自养反硝化脱氮技术

AutotrophicDenitrificationProcess自养反硝化脱氮技术2019年4月01自养反硝化简介生物脱氮与反硝化、反硝化细菌02自养反硝化的类型氢型、硫型、铁型03工程应用印染废水、垃圾渗滤液、城镇污水04总结与展望自养反硝化的发展前景Contents目录生物脱氮与反硝化异养反硝化与自养反硝化自养反硝化细菌自养反硝化简介01反硝化反应氨化反应硝化反应一、自养反硝化简介1.生物脱氮与反硝化异养反硝化自养反硝化异养反硝化是指反硝化细菌以有机物作为碳源和电子供体提供能量，使硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气的过程。一、自养反硝化简介2.异养反硝化与自养反硝化自养反硝化则以氢、单质硫、硫化物、铁或铁离子、氨氮等还原性物质作为电子供体。大多数硝化细菌是异养细菌，如假单胞菌属、微球菌属等，只有少数反硝化细菌为自养菌，如脱氮硫杆菌。脱氮硫杆菌（Thiobacillusdenitrificans）是专性无机化能自养型细菌，在氧化硫化物的过程获得能量。一、自养反硝化简介3.自养反硝化细菌好氧：脱氮硫杆菌以氧为电子受体氧化还原硫化合物而获得能量。厌氧：脱氮硫杆菌以硝酸盐中的氧来氧化硫化合物。02氢型自养反硝化硫型自养反硝化铁型自养反硝化厌氧氨氧化自养反硝化的类型氢型硫型铁型氨氮型二、自养反硝化的类型01020304二、自养反硝化的类型1.氢型自养反硝化由于氢气在水中溶解度小，如何强化氢气供应是氢型自养反硝化技术的瓶颈。由于自养微生物生长缓慢，为避免生物量流失，氢型自养反硝化反应器需要添加载体，以供微生物附着生长。Reaction：二、自养反硝化的类型1.氢型自养反硝化连续培养条件下氢型反硝化效能氢型自养反硝化的反应物和生成物均无毒性，但其运行成本高（氢气制备和氢气供应），效能低。二、自养反硝化的类型2.硫型自养反硝化硫型自养反硝化反应器多采用单质硫作为电子供体，这是因为投加的硫粒还可作为生物膜载体。但工程应用中大规模使用硫磺会增加成本，应考虑更经济的含硫物质作为电子供体。硫铁矿是地壳中含量丰富且主要以矿物加工厂废弃物形式存在的硫化矿物，价格低廉。二、自养反硝化的类型2.硫型自养反硝化连续培养条件下硫型反硝化效能硫型自养反硝化效能高，但反应物具有生物毒性，且反应产物硫酸盐仍旧是水体污染物之一。二、自养反硝化的类型2.硫型自养反硝化硝态氮氨氮在硫自养反硝化系统中脱氮，具有脱氮速率快、效果好的优点。同时：通过产生的氢离子溶解石灰石去除一定量的总磷通过自身的同化作用消耗一定量的氨氮。硫自养反硝化强化脱氮除磷试验石灰石：补偿反应过程当中所需要的碱度为自养菌脱氮硫杆菌提供无机碳源温度温度20~35℃的范围内对硝氮有较高的去除速率，27.4℃最佳氨氮浓度脱氮硫杆菌的反硝化需要一定浓度的氨氮，限制浓度为2.62mg/L无机盐磷、铁等无机元素需维持一定浓度，利于反应pHpH值在6.5~8.0范围内均能取得较为满意的反硝化效果硝氮浓度对高浓度硝酸盐有较好的耐受性,去除速率也较高无机碳源以HCO3-作为无机碳源时其限制浓度为29.05mg/L二、自养反硝化的类型2.硫型自养反硝化影响脱氮硫杆菌反硝化的因素二、自养反硝化的类型3.铁型自养反硝化Reaction：铁盐脱氮菌广泛分布于细菌域和古菌域，涉及8个科，10个属。在细菌域中，铁盐脱氮菌主要分布于变形菌门。在古菌域中，铁盐脱氮菌仅见报道于广古菌门古丸菌纲古丸菌科铁丸菌属。二、自养反硝化的类型3.铁型自养反硝化能源需求铁盐脱氮菌属化能营养型。包括自养铁盐脱氮和兼养铁盐脱氮菌。碳源需求铁盐脱氮菌属兼性营养型。自养铁盐脱氮菌以碳酸氢盐或二氧化碳为礙源。氮源需求铁盐脱氮菌可利用硝酸盐、亚硝酸盐等无机态氮源，部分还可利用有机态氮源。二、自养反硝化的类型3.铁型自养反硝化亚铁氧化酶型硝酸盐还原酶型电子节余型细胞色素bc1型机理模型温度铁盐脱氮菌多为嗜中温菌，最适温度介于28~40°Ｃ基质电子受体种类的不同对铁盐脱氮菌的反应速率影响不大，但铁盐种类的不同可影响产物的种类和形态有机物添加适量有机物有助于铁盐脱氮反应的进行，一般多选用乙酸盐pH酸性条件下，二价铁溶解性良好且稳定，但反硝化菌活性受到抑制,最适pH介于6.4-6.7Fe/Ｎ摩尔比铁盐脱氮反应中Fe/Ｎ摩尔比应为5:1,此时反硝化反应彻底二、自养反硝化的类型3.铁型自养反硝化影响铁盐脱氮菌反硝化的因素二、自养反硝化的类型4.厌氧氨氧化Reaction：新加坡樟宜再生水厂二、自养反硝化的类型5.几类自养反硝化的比较分析氧化还原电位电子转移情况03印染废水垃圾渗滤液DeamoxSANI工程应用印染废水垃圾渗滤液SANI工艺三、工程应用Deamox工艺常用的印染废水处理方法为结合物化及生化的二级处理工艺，可去除废水中的大部分污染物，但出水色度、COD等指标不能满足新标准的要求。三、工程应用1.印染废水色度高有机物含量高成分复杂可生化性能差实验进水为太湖流域某印染集中污水处理厂调节池水印染废水三、工程应用1.印染废水脱氮效果三、工程应用1.印染废水试验结果生物吸附/MBBR/混凝沉淀池/硫铁自养反硝化/活性焦组合工艺处理印染废水取得较好的出水效果。硫铁自养反硝化滤池起到了较好的脱氮作用，出水NO3--N浓度稳定在0.5mg/L以下，出水NO3--N基本完全去除。COD氨氮TPTN160.560.321.39mg/L三、工程应用2.垃圾渗滤液两级自养反硝化实现垃圾渗滤液深度脱氮垃圾渗滤液取自深圳市某垃圾填埋场节省60%的需氧量ANAMMOX工艺无需外加碳源高效低耗、运行成本低廉短程硝化反硝化-ANAMMOX硫自养反硝化去除厌氧氨氧化生成的硝态氮无需外加碳源垃圾填埋气中硫化氢气体无害化处理三、工程应用2.垃圾渗滤液短程硝化反硝化反应器控制曝气时间(22.7h)、DO浓度(≤0.5mg/L)在进水50%~60%的氨氮被转化为亚硝氮出水NH4+-N为1013.6mg/LNO2--N为1206.3mg/L氨氮与亚硝氮的平均浓度比例为1:1.21，说明短程硝化反硝化反应器中AOB为优势菌属厌氧氨氧化反应器出水NH4+-N平均浓度21.9mg/L，去除率为91.6%NO2--N平均浓度14.0mg/L，去除率为94.9%三、工程应用2.垃圾渗滤液•出水NO3--N浓度1.5mg/L，NO2--N浓度4.2mg/L•反应器进水氮负荷为0.43kg/(m3·d)，氮去除率可达94%SAD反应器氮浓度•出水中的硫代硫酸盐和硫化物浓度均在0.1mg/L以下•约64.2%的硫化物转化为硫酸盐，部分生成硫单质•硫酸盐浓度会随着进水硫化物浓度的不同而变化SAD反应器硫浓度三、工程应用2.垃圾渗滤液试验结果短程硝化反硝化-ANAMMOX-SAD工艺实现了处理垃圾渗滤液的深度脱氮。同时，可将垃圾填埋场中的硫化氢气体通过回收与再循环的方式为本工艺提供硫源，为硫化氢气体的去除提供了新思路。出水COD氨氮硝态氮TN浓度(mg/L)21511.99.712去除率%)52.299.989.399.5三、工程应用3.Deamox工艺短程反硝化-厌氧氨氧化短程反硝化最初发现于ANAMMOX反应器中，经过进一步的优化并与ANAMMOX耦合，形成新的DEAMOX脱氮工艺。短程硝化一般通过温度控制、溶解氧（DO）控制、pH控制等来实现。过程控制严格，稳定性差，容易对后续的ANAMMOX处理单元产生不利影响。短程硝化短程反硝化三、工程应用3.Deamox工艺Deamox短程反硝化-厌氧氨氧化三、工程应用4.SANI工艺香港作为一个严重缺乏淡水资源的海岸城市，自上世纪五十年代开始采用海水冲厕。平均每天为香港提供760，000立方米的海水作冲厕使用节省22%的淡水资源。城市水循环创新技术“杀泥”工艺背景三、工程应用4.SANI工艺SANI工艺的碳硫氮三循环理论示意图由于香港的城市污水中富含硫酸盐，香港科技大学陈光浩教授于与2004年首先提出了基于硫型自养反硝化的城市污水处理的新工艺——SANI工艺异养硫酸盐还原(Sulfatereduction)自养反硝化(Autotrophicdenitrification)硝化反应(Nitrification)一体化(Integrated)三、工程应用4.SANI工艺SRUSB中消耗有机物、硫酸盐还原缺氧滤池中发生硫自养反硝化反应：好氧滤池中发生硝化反应：通过硫循环，不仅降低了COD去除过程中氧的消耗，且通过三种低泥产率的生物化学反应，实现了剩余污泥零排放。污泥产率仅0.04g-vss/gCOD。三、工程应用4.SANI工艺2013-2015年在沙田污水厂展开的大型示范试验，每天平均处理一千吨实际污水。COD和总氮去除率可达80%污泥减量达70%左右结合高效混凝沉淀污水中75%的总磷可以被去除与传统沉淀池用地相比减少70%三、工程应用4.SANI工艺强化工艺MD-SANI改进的SANI工艺为亚硫酸盐、硫酸盐还原-混合反硝化-自养硝化的集成，工艺SANI与MD-SANI的主要差异在于进水中硫元素的形式不同，以及反硝化所利用的物质不同。三、工程应用4.SANI工艺剩余污泥零排放，更不必后续的污泥处理工艺，节省大量建设投资。处理高盐市政污水（海水冲厕水），对海水冲厕的推广及节约淡水具有重大意义。COD去除率95%，TN去除率可达76%以上。节省占地面积75%，节省基建成本20%，处理成本降低50%。出水水质长期稳定，不存在污泥膨胀等常见问题。0304010205技术优势4321三、工程应用4.SANI工艺03040102前景SANI技术联合海水冲厕技术在沿海地区的应用推广可有效解决沿海城市淡水资源匮乏的问题沿海城市生活污水处理厂的技术改造，加入20%海水即可进行SAN技术原位改造（HO-SANI）利用含硫酸盐废水处理内陆城市生活污水的SANI技术应用，解决城市污泥问题开展硫循环DS-EBPR技术（BioP-SANI）研究，探索生物强化除磷的新途径和基础研究。04发展前景总结展望四、总结展望自养反硝化丰富了生物脱氮理论，为脱氮工艺增加了更多的可能，尤其适合低C/N比的城市污水Deamox、SANI等基于自养反硝化的城市污水降解有机物同步脱氮工艺具有良好的发展前景Thanks！