定, SHARON工艺选择了35C作CNMHG165·环境污染与防洎第25卷第3期2003年6月分进行优化,仅甲醇投加这一项一年大概就可节省运行费用40000美元。若再对曝气量和曝气时间进亚的酸函敢、只N0浓度行优化,还将进一步降低处理费用。硝酸薄燉小043结论停留时间SHARON工艺作为短程硝化反硝化的典型工艺,与传统的脱氮工艺相比有以下优点:①硝化和反硝化在一个反应器内完成,简化了工艺流程;②因为图2亚硝酸藺、硝酸菌的最小泥齡、亚硝酸、氨氮浓 SHARON工艺污泥不停留,减少了反应器的体积度与pH的关系图科技大学对此进行了两年多的小试研究。试验装置和污泥处理费用;③硝化产生的H+可以被随后进采用CSTR反应器,进水取自二级污水处理厂污泥行的反硝化中和减少了投加中和剂的费用;④硝化消化池的上清液。反应器的水力停留时间为1.5d阶段可以减少25%曝气量,反硝化可以减少40%的个硝化反硝化周期为2d,其中曝气(硝化)时间为碳源;⑤具有较高的反硝化率,反应时间短,反应器80min,缺氧(反硝化)时间为40min,在反硝化阶段容积可减少30%~40%;⑥污泥产量减少,其中硝投加了一定量的甲醇以补充碳源。小试中化过程可少产污泥33%~35%左右,反硝化过程可少产污泥55%左右。SHARON反应器运行稳定,平均氨氮的去除率达到了85%,这证明了 SHARON工艺的可行性但是必须看到 SHARON工艺的目标主要是获在小试研究的基础上, Delft科技大学又成功地得高浓度氨氮的去除效率,所以 SHARON反应器将 SHARON工艺应用于荷兰鹿特丹的某污水处理的出水还含有大量的悬浮物和没有被完全去除的氨厂改造,用其处理该厂水量约为564m3/d的污泥消氮、亚硝酸盐等需要进一步处理才能排放。另外,化池的出水。在改造时,将原来一个闲置的,体积为SHARON工艺的研究对象主要是较高温度下的高l500m3的二沉池改造成了 SHARON反应器。因为浓度氨氮废水,该工艺所要求的较高温度条件是很多含氨废水很难满足的,这就限制了 SHARON工每天的水量都不同,所以水力停留时间不是固定的。艺的推广与应用。但 SHARON工艺本身证明了短从1994年全年的运行情况来看,全年平均的水力停留时间为26d其中缺氧和好氧各为1.3d与小试程硝化反硝化的可行性,它对今后脱氮艺的发展相比,水力停留时间延长了,主要是缺氧时间延长具有十分重要的意义了,而关键的好氧时间由于仍然控制在接近一天的范围内,仍然能保证将硝酸菌淘汰,维持亚硝酸菌在考文献1周少奇,閘吉林,生物脱氮新技术研究进展.环境污染治理技术与反应器中的优势菌属。设备2000.1(6):11~17在反硝化进行15mn后投加一定量的甲醇,投2真林江,彭党聪,王志盈短程硝化一反硝化生物脱氮.中国给水加量没有考虑进水氨氮负荷的变化,投量恒定同时排水,2000,16(2):29~31曝气时间也没有优化,一个硝化反硝化周期为4h3徐亚同废水中氮处理.上海:华东师范大学出版社,19964钱易,米樺友,现代废水处理新技术北京:中国科学技术出版其中好氧2h,缺氧2h社,1993从运行情况看,脱氮效果还是明显的,氨氮的年平均去除率保持在85%左右。在一年多的运行中曾ith and without organic loading in suspended growth reactorwat.Res,,1990,24(3):297~302经停止进水一周,但没有观察到微生物大量减少,这w Verstraete. S Philips. Nicrification-denitrificHtiont pru esses说明了 SHARON工艺运行的稳定性。其处理费用and technologies in包含土建、设备、药剂、能耗、人工费等,约为4~6荷98,1(2):717~72兰盾/kgNH-N。在处理费用中,能量消耗占35%M Henze, Leslie Grady C P. w Gujer, ct al. A general mudel foringle- sludge waste water treat ment systems. Water Reaserch(其中9%是用于曝气),甲醇的费用占25%。甲醇987.21(5):505~515的投加量并没有随进水的氨氮浓度而变化,也没有8 U Wiesman. Biological nitrogen removal from wastewater,h对投加的时间进行优化。一年多的运行表明,大约只有71%甲醇用于亚硝酸盐的反硝化。因此对这一部YH中国煤化工CNMHG期:200212166·