知識水壩（豆丁網 pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 高濃度含氨廢水的厭氧脫氮研究進展 近幾年來，荷蘭 Delft 大學等研究者在流化床反應器中發現了一種新的高濃度含氨廢水的脫氮反應過程 1，并提出了一系列新工藝，如 ANAMMOX、 SHARON 和 OLAND 等。這些工藝基于對氮生物循環的新發現，為廢水生物脫氮處理提供了新的途徑。 1 ANAMMOX 工藝 厭氧氨氧化 (ANaerobic AMMonia OXidation)是在嚴格的缺氧條件下以 NO2-作為電子受體，利用自養菌將氨直接氧化為氮氣而實現脫氮的工藝 2 6。研究表明，氨厭氧氧化產生的一分子氮氣中 一個氮原子來自NO2-，而另一氮原子則來自于氨，對氨的最大去除速率可達 1.2mmol/(L h)，氧化 1mol 氨需要消耗 0.6mol的 NO2-，并由此產生 0.8mol 的氮氣。羥胺 (NH2OH)和聯氨 (N2H4)是厭氧氨氧化過程的中間產物，其中羥胺為最可能的電子受體，而羥胺本身則是由 HNO2產生的 4。當反應系統中有過量的羥胺和氨時將發生暫時的 N2H4積累。聯氨向氮氣的轉化被認為是通過將 NO2-還原為羥胺同時產生等量的電子而實現的，但該反應是在同種酶的不同部位發生 NO2-的還原和羥胺的氧化還是通過由電子轉移 鏈相連接的不同酶系統的催化反應實現研究表明， ANAMMOX 過程是由自養菌 (Candidatus Brocadia anammoxidans)完成的 7、 8，它被認為同時具有將 NO2-氧化為 NO3-的功能，但生長緩慢 (pH=8、溫度為 40時的生長世代期為 11d2)。 Egli 等人采用生物轉盤處理含高濃度氨的垃圾填埋場滲濾液的研究表明，污泥中的 Candidatus Brocadia anammoxidans 占90.9%，且對 PO43-和 NO2-均具有很高的抗性 (最大耐受濃度分 別達 20mmol/L 和 13mmol/L，在低濃度時具有較高的活性 )，對 pH 值的適應范圍為 6.5 9，最適 pH 值和溫度分別為 8 和 37 5。目前，尚未完全了解此類微生物的特性，但已發現其具有不規則的細胞結構和外形 5、 7、 8。 在 ANAMMOX 過程中，自養反硝化菌的電子受體是 NO2-而不是 NO2-，氨則是電子供體。 Strous 等人采用20 個不同型式的流化床反應器對合成基質的研究表明 3，反應器系統的基質轉化速率可達3.0kgNH4+-N/(m3 d)， NO2-和氨的平均去除率分別達 99.5%和 84.6%，流化床中生物量的最大比活性約為 25 nmolNH4+/(min mg-1)，同化 1molCO2需要氧化 24mol 的氨，增長速率為 0.001h-1，相當于世代時間為 29d。同時發現，反應過程能否順利進行與反應器中 NO2-和氨是否同時存在密切相關，其反應的主要產物為氮氣，同時約有 5% 17%的 NO2-被轉化為 NO3-，氨、 NO2-和所產生的 NO3-量的比例為 1 1.31 0.222 參與 ANAMMOX 過程的細菌首先是在進水僅含氨和 NO2-的流化床反應器中發現的。微生物在流化床內以生物膜的形式 生長在砂粒載體的表面，但對此類細菌的培養效果并不十分理想，其原因是實驗室規模的流化運行比較困難，其對生物體的截留量往往不足以滿足此類細菌的需要。采用 SBR 作為 ANAMMOX 反應器的研究表明：在沉淀階段絮凝體沉降迅速，污泥截留率可達 90%，即具有很強的生物體截留能力，利于ANAMMOX 細菌的生長。 SBR 反應器的生物量中 ANAMMOX 細菌的比例高達 74%，而流化床反應器中則為 64%，即 SBR 對 ANAMMOX 細菌的選擇性要好于流化床。 SBR 反應器的運行條件穩定 9 與傳統的硝化反硝化脫氮工藝相比， ANAMMOX 工藝具有以下特點：需氧量低，運轉費用低。在 ANAMMOX過程中氨是在與 NO2-同時存在的條件下直接轉化為氮氣而實現脫氮的，其中氨和 NO2-的比例為 1 1.315，即在 ANAMMOX 過程中并不需要將氨徹底氧化為 NO3-，而僅需轉化為 NO2-，即為部分氧化 (或硝化 )，因而所需的供氧量可大大降低。不需要外加碳源。由于實現 ANAMMOX 過程的微生物為自養菌，因而無需傳統硝化反硝 化工藝中反硝化菌 (異養菌 )所必需的碳源。原水中無足夠的 NO2-可供利用時需外加 NO2- 2 SHARON 工藝 SHARON 工藝遵循短程反硝化原理，是基于 NO2-的高效脫氨單反應器工藝的簡稱 10。該工藝是高濃度含氨 ( 5 000 mg/L)廢水的理想處理工藝。它是一個無需污泥截留 的單個 CSTR(Continuous Stirred Tank 知識水壩（豆丁網 pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） Reactor)反應器，在溫度 25 (一般為 30 40 )的條件下可通過種群篩選產生大量的亞硝化菌，并使硝化過程穩定地控制在亞硝化階段 (以 NO2-為硝化終產物 )，可節省能耗及外加碳源 (電子供體 )。硝化菌能快速地將 NO2-氧化為 NO3-，而在傳統的工藝中則很難將硝化 控制在亞硝化階段。在 SHARON 工藝中硝化菌的生長速度明顯低于亞硝化菌，故通過完全混合反應器并控制短暫的停留時間 (如 1d )及高溫條件可有效控制硝化菌的生長，通過間歇曝氣可實現對脫氮和 pH 值的控制。該工藝可節省 25%的供氧和 40%的碳源，適用于具有脫氮要求的場合。當該工藝與 ANAMMOX 工藝聯用時，僅需將 50%的氨轉化為 NO2-，從而不僅無需外加 NO2-，而且由于大多數厭氧處理出水中含有以 CO32-形式存在的堿度 (可補償因完全硝化造成的堿度消耗 )而無 需外加堿度物質。 SHARON 工藝運行的關鍵是通過對 停留時間和溫度的控制來抑制硝化菌的生長。在處理過程中可進行定期的反硝化以控制 pH 值。在 1.5 L 反應器試驗的基礎上，根據反應動力學和化學計量物料平衡關系原理，于 1998 年在荷蘭的 Rotterdam Dokhaven 污水處理廠設計并投入運行了處理規模為 1 500m3/d 的生產性SHARON 工藝，其去除 1 kgNH4+-N 的投資估算為 1.7 美元 11。 3 OLAND 工藝 比利時微生物生態實驗室于 1998 年培養了一種用于高濃度含氨廢水處理的自養硝化菌，其關鍵特征是能通過自身供氧而將硝化過程控制在亞硝化階 段，電子受體不足時可消耗其自身 (即消耗 NO2-)來氧化氨。OLAND 工藝即是由自養硝化菌作為生物催化劑所發生的氧化 還原除氮，為氧控自養硝化反硝化的簡稱 10、12。據報道，該工藝可比傳統的硝化反硝化工藝節省供氧 62.5%，節省電子供體 (碳源 )100%。在上述氧化還原反應中，亞硝化菌可獲得足夠的能量以維持其生長。控制該過程的關鍵參數是氧濃度。目前存在的問題是，在混合菌群連續運行的條件下尚難以對氧和污泥的 pH 值進行良好的控制。若可通過化學計量方法合理地控制氧的供給，即可使污泥處于亞硝化階段。實驗室研究表明， 該工藝對的去除效率相當高50mgTN/(L d)。 4 厭氧脫氮工藝的應用 近幾年，對厭氧氨氧化工藝的研究已由反應原理、微生物特性及控制條件等方面轉向人工和實際廢水的處理效果方面，尤其對去除污泥消化上清液中氨的可行性進行了較多研究。由于消化池上清液的 pH 值和溫度分別為 7.0 8.5和 30 37，均在 ANAMMOX 微生物的最優生長條件范圍內，故此類微生物對消化池上清液具有良好的適應性。采用實驗室規模的生物流化床反應器 (2L)處理消化池上清液的研究進一步表明，ANAMMOX 工 藝可有效地去除廢水中的氨和 NO2-，反應器的氮負荷由 0.46kgTN/(m3 d)增加到約 2.6 kgTN/(m3 d)，氮的轉化率由 0.05kgTN/(kgSS d)提高到 0.26kgTN/(kgSS d)，對消化池上清液中氨和 NO2-的去除率分別達到 88%和 99%(表 1)3、 13。以上有關研究中反應器內的 NO2-是由人工投加的，而在實際應用中 NO2-必須通過合理的工藝設計或通過生物轉化實現處理系統中 NO2-的自給， SHARON 工藝便是其中之一。 表 1 ANAMMOX 流化床和 SHARON 反應器處理效 果 參數 SHANRON 工藝 ANAMMOX 工藝 氨負荷 kgNH4+-N/(m3 d) 0.63 1.0 0.24 1.34 NO2-負荷 kgNO2-/(m3 d) 0.22 1.29 氮負荷 kgTN/(m3 d) 0.63 1.0 0.46 2.63 出水 NH4+-N(mg/L) 199 27( 85) 出水 NO2-(mg/L) 469 3( 3) NH4+-N 去除率 (%) 76 90 88( 9) 知識水壩（豆丁網 pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） NO2-去除率 (%) 99( 2) 污泥負荷 kgTN/(kgSS d) 10.3 0.05 0.26 注： SHANRON 工藝中的氨負荷與進水濃度成正比； ANAMMOX 工 藝中的 NO2-是外加的。 荷蘭 Delft 大學 Kluyver 生物技術學院采用 SHARON ANAMMOX 聯用工藝 (圖 1)處理污泥消化池上清液的研究表明，在不控制 SHANRON 反應器內 pH 值的條件下且進水 TN 負荷為 0.8 kgTN/(m3 d)時，上清液中的氨大部分被轉化為 NO2-，而所產生的 NO3-僅占總 NOx-N的 11%，所產生的氨和 NO2-混合液適于采用 ANAMMOX工藝進行處理 13。 SHARON 反應器出水進入 ANAMMOX 流化床反應器，因 NO2-濃度有限而被徹底去除并獲得了83% 研究表明，以 ANAMMOX 途徑實現氨厭氧氧化的先決條件是在同一反應器中同時存在氨和 NO2-，且反應器處于無氧狀態。產生 NO2-的 有效途徑有二： 一是限制反應器的供氧以利于 NO2-的形成并抑制 NO3-的生成；二是限制反應器中反硝化所需的電子供體(如硫化物或有機物等 )的數量以限制反硝化的發生。以上措施在廢水處理廠中易于實現，由此可促進ANAMMOX 微生物的大量繁殖。此外，廢水中高濃度的氨與限制供氧相結合，可獲得氨和 NO2-在反應器中同時存在的條件。采用生物轉盤處理氨濃度為 200 400mg/L 的垃圾填埋場滲濾液的 ANAMMOX 研究表明，對氮的去除率可達 70% 90%14 5 結語 上述新工藝為研究和應用更為節能、更為有效 的生物脫氮方法開辟了新的前景，但目前這些工藝尚處于理論研究和應用的初步階段，還有許多問題需要解決，包括：如何在工程實際中合理控制運行條件以實現這些工藝的實用化和長期穩定運行；如何合理地組合工藝以提供亞硝化菌生長所需的環境條件并獲得所需的生物量；由于 NO2-是一種強活性物質，可與芳香胺及其他芳香類物質反應而產生有害的亞硝化和硝化副產物，因而對此有必要作一些研究；需對有關微生物的特性作進一步深入研究。 知識水壩（豆丁網 pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 感謝您的使用 “小萍，晚上 10 點以后你為什么老關機？ ”陳飛很直接的發過來一條這樣 的疑問。 有些按捺不住心頭的怒火得力萍想起白天母親那無休止的嘮叨，在看看陳飛所發過來的令人氣憤的短信，。平日有著高雅素養的她也很難一下子控制住心頭怒火中燒的情緒， “我忙忙碌碌一整天，下班以后我只想回家安安靜靜好好的睡一覺，沉沉香甜的睡夢中，我不想被外界的因素所打擾，這就是我下班以后回家立刻關機的原因。陳飛你問這話到底是什么意思？ ”氣憤填膺的李萍立刻回復著陳飛。 “我知道你白天為了飯店的生意勞碌不堪的，但是白天再累晚上下班以后也不至于回家就倒頭大睡呀，你難道沒有別的娛樂愛好嗎？ ”陳飛這個令李萍還在躊躇考驗的男 人竟然還在不知深淺的試探著。 “什么娛樂項目？你難道說的是找一群人在一起花天酒地的吃喝？還是閑得無聊漫無目的的在大街上瞎溜達？還是醉醺醺的在酒醉迷離中鬼哭狼嚎？陳飛，我告訴你，我沒有那多閑心和空閑的時間去干那些令人覺得無聊的事情 ”。看到陳飛竟然說出如此之話李萍徹底的被激怒了。 “小萍。我不是那個意思，你真的誤會我的意思了。我就是覺得你平日認識的朋友也是很多的，并且你也是非常的熱情好客的。既然你的交友圈子廣泛，晚上不至于就這樣按部就班的在家蒙頭大睡吧？ ”當一個男人表露內心所想的時候，小肚雞腸或者說有點自私的男 人本色也就顯露無疑。 “那晚上我不睡覺我能去干嘛？陳飛，你到底想對我說些什么，如果你真的想知道什么你就直接對我說，你又何必拐彎抹角的用話語來傷人那？ ” “小萍，我說的真的不是那個意思，我就是隨便的問一句。你千萬別生氣，我真的沒有別的意思。 ”李萍的回復出乎陳飛意料，他覺得他的話令對方生氣了。 “陳飛，我沒有生氣，我為什么要生氣？我可以拍著胸脯對天發誓，我沒干什么見不得人的事情。陳飛，我再告訴你一遍，以后不管白天你怎么發短信我都會全天開機，可是到了晚上我十點鐘準時關機，所以晚上 10 點以后你就別打我電話了。還有 你覺得咱們有相處下去的