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污水處理技術(shù)|工業(yè)廢水反硝化技術(shù)

更多關(guān)注公眾號(hào):環(huán)保水處理(hbscl01)

化妝品廢水處理工藝。

在許多發(fā)展中國(guó)家和發(fā)達(dá)國(guó)家，硝酸鹽或亞硝酸鹽污染地表水和地下水的現(xiàn)象越來(lái)越多
。處理含硝酸鹽廢水的成熟方法是離子交換、吸附、化學(xué)處理、膜技術(shù)和生物處理技術(shù)。高純水處理主要采用離子交換和吸附工藝
，產(chǎn)生的濃縮液需要進(jìn)一步處理，吸附劑很快就會(huì)飽和，需要再生和更換。膜技術(shù)是一種濃縮方法，其進(jìn)水通常需要預(yù)處理
。含低濃度NO3-N的廢水處理化學(xué)方法不經(jīng)濟(jì)
，需要連續(xù)添加化學(xué)藥劑。在缺氧條件下，以NO3-代替O2作為電子受體參與微生物代謝活動(dòng)，生物脫氮技術(shù)被還原為N2。與其它競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)相比，生物處理技術(shù)更簡(jiǎn)單、更經(jīng)濟(jì)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。生物反硝化通常分步進(jìn)行：NO3-→NO2-→NO→N2O→N2
，C、S、H可作為反硝化過(guò)程中的電子供體。目前
，對(duì)于不同的電子供應(yīng)商，科學(xué)家們研究了相應(yīng)的異養(yǎng)生物和自養(yǎng)生物反硝化過(guò)程
。作者詳細(xì)討論了這些過(guò)程，為廢水中硝酸鹽的處理提供了技術(shù)選擇。

1、異養(yǎng)反硝化

異養(yǎng)反硝化是利用有機(jī)碳源作為能源和電子供體，將硝酸鹽反硝化為氮?dú)獾倪^(guò)程
。已知的異養(yǎng)反硝化細(xì)菌包括Pseudomonas、Paracocus、Flavobacterium、Alcaligenes、Bacillusspp.等。C/N、進(jìn)水硝酸鹽濃度、微生物濃度、SRT、影響硝酸鹽去除率的主要因素是HRT和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)
。

生活污水和養(yǎng)殖廢水富含碳源，C/N不是反硝化的主要影響因素。然而
，冶金、電鍍、半導(dǎo)體、制造和能源廢水等一些工業(yè)廢水的有機(jī)濃度很低，甚至沒有，但含有高濃度的NO3--N。為了獲得更高的脫氮水平，這些廢水往往需要添加碳源。通常，甲醇、乙酸和乙醇的反硝化速率相似，因?yàn)?abbr title="jia chun">甲醇是最便宜的，應(yīng)用最廣泛。但由于甲醇毒性大，乙酸近年來(lái)被用作外加碳源。它們通常與磷酸鹽一起加入，以確保出水NO2-N處于較低水平。但未使用的外加碳源可能會(huì)造成二次污染，因此其工藝出水需要混凝、吸附等后續(xù)處理。此外，當(dāng)使用這些傳統(tǒng)碳源進(jìn)行反硝化時(shí)，污泥產(chǎn)量較高（見表1），一方面增加了污泥處理的成本，另一方面，由于出水中微生物濃度過(guò)高的風(fēng)險(xiǎn)較大，需要嚴(yán)格消毒。

科學(xué)家們還研究了使用更經(jīng)濟(jì)的非溶解碳源進(jìn)行反硝化的可能性，即使用非溶解碳源作為微生物食品和附著填料，緩釋碳源使反硝化而不會(huì)導(dǎo)致水中有機(jī)物超標(biāo)。棉花〔7,8,9〕、麥稈〔10〕、報(bào)紙〔11〕、鋸末〔12〕、淀粉〔13〕、菜油〔14〕用于生物反硝化，其中棉花作為碳源反硝化率高，可達(dá)353g/(m3)-d)，但仍低于甲醇等傳統(tǒng)碳源的反硝化率(見表2)。因此，還需要進(jìn)一步提高固態(tài)碳源的溶解率和反硝化的穩(wěn)定性，利用非溶解碳源的異養(yǎng)反硝化應(yīng)用于工業(yè)廢水的脫硝。

本公司主導(dǎo)產(chǎn)品：“濟(jì)南純凈水設(shè)備、濟(jì)南工業(yè)水處理設(shè)備、濟(jì)南弱堿性活化水處理設(shè)備、濟(jì)南超濾礦泉水設(shè)備、恒壓供水設(shè)備、苦咸水淡化設(shè)備、除氟設(shè)備、藥廠GMP純化水設(shè)備、海水淡化設(shè)備、家用凈水機(jī)、成套灌裝設(shè)備、紫外線臭氧殺菌設(shè)備、分質(zhì)供水設(shè)備、EDI超純水設(shè)備、RO反滲透、離子交換設(shè)備、精密過(guò)濾器、纖維過(guò)濾器、自動(dòng)壓差過(guò)濾器、智能全程水處理器、多功能電子水處理器、變頻供水機(jī)組等設(shè)備等。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于化工、電力、軍工、冶金、電鍍、醫(yī)藥釀造、食品飲料、生物工程、化妝品、分質(zhì)供水、工業(yè)鍋爐補(bǔ)給水、電子、環(huán)境保護(hù)、民用凈化等行業(yè)。

2、自養(yǎng)反硝化

近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)硫和氫也可以為自養(yǎng)反硝化細(xì)菌提供電子去除硝酸鹽。這可以解決反硝化過(guò)程中有機(jī)碳源過(guò)量使用導(dǎo)致出水中有機(jī)物過(guò)量和微生物過(guò)量的問(wèn)題，有效降低運(yùn)行成本。因此，自養(yǎng)反硝化對(duì)低C/N硝酸鹽廢水的處理具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

2.1硫型反硝化

利用硫組分進(jìn)行自養(yǎng)反硝化是利用無(wú)機(jī)還原狀態(tài)的硫(S2)-、單質(zhì)硫S、S2O32-、S4O62-、SO32-)作為電子供體和硝酸鹽作為電子受體的生物反硝化過(guò)程

。由于單質(zhì)硫的價(jià)格遠(yuǎn)低于甲醇、乙酸等碳源，硫含量最高，可以降低反硝化的運(yùn)行成本，因此對(duì)單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化過(guò)程的研究最為深入。單質(zhì)硫型反硝化產(chǎn)生的能量為91.15kJ，遠(yuǎn)低于甲醇反硝化釋放的能量(109.18kJ/mol)，微生物生長(zhǎng)所需能量相同，因此單硫反硝化污泥產(chǎn)量低于甲醇反硝化
，污泥處理成本低。防止廢水污染的措施。

負(fù)責(zé)硫自養(yǎng)反硝化的細(xì)菌主要是thiobacilusdenifications和/或thiomicrospiradenificans。DO、pH、硫顆粒粒徑，S/N比、NO3-濃度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和HRT是影響單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化率的主要因素。單質(zhì)硫的反硝化產(chǎn)物中的H 它會(huì)導(dǎo)致亞硝酸鹽的積累和硝酸鹽去除率的下降，因此需要添加一定量的Caco3來(lái)維持反應(yīng)系統(tǒng)的pH值和堿度。但Thiobacillusdenifications代代相傳，容易被洗出反應(yīng)器，因此通常采用截留微生物效率高的單質(zhì)硫-石灰石堆床作為單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器。單質(zhì)硫可作為Thiobacillusdenifications生物膜的載體，石灰石不僅為自養(yǎng)反硝化菌提供堿度
，還提供無(wú)機(jī)碳源
。J.L.Campos等研究發(fā)現(xiàn)，在Sampos中、當(dāng)N質(zhì)量比為3.70或6.67時(shí)，會(huì)出現(xiàn)NO2-瞬時(shí)積累現(xiàn)象；S、NO2-是自養(yǎng)反硝化的主要最終產(chǎn)物，N質(zhì)量比為1.16或2.24。這是因?yàn)镹O3-比轉(zhuǎn)化率快于NO2-，所以NO3-濃度高或停留時(shí)間短容易導(dǎo)致NO2-積累，進(jìn)而顯著抑制自養(yǎng)反硝化。

R.Sierra-Alvareza研究了以單質(zhì)硫-石灰石為填料的生物反應(yīng)器的脫氮性能
，其氮負(fù)荷高達(dá)560g/(m3-d)
，氮去除率為95.9%，表現(xiàn)出較高的脫氮能力。批量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)
，反硝化率與單質(zhì)硫的接觸面積有關(guān)
，為26.4mmol/(m2-d)。A.Koenig認(rèn)為，單質(zhì)硫的溶解率是單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化的限制因素，反應(yīng)率與硫粒徑和表面積有關(guān)，因?yàn)閱钨|(zhì)硫的可溶性差嚴(yán)重限制了其向微生物的傳遞。因此，硫自養(yǎng)反硝化工藝應(yīng)用于工業(yè)硝酸鹽廢水處理時(shí)，應(yīng)采用細(xì)粒徑單質(zhì)硫，以提供足夠的比表面積進(jìn)行傳質(zhì)，必要時(shí)可選擇溶解單質(zhì)硫。由于SO42-是單硫自養(yǎng)反硝化的另一個(gè)重要產(chǎn)物（見表1），如果尾水直接排放到地表水，則會(huì)造成二次污染，因此應(yīng)仔細(xì)采用該工藝
；如果尾水能直接排放到海洋中，則無(wú)二次污染風(fēng)險(xiǎn)（SO42-海洋中的質(zhì)量濃度為2.7mg/L左右)。因此，在廢水可直接排放到海洋的沿海地區(qū)，含硝酸鹽的工業(yè)廢水可采用單硫自養(yǎng)反硝化工藝處理。DOP的廢水處理方法。

2.2氫型反硝化

氫是另一種反硝化電子供體，具有較高的硝酸鹽選擇性，因此氫自養(yǎng)反硝化效率高。首次報(bào)道的氫型自養(yǎng)反硝化菌是Rhodopseudomonasphaeroides，后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)Paracocusdenitrificans、Alcaligeneseutrophus、Pseudomonaspseudoflava等也可以利用H2進(jìn)行反硝化。H2清潔無(wú)毒，其產(chǎn)品H2O對(duì)人類無(wú)害。因此
，氫型自養(yǎng)反硝化是處理飲用水中硝酸鹽的最佳選擇，而不是異養(yǎng)反硝化和硫型反硝化
。當(dāng)H2質(zhì)量濃度分別高于0.1時(shí)，氫型自養(yǎng)反硝化對(duì)H2濃度敏感、0.2mg/L抑制硝酸鹽還原菌和亞硝酸鹽還原菌。水中H2的溶解度為1.6mg/L
，因此，可以推斷低濃度H2會(huì)導(dǎo)致亞硝酸鹽的積累。但是
，如果H2的供應(yīng)量增加，H2往往不能完全被生物反硝化系統(tǒng)利用，隨出水流動(dòng)，造成尾氣爆炸的隱患。因此，確定合適的氫供應(yīng)是該過(guò)程的關(guān)鍵。污水處理廠意義。

利用膜彌散H2可以更好地解決這個(gè)問(wèn)題。膜生物反應(yīng)器可以解決氫自養(yǎng)反硝化菌增殖率低、啟動(dòng)培養(yǎng)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題
。H2通常在中空纖維膜上擴(kuò)散，而生物膜附著在中空纖維膜表面。反硝化速率和H2利用率可以通過(guò)控制氫壓來(lái)獲得。K.C.Lee等研究表明
，中空纖維膜-生物膜反應(yīng)器的氮去除效率對(duì)pH敏感，高pH容易導(dǎo)致Caco3沉淀。由于生物膜生長(zhǎng)在中空纖維膜的外表面，其出水必須滅菌
。在處理工業(yè)高濃度含硝酸鹽廢水時(shí)，氫自養(yǎng)反硝化需要解決系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題。J.H.在空心纖維膜-生物膜反應(yīng)器中，Shin采用逐步提高原水氮濃度的方法，使氫自養(yǎng)反硝化工藝能夠處理高濃度含硝酸鹽廢水，脫氮速率為2420g/(m3-d)，乙酸反硝化速率接近(見表2)。雖然已經(jīng)證明氫作為反硝化工藝的電子供體是可行的，但氫的來(lái)源是制約這種反硝化工藝的瓶頸。一方面，氫的成本很高
，約為甲醇的3倍；另一方面
，H2在水中的溶解度較小，其余的H2被浪費(fèi)了很多。此外，H2從氣相到液相的傳質(zhì)速率是氫自養(yǎng)反硝化過(guò)程的限制步驟。H2的氣量不易穩(wěn)定控制，H2在運(yùn)輸過(guò)程中容易爆炸，限制了外源供氫自養(yǎng)反硝化的應(yīng)用。目前，這一過(guò)程大多處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

2.3電解氫型反硝化反硝化

電解池陰極表面原位產(chǎn)生H2，生物膜附著在陰極表面，直接利用H2和陰極反應(yīng)產(chǎn)生的低氧化還原電位(ORP)將硝酸鹽還原為氮，這一過(guò)程是生物電化學(xué)氫型自養(yǎng)反硝化。研究證明，生物電解反應(yīng)器(BER)硝酸鹽廢水處理可行。S.Szekeres等硝酸鹽廢水采用雙反應(yīng)器的生物電化學(xué)反應(yīng)裝置處理，反硝化率為250g/(m3-d)

。R.L.Simth等。用串聯(lián)反應(yīng)器處理硝酸鹽廢水:H2首先在電解池中產(chǎn)生，然后富含H2的出水流過(guò)中空纖維膜反應(yīng)器，在富氫水流和硝酸鹽水流之間加入一反向電流，克服氫溶解度低的問(wèn)題，使整個(gè)反應(yīng)器的脫氮能力達(dá)到343g/(m3-d)。生物電解反應(yīng)器的脫氮效果取決于電流，最佳電流為30～1000mA。BER的設(shè)計(jì)主要包括電極材料、數(shù)量、排列等。BER陰極可用于顆粒活性炭、石墨和一些金屬，如不銹鋼、鎳、銅和鈦。但BER是一項(xiàng)全新的技術(shù)，既沒有成熟的技術(shù)應(yīng)用指導(dǎo)文件，也沒有大規(guī)模的工程應(yīng)用報(bào)告。由于反硝化體積反應(yīng)率低，H2利用率低
，電解氫反硝化過(guò)程的運(yùn)行成本相當(dāng)于異養(yǎng)反硝化。未來(lái)的研究應(yīng)集中在BER模擬、參數(shù)優(yōu)化、三維脫硝酸鹽系統(tǒng)、新反應(yīng)器和電極的開發(fā)和研究上，以提高H2的生產(chǎn)率。

3、結(jié)論

生物反硝化技術(shù)是處理含硝酸鹽廢水的經(jīng)濟(jì)方法。當(dāng)廢水中碳源豐富時(shí)，應(yīng)采用異養(yǎng)反硝化技術(shù)
。但當(dāng)廢水不含碳源時(shí)，異養(yǎng)反硝化會(huì)增加運(yùn)行成本，需要對(duì)出水中的剩余碳源進(jìn)行后處理。因此，自養(yǎng)反硝化已成為處理低C/N含硝酸鹽廢水的新選擇。硫-石灰石系統(tǒng)是處理直接排放海洋的硝酸鹽工業(yè)廢水的更好選擇。氫自養(yǎng)反硝化和電解氫自養(yǎng)反硝化工藝應(yīng)用于硝酸鹽工業(yè)廢水的處理，具有無(wú)毒、無(wú)二次污染的特點(diǎn)。雖然單硫和氫的經(jīng)濟(jì)性使其成為工業(yè)廢水反硝化的替代電子供應(yīng)商，但有必要進(jìn)一步研究其反應(yīng)機(jī)制和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，開發(fā)和研究新的反應(yīng)器，以提高脫氮效率，使實(shí)際應(yīng)用成為可能。

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