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废水脱氮工艺在低温条件下研究和探讨

  事实上,对于如今企业来说,由于工业生产中废水产生的氮一旦排入到水体中就会造成水体富营养化,可以说废水脱氮是近年来企业迫切需要处理的废水项目。目前全部的企业在进行废水脱氮时主要使用生物法,然而,在凭借生物法处理废水脱氮时,水温控制也是至关重要的。


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  废水脱氮工艺中水温控制原因

  

  之所以说在废水脱氮中使用生物法,水温控制重要的原因在于,通常微生物生长条件在20~35°C,低温条件下会对微生物的酶细胞活性造成影响。根据安峰环保的相关技术工程师介绍说,在相应的温度范围中,当温度每下降10°C,微生物活性将会降低1倍,继而使得污水处理效果降低。并且在工艺进行运行后,介于受到四季交替和所在地理环境的影响,假使不进行人工调控,就很难保持温度适宜,因此温度调控会损耗大量能源。开发高效稳定的低温生物处理技术是解决这一难题的关键方法。

  

  安峰环保今天针对低温条件下,产生的生物法脱氮技术进行一些探讨。

  

  1低温对脱氮工艺的影响

  

  温度是影响细菌生长和代谢的重要环境条件。绝大多数微生物正常生长温度为20~35℃。温度主要是通过影响微生物细胞内某些酶的活性而影响微生物的生长和代谢速率,进而影响污泥产率、污染物的去除效率和速率;温度还会影响污染物降解途径、中间产物的形成以及各种物质在溶液中的溶解度,以及有可能影响到产气量和成分等。低温减弱了微生物体内细胞质的流动性,进而影响了物质传输等代谢过程,并且普遍认为低温将会导致活性污泥的吸附性能和沉降性能下降,以及使微生物群落发生变化。低温对微生物活性的抑制,不同于高温带来的毁灭性影响,其抑制作用通常是可恢复的。

  

  1.1硝化工艺

  

  生物硝化反应可以在4~45℃的温度范围内进行。氨氧化细菌(AOB)最佳生长温度为25~30℃,亚硝酸氧化细菌(NOB)的最佳生长温度为25~30℃。温度不但影响硝化菌的生长,而且影响硝化菌的活性。有研究表明,硝化细菌最适宜的生长温度为25~30℃,当温度小于15℃时硝化速率明显下降,硝化细菌的活性也大幅度降低,当温度低于5℃时,硝化细菌的生命活动几乎停止。大量的研究表明,硝化作用会受到温度的严重影响,尤其是温度冲击的影响更加明显。由于冬季气温较低而未能实现硝化工艺稳定运行的案例较为常见。U.Sudarno等考察了温度变化对硝化作用的影响,结果表明,温度从12.5℃升至40℃,氨氧化速率增加,但当温度下降至6℃时,硝化菌活性很低。

  

  随着脱氮工艺的不断发展,人们对硝化工艺提出了更高的要求,希望将硝化作用的反应产物控制在亚硝酸盐阶段,作为反硝化或者厌氧氨氧化的前处理技术,可以节约曝气能耗和添加碱量。通过对两类硝化细菌(AOB、NOB)的更多认识,出现了短程硝化工艺。该工艺的核心是选择性地富集AOB,先抑制再限制最后冲洗出NOB,使得AOB具有较高的数量而淘汰NOB,从而维持稳定的亚硝酸盐积累。短程硝化过程通常由控制温度、溶解氧、pH来实现。温度控制短程硝化的基础在于两类硝化细菌对温度的敏感性不同,25℃以上时,AOB的最大比生长速率大于NOB的最大比生长速率。据此提出了世界上第一个工业化应用的短程硝化工艺——SHARON工艺(温度设置为30~40℃)。因此,在低温下实现短程硝化颇具挑战。

  

  1.2反硝化工艺

  

  低温对于反硝化有显著的抑制作用,JichengZhong等研究了太湖沉积物中的反硝化作用,经过数月的实验分析发现反硝化速率呈现季节性变化。U.Welander等考察了低温条件下(3~20℃)反硝化工艺的运行性能,研究表明在3℃下反应器的反硝化速率仅为15℃下的55%。相对于传统的缺氧反硝化,温度对好氧反硝化的脱氮效率影响不显著,王弘宇等筛选出的一株好氧反硝化菌,在25~35℃下都能达到大于78%的脱氮效率。表1概括了不同温度下的反硝化速率。

  

  1.3厌氧氨氧化工艺

  

  目前关于安峰环保在针对于废水脱氮的工艺上,主要选择生物法处理,比如说运行成本低、耗氧量低的厌氧氨氧化工艺。有学者的研究表明,能够进行厌氧氨氧化反应的温度范围为6~43℃,最佳温度为28~40℃。在废水生物处理中,活化能的取值范围通常为8.37~83.68kJ/mol,而厌氧氨氧化的活化能为70kJ/mol。因此,厌氧氨氧化属于对温度变化比较敏感的反应类型,温度的降低对其抑制作用明显。


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  低温对厌氧氨氧化的影响很大,受低温抑制后需要较长时间才能恢复。厌氧氨氧化工艺的运行温度从18℃降至15℃时,亚硝酸盐不能被完全去除,导致亚硝酸盐的积累,对厌氧氨氧化工艺有着显著的抑制效果,从而引起连锁效应,使得厌氧氨氧化菌失活。J.Dosta等在研究温度对厌氧氨氧化工艺的长期影响时,将试验温度由30℃调至15℃,只有氮容积负荷(NLR)从0.3kg/(m3•d)大幅降低至0.04kg/(m3•d)才能保证出水水质。甚至经30d的驯化仍未见好转,将试验温度调回至30℃运行75d后,污泥活性仅为0.02g/(g•d),处于较低水平。

  

  安峰环保的工程师们通过采取菌种流加、接种耐冷均还有细胞固定化和细化这些技术方法,明显解决了在使用生物法进行废水除氮时,由于水温太低形成的生物除氮处理时间边长、处理负荷和处理技术受到的影响。实际上,这项技术比较复杂,在处理中需要针对于耐冷菌的分离富集进行筛选等。

  

  大体上说,涵盖了硝化、反硝化和厌氧氨氧化工艺的生物法脱氮技术实际上有着众多的优点,然而还有一些针对于除氮技术方面,没有进行优化,例如菌种的流回流程优化还有控制,根据多项技术的结合结果实现强化低温的生物脱氮工艺等,继而实现绝佳的废水脱氮工艺。

  

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