降低脱氮成本的型碳源与工艺研究概况.docx

1降低脱氮成本的新型碳源与工艺研究概况荆肇乾彭英艳何瑞胡静杨凯华南京林业大学土木工程学院南京摘要为了减轻外加商业碳源给生物反硝化带来的经济负担降低生物反硝化法的处理成本需要寻找无毒且更为廉价的碳源以及探寻具有可持续发展前景的强化生物脱氮技术以取消或减少外部碳源的添加阐述了目前已投入使用的几种新型碳源以及无外加碳源的序批式生物膜反应器脱氮工艺两级序批式反应器脱氮工艺和其他改进工艺通过新型廉价碳源的合理利用及组合生物脱氮工艺技术的开发可以在自有碳源有限的条件下提高生物脱氮效率关键词生物反硝化新型碳源无外加碳源生物脱氮工艺中图分类号文献标识码文章编号近年来由于大量含氮生活污水和工业废水排入水体以及农用化肥的过度使用等原因加速了河流湖泊的富营养化因此开发有效的脱氮技术成为研究的热点在众多的脱氮技术中生物法是运用最为广泛的一种传统的生物脱氮由硝化过程和反硝化过程两部分组成而生物反硝化过程中往往存在缺少碳源的问题为保证反硝化反应的顺利进行必须有充足的碳源提供而依靠投加甲醇乙醇等传统碳源处理成本较高为了降低水体脱氮成本一方面可以寻找无毒2廉价的新型碳源来代替传统碳源另一方面需要研究无需外加碳源的脱氮工艺新型碳源低碳氮比污水因自身有机质不足导致脱氮效率较低目前解决该问题的主要方法之一是外加部分碳源如甲醇等但由于添加的物质往往成本较高有些还有毒性在实际生产中难以广泛运用所以如何以最低的代价提高脱氮率是低碳氮比污水生物脱氮面临的主要问题而寻找合适的新型外加碳源也成为目前关注的热点新型碳源主要以一些价格低廉的天然固体有机物为主早在年等就首次将纤维素作为碳源运用到地下水修复当中而近年来富含纤维素类物质的天然固体有机物正逐渐用作外加碳源至今已有研究的纤维素类天然固体有机物有甘草芦苇棉花等植物植物秸秆和纸等甘草芦苇棉花等植物甘草芦苇棉花等植物的主要成分为纤维素它们还拥有较大的比表面积能让更多的细菌附着加快反硝化过程这些特点使得甘草芦苇棉花等植物可作为菌群的生物载体和反硝化碳源利用序批式厌氧生物膜反应器比较了一种在太平洋西北岸地区普遍生长的灌木萃取的甘草根大型芦苇分别作为碳源的情况结果表明因其营养物质蛋白质含量高比表面积大具有最好的反硝化脱氮效果在3脱氮系统中可溶性有机碳的含量最高可生化性最好硝酸盐氮在完全被去除等在实验室条件下以原棉为碳源去除饮用水中的硝酸氮在该研究中棉花同时作为碳源和微生物生长的基质试验结果表明以棉花为碳源脱氮效果明显进水中的硝酸盐能在较短时间内完全脱除出水有机物含量低无氮气堵塞问题和亚硝酸盐积累情况金赞芳等同样以棉花为外加碳源和细菌生长的载体利用生物反应器去除了地下水中的硝酸盐试验结果表明在室温停留时间进水的完全被去除棉花在反硝化过程中可以逐渐完全被利用而且对环境无害处置方便植物秸秆目前国内外已有利用植物秸秆作为反硝化碳源的试验研究报道等和等研究了以香蒲茎叶等枯落物为有机碳源处理氮污染严重的地下水结果表明反硝化脱氮效率明显提高魏星等将玉米芦苇秆树枝稻壳种植物秸秆材料添加在人工湿地系统中结果表明补充植物秸秆后人工湿地系统的脱氮效果得到了显著强化去除率从左右提高到而植物秸秆的种类对湿地脱氮效果无显著影响但是碳源补充在中层的脱氮效果好于碳源补充在表层的脱氮效果金赞芳采用装了麦秆的反应器来进行脱氮处理反应器用麦4秆沙子和灰泥土的混合物填满沙子和麦秆提供了一个稳定的反硝化环境水力停留时间为在的工作时间中硝酸盐的去除率达到徐锁洪等进行了以稻壳为载体培养固定反硝化菌去除水中的试验结果表明以稻壳为载体培养的反硝化菌在初始浓度为范围内去除速率随着其浓度的升高而加快平均去除速率为去除率达邵留等进行了以稻草为碳源和生物膜载体去除水中的硝酸盐的试验其去除率可达以上纸纸的主要成分为纤维素半纤维素木质素等等在实验室条件下以报纸为碳源去除饮用水的硝酸氮在该工艺中报纸既是碳源又是微生物生长的基质试验结果表明该工艺的脱氮效果明显进水中质量浓度为的硝酸盐能在较短时间内完全脱除且出水有机物含量低没有检测出色度和气味且无亚硝酸盐积累情况金赞芳等对以纸为碳源和反应介质的生物反应器对水中硝酸盐的去除展开了研究试验结果表明以纸为碳源和反应介质的生物反应器能成功地去除地下水中的硝酸盐反应器启动快耐冲击即使在较短的停留时间内也能保持很高的去除效率无外加碳源的脱氮工艺5无外加碳源脱氮工艺序批式生物膜反应器是通过向序批式反应器中添加载体而形成的一种新型污水处理工艺采用其进行脱氮具有两个重要特点微生物附着生长易生成世代期长的硝化菌在好氧阶段中的生物膜能创造缺氧微环境并吸收储存碳降低了硝态氮的浓度有利于在好氧情况下实现同步硝化反硝化另外在缺氧阶段可利用内碳源实现剩余硝态氮的反硝化无需外加碳源两级无外加碳源除磷脱氮工艺龙北生等采用两个反应器串联运行通过控制泥龄成功地实现了将聚磷菌与硝化菌分别控制在两级反应器中优势生长工艺运行模式如图所示在中完成硝化反应后再将其上清液一次性回流到中利用其富磷污泥中剩余的有机物包括胞内的聚羟基丁酸盐为电子供体进行反硝化脱氮以达到最大限度地利用进水中的有机物实现在无外加碳源的条件下完成除磷与脱氮功能曾薇等采用两级工艺处理化学需氧量与氮浓度较高的工业废水并与传统法比较发现两级工艺在无需外加碳源条件下降解速率和硝化反应速率明显高于传统法脱氮除磷效果较好6罗固源等采用新型双泥生物反硝化除磷脱氮工艺由两个不同功能的反应器组成解决了硝化菌与聚磷菌的泥龄之争反硝化与聚磷菌厌氧释磷的矛盾使其硝化段反硝化脱氮吸磷段和好氧吸磷段都处于较理想的反应条件下改善了脱氮除磷效果其他改进工艺在城市污水处理中应用反硝化除磷短程硝化反硝化同步硝化反硝化等技术研究结果表明通过工艺技术优化和运行参数控制城市污水中的有机物可同时满足生物除磷与脱氮过程的要求取得良好的除磷脱氮效果胡学斌等采用工艺辅以污泥外循环厌氧释磷后排放富磷上清液的方法对低碳源城市污水的脱氮除磷效果进行了研究结果表明在处理低污水的过程中对氨氮总氮总磷的平均去除率可分别达到王少坡等利用城市污水厂二沉池回流污泥的内碳源进行反硝化试验发现采用短程内源反硝化在去除亚硝酸盐的同时不仅可以节省外加碳源还可以减少剩余污泥的产量和污泥处置费用刘智晓等进行了低碳源条件下利用侧流活性污泥水解技术强化生物脱氮除磷研究在进水均值为为为为且无外加碳源的情况下出水可稳定低于张波等采用倒置的工艺处理城市污水结果表明倒置工艺的反硝化速率可比常规工艺高其氮磷脱7除功能明显优于常规工艺结论我国城市污水和水体脱氮面临的主要问题是进水碳源不足直接影响了生物脱氮效果为了满足达标要求往往不得不考虑采用外加商业碳源强化脱氮过程但是外加碳源将导致运行成本提高和污泥产量的大幅增加对于污水厂和水体治理设施的长期运行很不经济本文介绍了几种无毒且更为廉价的新型碳源如甘草芦苇棉花等植物植物秸秆和纸等并对几种无需外加碳源的强化生物脱氮除磷工艺如脱氮工艺两级除磷脱氮工艺和其他改进工艺进行了探讨通过新型廉价碳源的合理利用组合工艺中自有碳源的合理调配可以使生物脱氮过程更加经济和有效参考文献周海红王建龙利用可生物降解聚合物同时作为反硝化微生物的碳源和附着载体研究中国生物工程杂志高景峰彭永臻王淑莹有机碳源对低碳氮比生活污水好氧脱氮的影响安全与环境学报汤兵王五洲石太宏低碳源条件下反硝化同步除磷脱氮的研究工业水处理魻8邵留徐祖信尹海龙污染水体脱氮工艺中外加碳源的研究进展工业水处理9金赞芳陈英旭小仓纪雄以棉花为碳源去除地下水硝酸盐的研究农业环境科学学报魏星朱伟赵联芳等植物秸秆作补充碳源对人工湿地脱氮效果的影响湖泊科学金赞芳城市杭州地下水污染源解析与修复技术研究杭州浙江大学徐锁洪施巍以稻壳为载体培养反硝化菌及硝酸盐氮的去除大连铁道学院学报10邵留徐祖信金伟等以稻草为碳源和生物膜载体去除水中的硝酸盐环境科学金赞芳陈英旭小仓纪雄以纸为碳源去除地下水硝酸盐的研究应用生态学报李军彭永臻顾国维等无外加碳源脱氮工艺及其控制方法研究中国给水排水龙北生吴富平陈丽丽等两级无外加碳源除磷脱氮的运行模式长春工程学院学报自然科学版曾薇黄文春朱卫方等两级与传统11工艺的对比研究环境污染治理技术与设备罗固源罗宁吉芳英等新型双泥生物反硝化除磷脱氮工艺中国给水排水王亚宜彭永臻甘一萍等反硝化除磷脱氮系统处理生活污水研究高技术通讯胡学斌杨柳吉芳英等低碳源城市污水的低氧同步脱氮除磷研究中国给水排水王少坡彭永臻于德爽等常温短程内源反硝化生物脱氮北京工业大学学报刘智晓张伟等低碳源条件下利用侧流活性污泥水解技术强化生物脱氮除磷给水排水张波苏玉民倒置工艺的氮磷脱除功能环境工程