隨著國家經(jīng)濟(jì)的騰飛，對環(huán)境的管控也越來越高，“脫氮”是污水廠永遠(yuǎn)避不開的一個話題。在當(dāng)前污水廠的運(yùn)營中，總氮是一個非常重要的指標(biāo)，目前各水廠要求執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級A出水標(biāo)準(zhǔn)，總氮出水要求小于15mg/L。同時更多的水廠對于總氮出水要求執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》準(zhǔn)四類，總氮出水要求小于10mg/L。

去除總氮是通過反硝化反應(yīng)，即硝酸氮和亞硝酸氮在反硝化菌的作用下，被還原成氣態(tài)氮的過程，可分為異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化兩種工藝。異養(yǎng)反硝化是指異養(yǎng)型兼性厭氧細(xì)菌在溶解氧較低的環(huán)境中利用硝酸鹽作為電子受體，有機(jī)物作為電子供體并提供能量。自養(yǎng)反硝化是指自養(yǎng)反硝化菌可利用無機(jī)碳（如CO32-、HCO3-）合成細(xì)胞，無機(jī)物（如S2-、S2O32-、Fe、Fe2+、H2以及NH4+）作為硝酸鹽還原的電子供體，終轉(zhuǎn)化成氣態(tài)氮的過程。自養(yǎng)反硝化過程無需外加有機(jī)碳源，是明顯區(qū)別于傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化過程的重要特點(diǎn)。

01異養(yǎng)反硝化過程碳源的缺點(diǎn)

常用碳源包括甲醇、乙酸、乙酸鈉、葡萄糖等，在使用過程中分別存在各自的缺點(diǎn)。

1、甲醇

① 甲醇易燃，為甲類?；?，儲存和使用均有嚴(yán)格要求。特別是其儲存需報當(dāng)?shù)毓膊块T備案審批，手續(xù)繁瑣。

② 微生物對甲醇的響應(yīng)時間較慢，甲醇并不能被所有微生物利用，當(dāng)甲醇用于污水處理廠應(yīng)急投加碳源時效果不佳。

③ 甲醇具有一定的作用，將甲醇作為長期碳源，對尾水的排放也會造成一定的影響。

2、乙酸鈉

① 乙酸鈉多為20%、25%、30%的液體，由于當(dāng)量COD低，運(yùn)輸費(fèi)用高，不能遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。

② 產(chǎn)泥量大，污泥處理費(fèi)用增加。

③ 價格較為昂貴。

3、乙酸

① 乙酸為乙類危化品，也是揮發(fā)性酸，是大氣污染VOC的重要組成部分，環(huán)保部門監(jiān)管多，儲存條件要求高。

② 多數(shù)污水處理廠遠(yuǎn)離乙酸廠，運(yùn)輸費(fèi)用高，不能遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。

③ 乙酸代謝后的氫離子有降低出水pH的作用。

4、葡萄糖

① 需要現(xiàn)場配置成溶液，勞動強(qiáng)度大，投加性差，大型污水處理廠無法使用。

② 工業(yè)葡萄糖含雜質(zhì)多，食品葡萄糖價格貴。

除以上缺點(diǎn)外，碳源投加型方式存在著COD易穿透、運(yùn)行成本高、一次投資高、占地面積大等缺點(diǎn)。

自養(yǎng)型反硝化技術(shù)是未來發(fā)展的趨勢，其解決了前述問題，具備碳源投加不可比擬的優(yōu)勢。

 

02硫自養(yǎng)反硝化的生物化學(xué)原理

 

硫自養(yǎng)反硝化工藝是利用還原態(tài)硫?yàn)殡娮庸w的自養(yǎng)反硝化工藝，近幾十年得到了深入的研究，在工藝的微生物學(xué)原理、調(diào)控和穩(wěn)定運(yùn)行等方面取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在國內(nèi)一些工程上已經(jīng)得到了推廣和應(yīng)用。

某些無機(jī)化能營養(yǎng)型、光能營養(yǎng)型的硫氧化細(xì)菌可在缺氧或厭氧條件下利用還原態(tài)硫作為電子供體，通過氧化還原態(tài)硫獲取能量，同時以硝酸鹽為電子受體，將其還原為氮?dú)猓瑥亩鴮?shí)現(xiàn)自養(yǎng)反硝化過程。以單質(zhì)硫?yàn)槔?，反?yīng)過程如下：

55S+20CO2+50NO3-+38H2O+4NH4+→4C5H7O2N+25N2+

55SO42-+64H+

 

03硫自養(yǎng)反硝化工藝的優(yōu)勢

 

依據(jù)S/Fe自養(yǎng)反硝化原理，研發(fā)出自養(yǎng)反硝化濾料，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同自養(yǎng)反硝化去除硝酸鹽氮及磷酸鹽的技術(shù)，形成一套更高出水標(biāo)準(zhǔn)和低消耗的保障工藝。通過濾料的復(fù)配和篩選（S/Fe比例、直徑等），降低硫酸鹽生成量和使其適用更寬泛的pH空間，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

 

1、使用濾料替代碳源投加，避免藥劑燃爆風(fēng)險。

2、避免傳統(tǒng)碳源投加過量導(dǎo)致的穿透現(xiàn)象，徹底杜絕出水COD升高的問題。

3、濾料消耗費(fèi)用小于碳源投加費(fèi)用。

4、污泥產(chǎn)率低，降低反沖洗周期，每周反洗1-2次。

5、具備一定的同步脫氮除磷能力。

6、無需曝氣，節(jié)省占地面積。

 

04硫自養(yǎng)反硝化工藝的改造優(yōu)勢

 

1、濾料處理負(fù)荷高，濾料替代后確保濾池日處理水量不發(fā)生變化。

2、濾料原位替代，利用原有反沖洗裝置，無需增加設(shè)備，改造簡單。

3、硫自養(yǎng)反硝化見效快，可序批式實(shí)現(xiàn)無縫銜接。

 

05硫自養(yǎng)反硝化工藝控制難點(diǎn)

 

1、負(fù)荷較高的條件下出水中不可避免地存在大量SO42-，在硫酸鹽還原菌（SRB）存在時會釋放H2S氣體，不僅造成排水管道的腐蝕，其惡臭、毒性還將帶來二次污染問題。

2、利用硫化物為電子供體的自養(yǎng)反硝化工藝，系統(tǒng)中的微生物可能受到硫化物的毒性抑制作用，導(dǎo)致處理效率不高，處理能力下降。因此，啟動期的污泥馴化非常重要，需要不斷提高微生物對于硫化物毒性的耐受能力，才能保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3、低溫會抑制反硝化菌系統(tǒng)的脫氮性能，進(jìn)而導(dǎo)致脫氮速率降低。為了提升低溫條件下硫自養(yǎng)反硝化系統(tǒng)的脫氮性能，可以從電子供體（硫源）和異樣反硝化過程兩方面著手。硫代硫酸鹽作為一種可溶性硫，比疏水性單質(zhì)硫更易被硫氧化菌利用，常溫下硫代硫酸鹽作為電子供體時硝態(tài)氮的還原速率為單質(zhì)硫的 10倍。硫自養(yǎng)反硝化混合菌體系中含有一定量的異養(yǎng)反硝化菌，而此類細(xì)菌具有生長快、易在短期內(nèi)形成大量微生物的優(yōu)勢，可能會對低溫表現(xiàn)出更好的抗性。因此，低溫條件下，利用硫代硫酸鹽或有機(jī)物作為電子供體可能會提升反硝化系統(tǒng)的脫氮能力。

 

06硫自養(yǎng)反硝化工藝案例介紹

 

項(xiàng)目名稱：某污水處理廠提標(biāo)改造工程

工程規(guī)模：污水處理規(guī)模為60000m3/d

進(jìn)水類型：30%市政廢水和70%工業(yè)污水（石油化工、紡織印染等）

1、工藝流程

2、設(shè)計水質(zhì)

 

項(xiàng)目	CODcr	SS	TN	NH3-N	TP
進(jìn)水	≤500mg/L	≤400mg/L	≤55mg/L	≤40mg/L	≤8mg/L
改造前	≤50mg/L	≤10mg/L	≤15mg/L	≤5mg/L	≤0.5mg/L
改造后	≤30mg/L	≤10mg/L	≤12mg/L	≤1.5mg/L	≤0.3mg/L

 

3、設(shè)計參數(shù)

濾池格數(shù)：8格（4格自養(yǎng)+4格異養(yǎng)）

單格尺寸：24.0×3.56m

濾料層厚度：2.4m

濾料體積：自養(yǎng)填料820m3、異養(yǎng)填料820m3

平均濾速：3.7m/h

空床停留時間：39min

脫氮負(fù)荷：0.37kgNOX-N/3d

 

4、運(yùn)行參數(shù)

 

運(yùn)行參數(shù)	自養(yǎng)反硝化	異養(yǎng)反硝化
氣洗強(qiáng)度	45-70m3/㎡d	90-110m3/㎡d
水洗強(qiáng)度	15m3/㎡d	15m3/㎡d
反洗周期	1次/4天	1次/1天
反洗時長	10-20min	10-20min
夏季處理水量	45000m3d	15000m3d1
冬季處理水量	25000m3d	35000m3d

 

5、運(yùn)行數(shù)據(jù)

 

上圖為5月進(jìn)出水總氮數(shù)據(jù)和總氮負(fù)荷情況，其中出水總氮數(shù)據(jù)全部低于9mg/L，除了三天的數(shù)據(jù)外，其余數(shù)據(jù)均在4mg/L以下。

 

 

上圖為6月進(jìn)出水總氮數(shù)據(jù)和總氮負(fù)荷情況，其中出水總氮數(shù)據(jù)全部低于5mg/L，除了兩天的數(shù)據(jù)外，其余數(shù)據(jù)均在4mg/L以下。備注：進(jìn)水總氮、出水總氮單位是mg/L，總氮負(fù)荷單位為kg/(m3.d）。