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青岛善水生态科学研究院股份有限公司污水处理生物脱氮新突破

发表时间:2020-05-15 09:44作者:青岛善水生态科学研究院股份有限公司来源:原创

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青岛善水生态科学研究院股份有限公司科研团队,最近在生物脱氮技术领域取得进一步突破,这对污水处理将起到更好的作用。

1.水体中氮素的主要危害

近年来,人类已经将大量含氮化合物排放到水体环境中,水体被污染后,经过重重转移,最终遭受这些污染物危害的还是人类。水体中含氮污染物包括无机氮和有机氮两大类,NH4+-N、NO3--N和N02--N属于无机氮,这些污染物严重影响人类生产和生活水体中氮素的主要危害包括以下几个方面

1水体富营养化,据17年环境保护部报道,全国地下水水质处于较差和极差级的监测点比例达到51.8%14.8%,而在沿海水域中,劣于四类海水的比例达15.6%,并且仍逐年上升,其中NH4+-N、NO3--N和N02--N是主要污染指标之一,富营养化问题突出,损害水体坏境。由于水体中氮污染物浓度过高,水体浑浊,导致水体富营养化。如果阳光在穿透水层时受到阻挡,水中植物将不能吸收阳光,进行光合作用。同时,由于水体表面存在氮,溶解氧减少,藻类成倍增加,导致水体成为蚊虫等昆虫的孵化温室,进而影响到水体中鱼类和其他水生物的正常生长和繁殖,从而影响整个环境的生态平衡,甚至会危害人类用水的安全。

(2)危害人类和水生动物的健康。一方面水体中的NO2--N进入人体或动物体内,若体内累计的NO2--N浓度超过1mg/L,就会对人类造成危害。血液中具有传送氧气功能的血红蛋会与强致癌物发生反应,将血红蛋分子的Fe2+氧化为Fe3+,形成高铁血红蛋白,使红血球丧失运输氧气的能力,从而导致人体缺氧和神经麻痹,严重的话可能会导致人类的窒息死亡。NO2--N也可与叔胺反应,在婴儿和反刍动物体内形成致癌性亚硝胺,从而诱发众多生理和免疫功能紊乱。另一方面,水体中氮元素积累引起的富营养化将会滋生蓝藻,增加浊度,产生毒素,危害水生动物的健康。这会造成严重的水生生物疾病爆发,进而通过食物链使人类中毒,对人类健康造成严重影响。

(3)水处理所需成本大大增加。增加废水排放量将不可避免地增加国家和地方财政方面在水处理方面的投资和支出。如果以Cl2来处理水体中的NH4+-N,NH4+-N每增加一倍,所需的Cl2最就需要增加8~10倍,造成更严重的污染此外,加工设备上的铜或者合金也会与NH4+-N发生相应的化学反应,导致仪器和设备腐蚀,缩短仪器设备的使用寿命,造成经济损失。因此,含氮废水的处理清况不容乐观,刻不容缓。

2.新型生物脱氮技术

对生物法脱氮研究的不断深入,新的生物脱氮技术被关注。研究发现硝化反应不仅可以依靠自养菌也可以依靠异养,同时也发现在好氧条件和厌氧条件下都可进行反硝化。目前,已发现新型的生物脱氮技术,主要有短程硝化/反硝化、厌氧氨氧化和同步硝化反硝化。

短程硝化/反硝化

短程硝化/反硝化是指利用微生物将NH4+-N转化为NO2--N,之后进行反硝化生成凡的过程,该脱氮技术减少了NO2--N转化为NO3--N的过程,缩短反应时间,减小反应器的规模,同时提高了系统的利用率。使用短程硝化/反硝化降解含有高浓度NH4+-N的废水,去除率可达68.9%,NO2--N的积累率可达96.8%但是硝化阶段容易受到外界因素的干扰,系统的稳定运行性有待提高。

厌氧氨氧化

厌氧氨氧化是指NH4+-N在严格厌氧条件下通过氨氧化细菌作为电子供体,NO2--N和NO3--N被氨氧化细菌作为电子受体,最后生成N2等气态氮。SBR厌氧氨氧化反应器在盐度限制下的处理具有较好的脱氮率。不需额外添加氧气和碳源,可以节约能源,但是厌氧氨氧化适应环境能力差,较差的抗冲击负荷能力。

同步硝化反硝化

传统的生物脱氮理论认为硝化和反硝化不能同时进行,然而,研究发现硝化和反硝化作用可以在同一系统中进行,这种现象被其称为同步硝化反硝化。同步硝化反硝化工艺不但大大减小了处理构筑物的占地面积,而且污水的处理成本也得到了相应的降低。同时,因为该工艺有减少曝气量、节约碳源等优势,是一种具有很大前景的生物脱氮工艺。运用该工艺处理含氮废水,脱氮率达90%以上。目前,已有污水厂采用该工艺进行处理含氮废水。

工业废水和生活污水等的排放,使水体环境吸纳了过多的含氮废水,引发了一系列水坏境污染问题。水体污染破坏物种多样性,威胁人类健康因此寻求具有创新性、实用性的高效污水处理方法,是当今水处理领域研究热点之一。目前,因生物法操作简便、无二次污染、处理效率高而被广泛用于脱氮处理上。硝化、反硝化复合菌群在去除无机氮和COD时,可同步进行硝化和反硝化作用,提高脱氮效率,节约占地面积和成本。

青岛平度污水处理厂底泥中采集样品,通过富集、分离、筛选出脱氮效果优良的硝化菌、反硝化菌等组合复合菌群,分别以NH4+-N、NO3--N和N02--N为唯一氮源的脱氮性能,混合氮源同步硝化-反硝化性能。利用优势菌株处理工业废水,探究对不同废水的处理效果。

硝化、反硝化复合菌群具有生长快,对环境的耐受能力较强,应用范围广,克服了传统脱氮的缺陷。另外,反硝化产生的碱性可以被酸化中和,从而降低调节pH的成本。因此,硝化、反硝化复合技术被认为是脱氮处理中最经济、有效和环保的技术之。与传统生物处理方式相比,微生物复合可以维持较高的菌种浓度,提升菌种处理污染物的稳定性,使菌种免受外界恶劣环境的损伤,从而提高菌种的处理效果。


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