生活污水硝化與同步硝化反硝化過程N(yùn)-,2-O產(chǎn)生與控制.pdf

1、一氧化二氮(N2O)是生物脫氮過程中產(chǎn)生的強(qiáng)力溫室氣體,其全球增溫潛勢(shì)為CO2的190-270倍,占全球溫室氣體效應(yīng)貢獻(xiàn)值的6.4％,繼CO2、氯氟烴和甲烷之后占第四位。1997年通過的《京都協(xié)議書》,要求發(fā)達(dá)國家締約方在2008～2012年的第一承諾期內(nèi),N2O排放量要比1990年至少削減5％,我國也是締約方。因此,研究如何控制和減少污水脫氮過程中N2O的排放具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比,同步硝化反硝

2、化(Simultaneous nitrificationdenitrification-SND)工藝將省去第二階段的缺氧反硝化池或減少其體積,大大縮短生物脫氮的工藝流程,減少工程造價(jià),這為今后污水處理降低投資并簡化生物脫氮過程提供了可能性。在荷蘭、德國已有利用同步硝化反硝化脫氮工藝的污水處理廠在運(yùn)行,目前國內(nèi)對(duì)同步硝化反硝化的研究主要是在其形成機(jī)理上。對(duì)于SND過程巾N2O的產(chǎn)生情況的研究卻鮮有報(bào)道。
　　 本文采用密封的SBR

3、反應(yīng)器處理實(shí)際生活小區(qū)污水,接種城市污水處理廠成熟的具有硝化功能的污泥,以碳纖維為填料,成功啟動(dòng)同步硝化反硝化生物脫氮系統(tǒng),并保持了系統(tǒng)長期穩(wěn)定的脫氮件能。存此基礎(chǔ)上,考察同步硝化反硝化生物脫氮系統(tǒng)這一新型生物脫氮系統(tǒng)的N2O產(chǎn)生情況及其影響因素。對(duì)N2O的主要產(chǎn)生過程——硝化過程的N2O產(chǎn)生機(jī)制及影響因素進(jìn)行了研究,并對(duì)同步硝化反硝化脫氮過程中N2O產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行分析,和傳統(tǒng)全程生物脫氮和短程生物脫氮對(duì)比,分析提出生活污水脫氮過程中N2

4、O減量化控制策略。
　　 在溫度為26+1℃時(shí),成功完成同步硝化反硝化系統(tǒng)的啟動(dòng)。系統(tǒng)啟動(dòng)成功后,曝氣結(jié)束時(shí)總氮去除率穩(wěn)定在75％左右。分段投加碳源同步硝化反硝化系統(tǒng)NH4+-N去除率可以達(dá)到96％,而整個(gè)過程中系統(tǒng)中的NO2--N、NO3--N始終不超過2mg/L,同步硝化反硝化率達(dá)79％以上。在溶解氧為0.2、0.4、1.0、1.5mg/L水平下,反應(yīng)結(jié)束時(shí)系統(tǒng)NH4+-N去除率分別為59.6％、96％、100％和100％,

5、同步硝化反硝化率ηTN分別為94％、87％、79％和80％。維持溶解氧在0.4±0.1mg/L,初始氨氮濃度38～42mg/L條件下,初始C/N分別為3.2、4.8、6.7、8.1、10.3時(shí),同步硝化反硝化率分別為3％、18％、31％、44％和47％。
　　 在溶解氧1.5mg/L時(shí),生物膜同步硝化反硝化系統(tǒng)一個(gè)周期內(nèi),N2O累積釋放量為1.34 mg/L,即N2O-N累積釋放量為0.86mg/L,相當(dāng)于每去除1g氨氮N2O-

6、N釋放量為0.025g。溶解氧值分別恒在0.2、0.4、1.0和1.5mg/L時(shí),N2O-N釋放量分別為0.23、1.11、0.74、0.86mg/L,即相當(dāng)于每去除1克氮釋放的N2O量分別為0.005、0.025、0.021、0.025g。在初始C/N為3.3、4.5、7.2、8.7、10.1條件下,N2O-N累積釋放景分別為0.089、0.423、0.331、0.412、0.261mg/L,每去除1g氮產(chǎn),上的N2O-N量分別為0.

7、092、0.081、0.032、0.029、0.017g。在碳源不足的情況下,有較大的N2O逸出量;在好氧曝氣狀態(tài)時(shí),充足的碳源條件下,N2O被及時(shí)還原,有效減少了N2O的逸出。
　　 亞硝態(tài)氮是影響污水處理過程中N2O產(chǎn)生的重要因素。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)污水硝化過程中從亞硝態(tài)氮氧化到硝態(tài)氮的過程中有N2O產(chǎn)生,并且隨著亞硝態(tài)氮濃度的小同,N2O產(chǎn)生量也不同。以生活污水長期馴化的污泥處理初始亞硝態(tài)氮濃度大于40mg/L的污水時(shí),由于亞硝酸鹽

8、的抑制作用導(dǎo)致N2O產(chǎn)生量很高。81.45mg/L的初始亞硝酸鹽氧化過程可產(chǎn)生7.37mg/L的N2O。初始亞硝態(tài)氮低于40mg/L時(shí),由于抑制作用不強(qiáng),N2O產(chǎn)生量隨亞硝態(tài)氮濃度的下降而降低,但當(dāng)亞硝態(tài)氮濃度過低時(shí),也會(huì)有較高的N2O轉(zhuǎn)化率。恒定30mg/L亞硝態(tài)氮,隨著DO濃度的升高,N2O的產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率均逐漸下降。維持亞硝態(tài)氮氧化過程中DO濃度為2mg/L左有即可節(jié)約能源又可減少N2O的產(chǎn)生量。維持初始NO2--N濃度為30mg/

9、L左右,隨著pH的升高,N2O的產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率均逐漸下降。維持NO2--N氧化階段的pH＞7既可以節(jié)約運(yùn)行成本又可減少N2O的產(chǎn)生量。
　　 在傳統(tǒng)全程硝化反硝化生物脫氮系統(tǒng)、短程硝化反硝化生物脫氮系統(tǒng)、同步硝化反硝化生物脫氮系統(tǒng)中,同步硝化反硝化生物脫氮系統(tǒng)足N2O逸出最少的系統(tǒng)。同步硝化反硝化系統(tǒng)N2O釋放量比全程和短程脫氮系統(tǒng)低,主要有兩個(gè)原因:一是由于系統(tǒng)內(nèi)存住缺氧微環(huán)境,在硝化的同時(shí)有條件進(jìn)行反硝化,及時(shí)的將N2O還原,

10、減少了釋放的N2O量;二足同步硝化反硝化系統(tǒng)的微生物菌群復(fù)雜,與全程系統(tǒng)和短程系統(tǒng)不同,可能存在更多種類的微生物菌種。這些菌種的酶系以及生理代謝過程也有別于傳統(tǒng)的硝化菌和反硝化菌,有可能它們對(duì)于減少N2O釋放量有著大的貢獻(xiàn)。對(duì)于生活污水脫氮過程中N2O的逸出控制可以從以下兩個(gè)思路出發(fā):一是從工藝角度,選擇采用有利于控制N2O逸山的工藝,如同步硝化反硝化脫氮,并且探索工藝運(yùn)行最佳條件,實(shí)現(xiàn)污染物去除和N2O減排雙達(dá)標(biāo)的目標(biāo)。二是從微生物角