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什么是短程硝化和短程反硝化?

文章出處:未知發(fā)表時間:2023-11-30 13:33:27

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在脫氮工藝中氨氮轉(zhuǎn)化成氮氣有很多的途徑,也存在很多難以控制的中間過程及中間產(chǎn)物,恰恰是這些難控制的中間過程決定了最新的脫氮工藝的研究方向,江蘇銘盛環(huán)境將介紹一下短程硝化及短程反硝化的內(nèi)容!

什么是短程硝化? 

廢水生物脫氮,一般由硝化和反硝化兩個過程完成,而硝化過程分為氨氧化階段和亞硝酸鹽氧化階段。這兩個階段分別由氨氧化菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)獨立催化完成。

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第一階段是在AOB的作用下,將氨氮NH3N氧化為亞硝態(tài)氮NO2―N;而第二階段是在NOB的作用下,將亞硝態(tài)氮NO2―N氧化為硝態(tài)氮NO3―N。

由于硝化反應(yīng)是由兩類生理特性完全不同的細(xì)菌獨立催化完成的不同反應(yīng),所以需要通過適當(dāng)控制條件,可以將硝化反應(yīng)控制在NO2―N階段,阻止NO2―N的進(jìn)一步氧化,短程硝化的成功的標(biāo)準(zhǔn)就是系統(tǒng)中大量NO2-N累積!隨后直接進(jìn)行反硝化或者厭氧氨氧化,這就是為什么短程硝化如此重要的原因!

什么是短程反硝化?

短程反硝化(partial denitrification):在反硝化過程中,有機(jī)物提供電子供體,細(xì)菌將NO3ˉ還原為NO2ˉ,而不是直接將NO3ˉ還原為N2的過程,稱為短程反硝化。反應(yīng)式為:

3NO3ˉ+CH3OH→3NO2ˉ+CO2+2H2O

短程硝化與短程反硝化的應(yīng)用

短程硝化和短程反硝化的應(yīng)用主要是實現(xiàn)厭氧氨氧化過程中的亞硝酸鹽氮產(chǎn)生,如圖:

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厭氧氨氧化是公認(rèn)的最經(jīng)濟(jì)的脫氮技術(shù)之一。厭氧氨氧化Anammox是在無氧條件下,以氨為電子供體、亞硝酸為電子受體,產(chǎn)生氮氣和硝酸的生物反應(yīng)。Anammox包括兩個過程:一是分解(產(chǎn)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(yīng)生成氮氣,并把產(chǎn)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(chǎn)生的ATP合成細(xì)胞物質(zhì),并在這一過程中產(chǎn)生硝酸鹽。

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在這過程中,大約89%的無機(jī)氮都將被轉(zhuǎn)化產(chǎn)生氮氣,另外11%的無機(jī)氮被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮,與傳統(tǒng)硝化反硝化工藝相比,厭氧氨氧化工藝有著巨大的技術(shù)優(yōu)勢,其曝氣能耗只有傳統(tǒng)工藝的55-60%;該工藝幾乎無需碳源,如果為了去除硝酸鹽產(chǎn)物需要在厭氧氨氧化過程中投加碳源,其投加量也比傳統(tǒng)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,由于厭氧氨氧化菌細(xì)胞產(chǎn)率遠(yuǎn)低于反硝化菌,所以,厭氧氨氧化過程的污泥產(chǎn)量只有傳統(tǒng)生物脫氮工藝中污泥產(chǎn)量的15%左右,這將顯著降低剩余污泥的處理和處置成本。

短程硝化-厭氧氨氧化工藝

這一過程其關(guān)鍵的一步是快速啟動短程硝化工藝且保持穩(wěn)定的運行效果,即在短程硝化反應(yīng)器中將氨氮的氧化控制并維持在亞硝態(tài)氮階段(即亞硝化階段)。通過調(diào)控和優(yōu)化溫度、水力停留時間、污泥齡、溶解氧(DO)、pH、游離氨(FA)等工作參數(shù)強(qiáng)化氨氧化菌(AOB)活性、抑制亞硝酸鹽氧化菌(NOB)活性,提高AOB純度和菌群競爭優(yōu)勢,可以實現(xiàn)亞硝態(tài)氮積累。較低DO濃度、較高pH和較高FA濃度都有利于短程硝化過程。

短程反硝化-厭氧氨氧化工藝

這一過程的必要條件和關(guān)鍵步驟是其中的短程反硝化,因為如果沒有 NO2ˉ產(chǎn)生,就不可能發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)(簡化為NH4*+NO2ˉ→N2+2H2O),而在缺氧池中,又不存在好氧條件及其短程硝化(NH4+NO2ˉ)來產(chǎn)生NO2ˉ,因此,只能以污水中的有機(jī)物作為電子供體,通過短程反硝化將回流污泥和內(nèi)回流硝化液中的NO3ˉ還原為NO2ˉ,同時利用來源于污水并過量存在于厭氧和缺氧池的NH4+,形成與促進(jìn)部分Anammox反應(yīng)過程。

短程反硝化是將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽的過程,在污水處理中,短程反硝化過程可以縮短厭氧氨氧化反應(yīng)時間,提高厭氧氨氧化的脫氮效率,同時減少有機(jī)碳源的需求。


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