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废水脱氮处理的原理及控制

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废水脱氮处理的原理及控制

发布日期:2019-11-21 作者: 点击:

一、原理:

1、 氮的分类:水体中的氮,分为有机氮(Organic-N)、无机氮(Inorganic-N)

有机氮包括:蛋白质、多肽、氨基酸、尿素等。来源于生活污水、农业废弃物、工业废水。有机氮极不稳定,无论有氧或无氧,在微生物的作用下很快会分解为氨氮;如果氧充足,会继续氧化为亚硝酸盐氮与硝酸盐氮。——最终为无机氮。

无机氮包括:氨氮(NH4+-N)、亚硝态氮(NO2--N)、硝态氮(NO3--N)。来源于有机氮转化、农业施肥、工业废水。无机氮直接引起水体富营养化。氮的脱除技术分为:物理化学脱氮技术,生物脱氮技术。

(1) 氨的吹脱处理(物化法)

原理:水中氨氮有氨离子(NH4+)和游离氨(NH3),存在平衡关系:

水温T=25℃,pH≈7时,NH4+ 占到99.4%,pH≈11时,NH3占到90%。调节pH值使氨离子(NH4+)转变为游离氨(NH3),再经吹脱塔去除。

缺点:耗碱;氨气会造成大气污染,必须回收。其他方法:折电加氯法、选择离子交换法、电渗析法、反渗透法、电解法。

(2)生物废水脱氮原理

利用微生物作用对氮进行吸收、转化。传统活性污泥细菌去除氮20~40%、去除磷10~30%。污水生物处理中氮的转化包括同化→氨化→硝化→反硝化作用。

同化作用:微生物将部分NH4+-N和有机-N吸收为细胞组分。量少,氮只占细胞本身重量的12.5%。不是主要途径

氨化作用:有机氮化合物在氨化菌作用下,分解转化为氨氮,称“氨化反应”。氨化是脱出羧基和氨基的过程。

氨化菌是异养菌(需要一定量的碳源),有好氧菌、也有兼性菌和厌氧菌。因此有机氮很容易被氨化。

硝化作用:由种类非常有限的自养微生物完成,分两步:一、亚硝酸菌利用氧将氨氮转化为亚硝酸氮;二、硝酸菌利用氧将亚硝酸氮转化为硝酸氮,这一过程统称硝化。

硝化过程  

亚硝酸菌和硝酸菌均为化能自养菌,统称硝化细菌。属革兰氏染色阴性、不生芽孢的短干菌和球菌,以CO2为碳源,从无机物的氧化中获取能量。生长速率很低(因为NH4+-N和NO2--N氧化过程产能底)。

影响硝化反应的环境因素:

温度:影响硝化细菌的比增长速率,及活性。一般4~45℃,最佳30℃。

溶解氧:硝化细菌——好氧菌,DO影响反应速率和细菌增长速度。一般DO≥2mg/L。

碱度和pH:如反应式,硝化过程产生[H+],消耗碱度,pH会下降。硝化细菌对pH相当敏感(亚硝酸菌pH=7.7~8.1活性最强,硝酸菌pH=7.0~7.8活性最强),pH不适宜时活性急剧下降, pH值波动是致命的。

C/N比:硝化细菌比增速率很慢,比其它异养菌底一个数量级,污水中的C/N过高(COD/TKN=10~15),对硝化细菌基质竞争不利。

泥龄短时易被洗脱排出。

有毒物质:常规毒物对其有害,氨及亚硝酸对其也有毒性,消化污泥上清液回流水就抑制活性20%左右。

废水脱氮

反硝化作用

在缺氧/厌氧条件下,兼性异养菌将硝酸氮又转化为亚硝酸氮、继而还原为氮气(N2、N2O、NO)释放出来,这一阶段使氮脱除,叫反硝化。

反硝化过程

反硝化细菌——异养兼性厌氧菌,自然界很多。包括变形杆菌、假单胞杆菌、小球菌。在有分子氧(O2)存在时,利用O2呼吸降解有机物,无O2时利用NO2-、NO3-作为电子受体。

NOx-N的还原包括同化作用(合成细胞)和异化作用(分解脱氮为N2),异化反硝化为主,占到总脱氮量的70~75%。

影响反硝化反应的环境因素温度:

影响反硝化细菌的比增长速率,及活性。一般20~40℃。

溶解氧:抑制反硝化菌活性,与硝态氮竞争电子供体。一般DO<0.3mg/L。

另外,反硝化菌体内某些酶只有在有氧条件下合成,所以要求好氧厌氧交替工作。

碱度和pH:如反应式,反硝化过程产生[OH-],积累碱度,正好补充硝化过程中消耗的碱度。

反硝化细菌对pH也敏感,适宜pH=7.0~7.5活性最强,pH不适宜时活性下降,pH值波动是致命的。

碳源有机物:有机物是反硝化反应的碳源,也是电子供体,消耗量很大。要求原水中提供或人工加入。

C/N比:理论上,还原1g硝酸氮——需要碳源2.86g(BOD5),一般原水中的都不够。

有毒物质:反硝化细菌抗毒性能力>硝化细菌,与一般好氧异养菌相同。所以毒性瓶颈在消化过程。

本文网址:http://www.grun-titan.com/news/424.html

关键词:废水脱氮处理,生物废水脱氮,工业废水处理

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