oland工艺处理含氮污染物的研究

oland工艺处理含氮污染物的研究

目前，我国主要采用生物脱氮技术，其基本原则是将不同形状的氮转化为氮。由于传统生物脱氮技术存在能耗大、成本高等缺点,近年来国内外学者一直在寻找高效低能的脱氮工艺。根据亚硝酸型硝化—厌氧氨氧化脱氮技术原理,比利时Gent大学微生物生态实验室开发出OLAND工艺(OxygenLimitedAutotrophicNitrificationDenification,限制自养硝化反硝化),具有耗氧量少、污泥产量少、不需外加碳源等优点,正逐渐受到研究者们的关注。1oland技术1.1亚硝酸盐缓冲剂为单一溶剂反应nh+2.5nh3的反应OLAND工艺是限氧亚硝化与厌氧氨氧化相耦联的一种新颖的生物脱氮反应工艺,该工艺分两个过程进行:第一步是在限氧条件下将废水中的部分氨氮氧化为亚硝酸盐氮;第二步是在厌氧条件下亚硝酸盐氮与剩余氨氮发生厌氧氨氧化反应(ANAMMOX),从而去除含氮污染物。其机理是由亚硝化细菌对亚硝酸盐氮催化进行歧化反应,所涉及的反应式为:第一步0.5NH+4+0.75O2→0.5NO−2+0.5H2O+H+−135.50.5ΝΗ4++0.75Ο2→0.5ΝΟ2-+0.5Η2Ο+Η+-135.5kJ/molN第二步0.5NH+4+0.5NO−2→0.5N2+H2O−179.40.5ΝΗ4++0.5ΝΟ2-→0.5Ν2+Η2Ο-179.4kJ/molN总反应NH+4+0.75O2→0.5N2+1.5H2O+H+−314.9ΝΗ4++0.75Ο2→0.5Ν2+1.5Η2Ο+Η+-314.9kJ/molN该工艺的核心技术是在限氧亚硝化阶段通过严格控制溶解氧水平,将近50%的NH+4转化为NO-2,实现硝化阶段稳定的出水比例[NH+4/NO-2=1∶(1.2±0.2)],从而为厌氧氨氧化阶段提供理想的进水,提高整个工艺的脱氮效率。1.2悬浮式生物膜脱氮系统的优势在限氧亚硝化脱氮过程中,OLAND工艺理论上只需将一半的氨氮氧化,所以可比传统的硝化反硝化工艺节省62.5%的耗氧量;同时,由于在厌氧氨氧化过程中氨氮作为亚硝酸盐氮还原的电子供体,所以不需加入外加有机碳源;好氧氨氧化菌(主要是亚硝化单胞菌和硝化杆菌)和厌氧自养菌在限氧条件下生长都非常缓慢,产生的生物量很少,所以产生的污泥量也很少,这些特点都将有效降低其运行成本。与相类似的SHARON/ANAMMOX工艺相比,OLAND工艺亦可节约37.5%的能耗,而且在较低的温度下(22~30℃)仍可获得较好的脱氮效果。另外,在两阶段悬浮式生物膜脱氮系统中,内浸式生物膜的加入克服了SHARON/ANAMMOX反应系统中生物量流失的缺点,避免了硝化阶段的微生物对厌氧氨氧化阶段微生物的影响,使反应过程更加容易控制,增加了脱氮反应过程的稳定性。OLAND工艺与其他新型生物脱氮处理工艺参数的比较见表1。2技术的影响因素2.1硝化过程中的氨氧化该过程的关键在于控制反应器中的溶解氧。在低溶解氧条件下氨氧化菌的增殖速率加快,补偿了由于低氧所造成的代谢活动下降,使得整个硝化阶段中氨氧化不受明显影响。低氧条件下亚硝酸大量积累是由于氨氧化菌对溶解氧的亲和力较亚硝酸盐氧化菌强,一般来说,氨氧化菌的氧饱和常数为0.2~0.4mg/L,亚硝酸盐氧化菌的为1.2~1.5mg/L。但根据Verstraete等的研究结果,在连续混合反应器中很难将溶解氧浓度控制在0.1~0.3mg/L,因此可以考虑通过控制pH值来实现该过程。2.2环境条件对anammox菌生活的影响厌氧氨氧化过程是在ANAMMOX菌作用下进行的,而ANAMMOX菌生活在其形成的特定环境中,因而与环境条件关系极为密切。在各种影响因素中最主要的有生物量和基质浓度、pH值、温度。氨氮和亚硝酸盐抑制就厌氧氨氧化过程而言,生物量越高则意味着有更多的ANAMMOX菌,因而厌氧氨氧化速率也相应提高。氨氮和亚硝酸盐氮在低浓度时供作基质,但在高浓度时则成为抑制剂,抑制ANAMMOX菌的生长并干扰其代谢。郑平等得出氨抑制常数为80.226mmol/L,亚硝酸盐抑制常数为51.468mmol/L;而Jetten等认为,在NO-2浓度>20mmol/L时厌氧氨氧化反应会受到NO-2-N的抑制。最佳ph值的确定pH值对厌氧氨氧化反应的影响主要来自它对生物和基质的影响。郑平等认为,当pH值从6.0升至7.5时厌氧氨氧化速率逐渐提高,但当pH值继续升至9.5时厌氧氨氧化速率则不断下降,进而判定最佳pH值在7.5附近。而Jetten等认为在6.7~8.3范围内都可以较好地运行,最佳pH值在8左右。厌氧氨氧化反应温度郑平等的研究表明,厌氧氨氧化的最适温度在30℃左右;但Jetten等认为厌氧氨氧化反应温度范围为20~43℃,最佳温度为40℃。Dalsgaard等认为厌氧氨氧化反应的最佳温度为15℃,若温度>25℃则厌氧氨氧化反应速率急剧下降;当温度达到37℃时反应速率则降到零。3研究3.1nh+4-n的运行模式1998年LinpingKuri等将OLAND工艺应用于SBR反应器中并对其除氮效果进行研究。在SBR(4L)系统中,进水水质:NH+4-N为1g/L、NaHCO3为3g/L,反应器中NH+4-N负荷为0.13g/(L·d),pH值为7.2,HRT为8d。其运行模式见图1。研究结果表明,大约有22%的NH+4-N转化为NO-2或NO-3,38%的NH+4-N剩余,40%的NH+4-N主要以N2的形式脱除。总氮去除率可达50mg/(L·d)。OLAND工艺采用的一体化生物膜RBC反应系统已经在比利时安特卫普污水处理厂进行试验,并取得了良好的试验效果。3.2悬浮式膜生物反应系统目前,OLAND系统主要采用两种反应器型式,一种是一体化生物膜(RBC)反应系统;另一种是两阶段悬浮式膜生物反应系统(MBR)。一体化生物膜RBC反应系统采用PVC圆盘作为微生物的载体,在生物膜的形成过程中转盘上形成了一定的厌氧区和好氧区,微生物在好氧区发生亚硝化反应,在厌氧区发生厌氧氨氧化反应,在生物转盘外层的好氧区NH+4被部分氧化成NO-2,未反应的NH+4和生成的NO-2进入内层厌氧区,进一步反应释放出氮气,同时还有少量NO-2进一步氧化生成NO-3,为微生物的生长提供必需的电子。两阶段悬浮式膜生物反应系统是由两个圆柱形的膜生物反应器串联而成,内浸多聚醚砜中空膜,实现pH和温度的自动补偿调控。在第一个反应器中通过控制溶解氧达到0.1~0.3mg/L来实现部分NH+4被氧化成NO-2,剩余的NH+4与生成的NO-2进入第二个反应器,在严格的厌氧条件下进一步被还原生成氮气。在第一个反应器中发生的是限氧亚硝化反应,在第二个反应器中发生的是厌氧氨氧化反应。4悬液中亚硝酸盐的控制OLAND工艺在混合菌群连续运行的条件下尚难以对氧和污泥的pH值进行良好的控制,若工艺运行过程中可以通过化学计量方法合理地控制氧的供给则可有效地控制在亚硝化阶段。同时,该工艺仅在生物膜系统中获得了良好的效果,在悬浮系统中低氧下活性污泥的沉降