水处理脱氮研究进展及N20的产生

水处理脱氮研究进展及N20的产生-2016.01.10王涛CONTENTS全程自养脱氮工艺工艺机理短程硝化反硝化生物脱氮工艺N2O的产生同步硝化反硝化脱氮工艺N2O的产生厌氧氨氧化脱氮工艺N2O的产生小结全程自养脱氮工艺全程自养脱氮工艺一般是指氨氮转化为N2的过程全部是由自养菌完成,整个工艺过程不需外加任何可生物降解有机碳化合物的一类工艺。在运行过程中无需外加碳源物质；采用的是限制性供氧方式，节约60%的曝气消耗；物除氮的流程非常简短，降低建设、管理费用；全程自养脱氮工艺机理全程自养脱氮工艺可通过短程硝化反硝化和厌氧氨氧化的工艺组合方式实现,其技术关键是控制反应器中的DO和氨氮浓度,创造一个以亚硝化菌和厌氧氨氧化菌为优势菌种的微环境,从而推动亚硝化和厌氧氨氧化这两个由自养菌完成的过程顺利进行。微生物解释认为,全程自养脱氮工艺是不同于短程硝化反硝化和厌氧氨氧化简单组合一种新工艺,它遵循的是一种尚不了解的脱氮途径。反应器中氧的浓度可保持在1.0mg/L左右。短程硝化反硝化生物脱氮工艺短程硝化反硝化工艺是将硝化反应控制在亚硝酸盐阶段，直接进行反硝化反应。如下图所示：王赛.新型生物脱氮工艺中N2O产生及释放研究进展[J]与全程脱氮相比，短程工艺能节省25%的氧消耗量和40%的外碳源消耗量；短程硝化反硝化生物脱氮工艺另外，短程硝化反硝化也是指抑制硝化过程的亚硝酸氧化还原酶(NOR)，使得硝化过程结束在NO2--N阶段，然后直接进行反硝化。如下图所示：耿军军.污水生物脱氮革新工艺中强温室气体N2O的产生及微观机理[J].N2O的产生根据现有的研究结论可知，亚硝酸盐的积累是短程硝化-反硝化阶段N2O产生较多的主要原因；自由氨（FA）和自由亚硝酸（FNA）浓度的增加是短程硝化过程产生较多N2O的直接原因；短程脱氮过程中，氨氮负荷的增加，水力停留时间（HRT）的减少，盐度的增加，DO的降低都会导致亚硝酸盐的积累，是N2O产生的间接因素；C/N比并不是短程脱氮中N2O积累的主要因素；同步硝化反硝化脱氮工艺随着异养硝化菌和好氧反硝化菌的发现以及异养硝化、好氧反硝化和自养反硝化的研究发展，人们开发出一种能将硝化和反硝化在同一操作条件下和同一反应器中进行的污水脱氮新技术，即同步硝化反硝化脱氮技术(SND)。优点：完全脱氮、降低曝气量；减少碱度的消耗；简化系统的设计和操作；使厌氧硝化和好氧反硝化同时进行，实现低碳源条件下的高效脱氮；N2O的产生N2O主要由反硝化过程产生，C/N比不足和DO增大都会使反硝化作用不彻底；C/N比控制在4～5时，产生的N2O较少，在5mg·L-1左右；控制在2和3时，产生量增加，分别为25mg·L-1和15mg.L-1；随DO的增加，N2O产量增加，当DO质量浓度小于2mg·L-1时，产生量较小，在2mg·L-1左右；厌氧氨氧化脱氮工艺厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌直接以NH4+作为电子供体，以NO2-或NO3-作为电子受体，将NH4+转变成N2的生物过程。如下图所示：VandeGraafAA,etal.Autotrophicgrowthofanaerobicammoni-um-oxidizingmicro-organismsinafluidizedbedreactor.Graaf研究表明,参与厌氧氨氧化的细菌是一种自养菌,在厌氧氨氧化过程中不需要添加有机物。N2O的产生研究证明厌氧氨氧化菌在还原硝态氮时，并不经过传统的产生N2O的反硝化过程。只有质量分数0.26%的氮以N2O的形式释放；然而，对比传统的硝化-反硝化脱氮过程相比，短程硝化-ANAMMOX脱氮过程可使运行费用减少90%，不产生N2O气体，具有显著地可持续性和高经济效益的特点；但是，耿军军等人的研究发现以下厌氧氨氧化脱氮途径：N2O的产生从上图可以看出，厌氧氨氧化过程中，NH2OH有可能被NO2-氧化产生N2O，即NH2OH+HNO2→N2O+2H2O；若Nos酶活性受到抑制，也将出现N2O的释放；NH2OH和NO2-的积累也会导致其它途径N2O的产生；小结以上这些水处理中新型脱氮工艺具有节约碳源、需氧量少和产泥量少等优点，但是其中多种方法都会产生N2O，并且根据文献资料可知其释放量多于传统的生物硝化、反硝化脱氮，所以这会一定程度的限制了这些新型方法的有力推广。这需要在日后做进一步的研究与完善。水处理各种方法中所涉及到所有专业名词需要对其英文及其缩写十分熟悉，这是阅读这方面文章的基础，本人有待提高。谢谢观看！