新金沙电子棋牌:王胤:主流厌氧氨氧化工艺的研究与应用进展

金榜娱乐城官方网 2021-11-08 09:40 来源:净水技术作者:王胤 吴嘉利等

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:生物脱氮技术被广泛用于废水中氮的去除,新金沙电子棋牌:在传统生物脱氮技术中,氨氮首先被严格好氧的氨氧化细菌(ammonia-oxidizingbacteria,AOB)和亚硝酸盐氧化菌(nitriteoxidizingbacteria,NOB)氧化为亚硝态氮(NO2--N)和硝态氮(NO3--N),之后异养菌(heterotrophicbacteria,HB)利用有机物提供的电子将硝酸盐还原为氮气。此过程不仅需要消耗大量能量为硝化反应提供氧气,且常常需要额外补充有机物保证反硝化脱氮的进行。厌氧氨氧化技术(anammox)是20世纪90年代由荷兰代尔夫特大学开发的一种新型自养生物脱氮工艺,与传统脱氮技术相比,自养型厌氧氨氧化工艺被认为是一种更高效、节能的废水处理方法,其在厌氧或缺氧条件下以NO2--N为电子受体,利用厌氧氨氧化细菌(anaerobicammoniaoxidationbacteria,AnAOB)将氨氮直接氧化为氮气。在节约了硝化反应曝气能源的基础上,还无需外加碳源,且由于AnAOB属自养型微生物,生长缓慢,因此,可大大减少工艺的污泥产量。

由于厌氧氨氧化技术在污水厂节能降耗、绿色环保方面表现出来的显著优势,过去二十年里,国内外研究者对其展开了大量研究。截至2021年3月,根据WebofScience数据统计,全球已发表厌氧氨氧化相关科技论文4403篇,其中,中国是全球发表厌氧氨氧化相关文章最多的国家(共计2054篇,占46.6%)。论文研究方向涉及环境微生物学、水资源、生态学等83个方向,具体可细分为:

(1)研究抑制厌氧氨氧化效果的物质及其浓度,如氨氮、NO2--N、有机物、盐、重金属、磷酸盐和硫化物等对厌氧氨氧化过程的抑制作用影响;

(2)研究自养生物脱氮系统中涉及的主要微生物,如AOB、NOB、AnAOB、HB及其相互作用;

(3)研究控制NOB生长的方法及对应的运行参数,如改变缺氧/好氧状态、维持高氨氮浓度、利用底物如游离亚硝酸(FNA)的抑制作用、控制曝气时间等;

(4)研究不同的厌氧氨氧化工艺、反应器和污泥存在形态(悬浮污泥,生物膜)对处理效果的影响;

(5)研究维持AnAOB生物量的方法。

基于以上多方面的研究工作,厌氧氨氧化技术日益成熟,且被广泛应用于工业废水、垃圾渗滤液、沼液等高含氮废水生物处理过程中,据统计,全球已有超过110座生产性厌氧氨氧化工程,但其中绝大部分用于市政污水的侧流处理。将厌氧氨氧化技术引入市政污水主流工艺应用,不仅可通过耦合碳浓缩预处理实现污水能量回收最大化,而且可显著减少外加碳源量,从而有效降低污水的脱氮运行成本。由于生活污水与工业废水、垃圾渗滤液、沼液等高含氮废水在水质、水温、水量等方面的差异,厌氧氨氧化工艺在污水处理主流工艺应用上面临很多技术瓶颈。在日益重视污水资源化、能源化发展的今天,这种绿色低碳且可持续的脱氮工艺受到越来越多关注和研究,主流厌氧氨氧化工艺的工程应用也取得很大的进步,下文基于现有研究和应用成果,对该工艺基本情况、工程应用进展和主流工艺应用面临的技术难点展开论述。

1 厌氧氨氧化技术工艺及反应器

1. 1 工艺类型

污水的厌氧氨氧化自养脱氮过程一般包括两个阶段:

(1)有氧条件下,约一半的氨氮转化为NO2--N的部分硝化(partialnitritation,PN)反应阶段,反应方程式如式(1);

(2)缺氧/厌氧条件下,AnAOB以第一阶段产生的NO2--N为电子受体,将89%左右的氨氮氧化为氮气、剩下的氨氮氧化为NO3--N的厌氧氨氧化反应阶段,反应方程式如式(2)。

3. 3. 2 低温运行

AnAOB的最适生长温度为30~40℃,如何在低温(10~16°C)条件下实现厌氧氨氧化工艺的稳定运行是厌氧氨氧化技术主流工艺应用和推广的瓶颈之一。尽管已有一些实验室研究报道厌氧氨氧化工艺在低温下也可取得较好的脱氮效果,但由于AnAOB在低温下的低活性、低生长速率,以及市政污水水温的季节性波动,主流工艺应用中可能还需要延长生物膜SRT来保证反应器内有足够量的AnAOB。

3. 3. 3 主流工艺应用

目前,全球范围内正在积极展开对主流厌氧氨氧化工艺的试点和工程化研究,但还没有能长期稳定运行的成熟主流厌氧氨氧化技术。因此,为了推进主流工艺应用的进程,一些研究者提出,可以通过将侧流工艺中的优势微生物接种至主流工艺中,增强主流工艺系统中有益的微生物群落(如AOB和AnAOB),从而加速反应器的启动和稳定运行。此外,在线监测和智能化控制也是保障主流厌氧氨氧化工艺稳定运行的关键,系统的稳定运行必须依靠在线传感器对NH4+-N、NO3--N、NO2--N、pH和DO含量的及时测定和调控。

4 结语与展望

尽管目前厌氧氨氧化技术的主流工艺应用技术还不十分成熟,但经过几十年的发展,厌氧氨氧化技术工程应用已遍布全球,近几年国内对厌氧氨氧化的研究和工程应用也取得了很大的进展和突破。鉴于市政污水处理厂主流工艺应用与侧流工艺应用在水质、水温、处理规模等方面的差异,针对主流厌氧氨氧化工艺面临的工艺启动较慢、AnAOB富集、硝酸盐浓度控制困难、冬季水温低等技术难点,现有研究已发现,可通过接种现有厌氧氨氧化工艺种泥、形成生物膜或颗粒污泥、调控微生物种群、组合其他工艺等方法破解以上难题。面对巨大的污水处理市场,预计我国将在不久的将来成为厌氧氨氧化技术应用的主要市场,未来的研究在优化操作条件和开发智能化控制系统的同时,还可在以下几方面作进一步研究。

(1)一体式厌氧氨氧化工艺由于具有较低的建设和运营成本,在实际应用中受到欢迎,未来可针对一体式厌氧氨氧化系统过程控制和工艺操作参数优化做进一步研究,在保障稳定运行的同时,还应强化控制N2O的排放。

(2)尽管实验室研究已经证明厌氧氨氧化工艺适用于处理各类废水,但在实际工程应用中,面对污水复杂的组成成分,厌氧氨氧化工艺的成功稳定运行仍面临巨大的技术难题。例如,目前尚未对抗生素、各种药物和酚等与厌氧氨氧化系统的相容性进行充分的研究,未来应扩大各种新兴污染物对厌氧氨氧化工艺影响及机理的研究。

(3)将厌氧氨氧化工艺由侧流工艺转向主流工艺应用已经成为全球厌氧氨氧化技术发展的趋势,但主流工艺应用仍面临着启动缓慢、市政污水有机物浓度高、低温与低氮条件难运行等问题,除解决这些问题,未来还应加强厌氧氨氧化工艺生物除磷效果和机理的研究。

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