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高浓度含氨废水的厌氧脱氮研究进展.doc

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高浓度含氨废水的厌氧脱氮研究进展.doc
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高浓度含氨废水的厌氧脱氮研究进展近几年来,荷兰 Delft 大学等研究者在流化床反应器中发现了一种新的高浓度含氨废水的脱氮反应过程 [1],并提出了一系列新工艺,如 ANAMMOX、SHARON 和 OLAND 等。这些工艺基于对氮生物循环的新发现,为废水生物脱氮处理提供了新的途径。1 ANAMMOX 工艺厌氧氨氧化(ANaerobic AMMonia OXidation)是在严格的缺氧条件下以 NO2-作为电子受体,利用自养菌将氨直接氧化为氮气而实现脱氮的工艺 [2~6] 。研究表明,氨厌氧氧化产生的一分子氮气中一个氮原子来自 NO2-,而另一氮原子则来自于氨,对氨的最大去除速率可达 1.2mmol/(L·h),氧化 1mol 氨需要消耗0.6mol 的 NO2-,并由此产生 0.8mol 的氮气。羟胺(NH 2OH)和联氨(N 2H4)是厌氧氨氧化过程的中间产物,其中羟胺为最可能的电子受体,而羟胺本身则是由 HNO2产生的 [4]。当反应系统中有过量的羟胺和氨时将发生暂时的 N2H4积累。联氨向氮气的转化被认为是通过将 NO2-还原为羟胺同时产生等量的电子而实现的,但该反应是在同种酶的不同部位发生 NO2-的还原和羟胺的氧化还是通过由电子转移链相连接的不同酶系统的催化反应实现的尚待进一步研究。 研究表明,ANAMMOX 过程是由自养菌(Candidatus Brocadia anammoxidans)完成的 [7、8] ,它被认为同时具有将 NO2-氧化为 NO3-的功能,但生长缓慢(pH=8、温度为 40℃时的生长世代期为 11d[2])。Egli 等人采用生物转盘处理含高浓度氨的垃圾填埋场渗滤液的研究表明,污泥中的 Candidatus Brocadia anammoxidans 占 90.9%,且对 PO43-和 NO2-均具有很高的抗性(最大耐受浓度分别达 20mmol/L 和13mmol/L,在低浓度时具有较高的活性),对 pH 值的适应范围为 6.5~9,最适 pH 值和温度分别为 8 和37℃ [5]。目前,尚未完全了解此类微生物的特性,但已发现其具有不规则的细胞结构和外形 [5、7、8] 。在 ANAMMOX 过程中,自养反硝化菌的电子受体是 NO2-而不是 NO2-,氨则是电子供体。Strous 等人采用20 个不同型式的流化床反应器对合成基质的研究表明 [3],反应器系统的基质转化速率可达 3.0kgNH4+-N/(m3·d),NO 2-和氨的平均去除率分别达 99.5%和 84.6%,流化床中生物量的最大比活性约为 25 nmolNH4+/(min·mg-1),同化 1molCO2需要氧化 24mol 的氨,增长速率为 0.001h-1,相当于世代时间为29d。同时发现,反应过程能否顺利进行与反应器中 NO2-和氨是否同时存在密切相关,其反应的主要产物为氮气,同时约有 5%~17%的 NO2-被转化为 NO3-,氨、NO 2-和所产生的 NO3-量的比例为 1∶1.31∶0.22 [2]。 参与 ANAMMOX 过程的细菌首先是在进水仅含氨和 NO2-的流化床反应器中发现的。微生物在流化床内以生物膜的形式生长在砂粒载体的表面,但对此类细菌的培养效果并不十分理想,其原因是实验室规模的流化运行比较困难,其对生物体的截留量往往不足以满足此类细菌的需要。采用 SBR 作为 ANAMMOX 反应器的研究表明:①在沉淀阶段絮凝体沉降迅速,污泥截留率可达 90%,即具有很强的生物体截留能力,利于ANAMMOX 细菌的生长。②SBR 反应器的生物量中 ANAMMOX 细菌的比例高达 74%,而流化床反应器中则为64%,即 SBR 对 ANAMMOX 细菌的选择性要好于流化床。③SBR 反应器的运行条件稳定 [9]。与传统的硝化反硝化脱氮工艺相比,ANAMMOX 工艺具有以下特点:①需氧量低,运转费用低。在ANAMMOX 过程中氨是在与 NO2-同时存在的条件下直接转化为氮气而实现脱氮的,其中氨和 NO2-的比例为1∶1.31 [5],即在 ANAMMOX 过程中并不需要将氨彻底氧化为 NO3-,而仅需转化为 NO2-,即为部分氧化(或硝化),因而所需的供氧量可大大降低。②不需要外加碳源。由于实现 ANAMMOX 过程的微生物为自养菌,因而无需传统硝化反硝 化工艺中反硝化菌(异养菌)所必需的碳源。③原水中无足够的 NO2-可供利用时需外加 NO2-。2 SHARON 工艺SHARON 工艺遵循短程反硝化原理,是基于 NO2-的高效脱氨单反应器工艺的简称 [10]。该工艺是高浓度含氨(>5 000 mg/L)废水的理想处理工艺。它是一个无需污泥截留 的单个 CSTR(Continuous Stirred Tan
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