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厭氧氨氧化與短程硝化反硝化的區別!
時間:2021-01-06 11:09:32

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厭氧氨氧化與短程硝化反硝化的區別,很多小伙伴容易搞混,本文從兩個工藝本身的原理出發寫一寫兩個工藝的異同點!

一 短程硝化反硝化

生物脫氮包括硝化和反硝化兩個反應過程,第一步是由亞硝化菌將NH4+-N氧化為NO2--N的亞硝化過程;第二步是由硝化菌將NO2--N氧化為氧化為NO3--N的過程;然后通過反硝化作用將產生的NO3—N經由NO2--N轉化為N2,NO2--N是硝化和反硝化過程的中間產物。1975年Voets等在處理高濃度氨氮廢水的研究中,發現了硝化過程中NO2--N積累的現象,首次提出了短程硝化反硝化脫氮的概念。如下圖所示。

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比較兩種途徑,很明顯,短程硝化反硝化比全程硝化反硝化減少了NO2-、NO3-和NO3- 、NO2-兩步反應,這使得短程硝化反硝化生物脫氮具有以下優點:

1、可節約供氧量25%。節省了NO2-氧化為NO3-的好氧量。

2、在反硝化階段可以節省碳源40%。在C/N比一定的情況下提高了TN的去除率。并可以節省投堿量。

3、由于亞硝化菌世代周期比硝化菌短,控制在亞硝化階段可以提高硝化反應速度和微生物的濃度,縮短硝化反應的時間,而由于水力停留時間比較短,可以減少反應器的容積,節省基建投資,一般情況下可以使反應器的容積減少30%~40%。

4、短程硝化反硝化反應過程在硝化過程中可以減少產泥25%~34%,在反硝化過程中可以減少產泥約50%。 由于以上的優點,使得短程硝化-反硝化反應尤其適應于低C/N比的廢水,即高氨氮低COD,既節省動力費用又可以節省補充的碳源的費用,所以該工藝在煤化工廢水方面非常可行。

二 厭氧氨氧化

本文說的厭氧氨氧化是目前的主流的應用的工藝流程(彭永臻院士的短程反硝化暫時不介紹)。Anammox是在無氧條件下,以氨為電子供體、亞硝酸為電子受體,產生氮氣和硝酸的生物反應。Anammox包括兩個過程:一是分解(產能)代謝,即以氨為電子供體,亞硝酸鹽為電子受體,兩者以1:1的比例反應生成氮氣,并把產生的能量以ATP的形式儲存起來;二是合成代謝,即以亞硝酸鹽為電子受體提供還原力,利用碳源二氧化碳以及分解代謝產生的ATP合成細胞物質,并在這一過程中產生硝酸鹽。厭氧氨氧化菌 (Anaerobic ammonia oxidation bacteria, AnAOB) 是厭氧氨氧化的實施者。

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厭氧氨氧化的發生進程主要分為兩大步:“第一個過程是部分亞硝化(Partial Nitritation),在這個過程中只有大約55%的氨氮需要轉化為亞硝酸鹽氮;第二個過程是厭氧氨氧化(Anammox),氨氮在厭氧條件下,被亞硝酸氮作為電子受體,氧化成氮氣。因此它也被稱作PN/A工藝。

在這過程中,大約89%的無機氮都將被轉化產生氮氣,另外11%的無機氮被轉化為硝酸鹽氮,與傳統硝化反硝化工藝相比,厭氧氨氧化工藝有著巨大的技術優勢,其曝氣能耗只有傳統工藝的55-60%;該工藝幾乎無需碳源,如果為了去除硝酸鹽產物需要在厭氧氨氧化過程中投加碳源,其投加量也比傳統工藝中碳源投加量降低90%;厭氧氨氧化工藝可以減少45%堿度消耗量。同時,厭氧氨氧化工藝的污泥產量也遠低于傳統脫氮工藝,這將顯著降低剩余污泥的處理和處置成本。

三 短程硝化反硝化與厭氧氨氧化的異同點

1、影響因素的共同點

短程硝化反硝化與厭氧氨氧化的共同點就是短程硝化,所以短程硝化的影響因素是兩者相同的地方。

1.1、溫度的影響 溫度對微生物影響很大。亞硝酸菌和硝酸菌的最適宜溫度不相同,可以通過調節溫度抑制硝酸菌的生長而不抑制亞硝酸菌的方法,來實現短程硝化反硝化過程。國內的高大文研究表明:只有當反應器溫度超過28℃時,短程硝化反硝化過程才能較穩定地進行。

1.2、pH值的影響 pH較低時,水中較多的是氨離子和亞硝酸,這有利于硝化過程的進行,此時無亞硝酸鹽的積累;而當pH較高時,可以積累亞硝酸鹽。因此合適的pH環境有利于亞硝化菌的生長。pH對游離氨濃度也產生影響,進而也會影響亞硝酸菌的活性,研究表明:亞硝化菌的適宜pH值在8.0附近,硝化菌的pH值在7.0附近。因此,實現亞硝化菌的積累的pH值最好在8.0左右。

1.3、溶解氧(DO)的影響DO對控制亞硝酸鹽的積累起著至關重要的作用。亞硝化反應和硝化反應均是好氧過程,而亞硝酸菌和硝酸菌又存在動力學特征的差異:低DO條件下亞硝酸菌對DO的親和力比硝酸菌強。可以通過控制DO使硝化過程只進行到氨氮氧化為亞硝態氮階段,從而淘汰硝酸菌,達到短程硝化的目的。

1.4、泥齡的影響氨氮的硝化速率比亞硝態氮的氧化速率快,而亞硝酸菌的世代周期比硝化菌的世代周期短,因此可以通過控制HRT使泥齡在亞硝酸菌和硝酸菌的最小停留時間之間,使亞硝酸菌成為優勢菌種,逐步淘汰硝酸菌。

2、影響因素的不同點

污水中含有的COD 有助于異養反硝化菌的生長并對Anammox 過程形成抑制,只有當COD 被前者消耗至較低水平時Anammox 過程才有可能占主導。這一問題在高強度城市污水的處理中尤為突出。Winkler等通過研究指出,在25℃環境下,如果原水的C/N <0.5,則Anammox 與異養反硝化過程可以和諧共存,不會導致脫氮效果下降。而反硝化必須有碳源的存在,并且需要控制CN比2-4(短程硝化反硝化),所以,碳源對于這兩來說是最大的不同點!

3、環境的異同點

厭氧氨氧化與短程硝化反硝化中的反硝化都是缺氧環境,這一點小伙伴要注意,厭氧氨氧化也是缺氧環境(亞硝酸鹽環境),只不過開始取名的時候不知道其原理,而導致的誤區!兩者缺氧環境中ORP(氧化還原電位)控制是不同的,因為有碳源的要求的不同,加上亞硝酸鹽的氧化和還原性的兩面性,短程硝化反硝化的反硝化池ORP控制比厭氧氨氧化低很多,這是兩者缺氧環境的不同。


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