SND过程中脱氮途径初探

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时间:2019-06-02

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1、同步硝化反硝化(SND)过程中脱氮途径初探摘要:在实验室小型SBR试验中发生了好氧同步硝化反硝化(SND)脱氮过程,通过好氧反应期间各种含氮化合物的化学衡量计算得到:氨氮经硝态氮(包括硝基氮和亚硝基氮)脱氮途径所得脱氮量仅占同期脱氮总量的46.5%,在扣除生化合成反应所需氮素以及游离氨解析吹脱的可能之外,尚有半数左右的氮在硝化之前便已转化为不明物质而丢失。由于在好氧硝化和反硝化过程所产生的脱氮产物中均包含N2O等温室气态物质,应引起普遍重视。关键词:SBR;同步硝化反硝化;脱氮途径;好氧反硝化;N2O前言传统水处理理论认为:氨氮

2、的去除是通过硝化和反硝化两个相互独立的过程实现的,由于对环境条件的要求不同,这两个过程不能同时发生,而只能序列分级式进行,即硝化反应发生在好氧条件下,由自养型微生物完成;反硝化反应发生在缺氧或厌氧条件下,由异养型微生物完成,因此需提供充足的碳源[1]。迄今为止的水处理实践几乎都是以上述传统理论为指导,将缺氧区与好氧区分开,形成分级硝化反硝化工艺。然而近年来,国内外的不少研究和报道已经充分证明,在有氧条件下可同时发生硝化和反硝化,并把这种在好氧情况下TN降低的现象,称之为同步硝化反硝化(SimultaneousNitrificat

3、ionandDenitrification,简称SND)现象。SND生物脱氮机理至今尚不十分清楚,纵观各大观点[2~6],可从生物学(确实存在能发生SND的菌种)和物理学(系统内存在缺氧的宏观环境和微环境)两方面加以解释。有文献指出:实验已证实当DO超过空气在水中饱和溶解氧的25%时(或DO超过2.6mg/L[7]),系统内基本不存在缺氧的宏观环境和微环境;而区别于传统脱氮的SND生物学机理解释大致有三种:短程硝化/反硝化(Shortcutnitrificationanddenitrification),厌氧氨氧化(Anaero

4、bicammoniumoxidation)和好氧反硝化(Aerobicdenitrification)。本文在实验室小型试验研究的基础上,试以量化计算和理论分析相结合的方法,对实验中可能发生的同步硝化反硝化的几种反应途径进行初步探讨。1实验方法1.1实验装置与工艺本实验SBR反应器采用有机玻璃柱制成,内径120mm,高450mm,有效容积4L。完整的基本工作周期是10.5hr,由3个阶段构成,其运行周期为第一缺氧搅拌2hr,曝气6hr,第二缺氧搅拌1.5hr,沉淀1hr,每周期排水2L进水2L。曝气阶段保持溶解氧在2.5~3.0

5、mg/L。91.2实验用水人工模拟NH4+−N废水:每1L自来水中加入以下药品,然后根据不同浓度需求稀释而成。该模拟废水的清液NH4+−N为15000mg/L。NH4Cl:54gNaHCO3:100gKH2PO4:10gFeCl3·6H2O:2gCaCl2:4gKCl:4gNaCl:4gMgSO4:4g碳源有机废水:称取200g玉米面用5L的开水冲释,使可溶性淀粉溶解,然后静置取上清液测得:CODCr=21000mg/L,BOD5为13000mg/L。实验用水为模拟氨氮废水和碳源有机废水根据不同比例混合,配成不同的碳氮比。1.3

6、污泥驯化取北京某污水处理厂曝气池活性污泥,采用CODCr/NH4+−N=4:1的混合废水驯化,在硝化菌培养出来之后,逐步提高碳氮比驯化反硝化菌。大约一个月左右,混合液污泥浓度MLSS达到3000mg/L左右,在进水CODCr为2000mg/L,NH4+−N为240mg/L的情况下,CODCr去除率达90%,NH4+−N去除率达99%以上,TN去除率达85%以上,至此认为污泥驯化结束。1.4对照试验氨氮废水的空气吹脱对比试验是在实验室烧杯中进行,实验条件:采用人工模拟NH4+−N废水,20℃,pH=8.7,NH4+−N浓度为100

7、mg/L,曝气8hr后测定NH4+−N浓度,证实没有可比的浓度降低。2实验结果2.1好氧脱氮占总脱氮量的74.12%在实验进水CODCr为720mg/L,NH4+−N为110mg/L的条件下连续运行直至达到稳定,然后进行一个周期各阶段内各种氮化合物的质量变化跟踪试验。实验期间每隔1hr测定一次数据,所有含氮化合物的浓度均以氮计,因此数据之间可以进行定量加和计算。结果如表1,各种含氮化合物的变化趋势如图1所示。表1实验周期内不同时间水质测定结果单位:mg/L时间(hr)NH4+−NNO2-−NNO3-−NNOX-−NCODCrTN

8、第一搅拌段054.50.195.25.4358.359.9154.30.062.12.16170.556.5254.60.020.050.075154.7曝335.22.28.911.13246.39 气段4213.311.314.62235.656.96.31

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