新型的脫氮工藝--SHARON工藝

環(huán)境污染與防治第25卷葉3期2003年6月新型的脫氮工藝— SHARON工藝林濤'搡家順′錢(qián)艷(1河海大學(xué)水文水資源及環(huán)境學(xué)院,南京2100982.四平中法供水有限公司,四平136001)擴要sHAR(N是一種用來(lái)處理高濃度、低碳氮比含氨廢水的新型脫氮工藝。該工藝楸據亞硝酸菌和硝酸菌的不同生長(cháng)條件,酒過(guò)控制反應器的水力停留時(shí)間和pH使亞硎酸蘸成為反應器的優(yōu)勢菡屬,從而將氨氮的氧化控制在亞硝化階段,隨后冉進(jìn)打反硝化,與傳統脫氮工藝相比,SHAR()N工藝具有流程簡(jiǎn)單、脫氮速率快、投資和運行費用低等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鑣詞 SHARON工藝脫氮亞硝酸鹽New denitrification process SHARON process Lin Tun, Can Jiashen, ef al. College of water Resource and EnviAbstract: SHARON is a new process to remove rich ammonia wastewater with low ratio of C/N. According tohe different growth habit of the nitrobacteria and nitrosomonas, this process prevents nitrite oxidizing to nitrate anddenitrify on nitrite directly by controlling the hydraulic retention time(HRT) and pH of the reactor. Compared wtraditional proccss,the cost of operation and investment of SHaRON is rather low and denitrification race is rapid.Keywards: SHARON process Denitrification Nitrite污水中氨氮的去除一直是污水處理界的研究重酸鹽還原成N2的過(guò)程。反硝化菌是一類(lèi)化能異養點(diǎn)。從1932年 Wuhrmann利用內源反硝化開(kāi)發(fā)了性微生物,反硝化反應是在缺氧的條件下進(jìn)行的。傳后置反硝化工藝以來(lái),各國環(huán)境工作者又陸續發(fā)展統的脫氮過(guò)程一般為完全硝化反硝化,即脫氮過(guò)程了A2/(、UCT、JHB等脫氮工藝,這些都是典型的為:NH→NO2→NO3→N2;而短程硝化反硝化則脫氮工藝。然而,這些工藝存在如反應池數多,土建是將氨氮的硝化控制在亞硝酸鹽階段隨后進(jìn)行反費用髙,抗沖擊負荷能力弱等缺點(diǎn)。硝化,即脫氮過(guò)程為:NH→NO2→N2。通過(guò)這-途針對傳統脫氮工藝中出現的問(wèn)題,國內外學(xué)者徑脫氮,優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的,不僅能大大節省曝氣進(jìn)行了大量的試驗研究,隨著(zhù)對生物脫氮機理認識量,而且能大大減少反硝化階段中碳源的投加,反應的深入,發(fā)現了冖一些不同于傳統脫氮理論的新型脫器的體積也能相應減少。但是在一般條件下要實(shí)現氮途徑,如短程硝化反硝化、同步硝化反硝化以及厭短程硝化反硝化脫氮比較困難,主要是因為亞硝化氧氨氧化等。由荷蘭Dlt科技大學(xué)開(kāi)發(fā)的反應生成的亞硝酸會(huì )很快被硝酸菌氧化成硝酸,所SHARON廠(chǎng)藝是氨氮短程硝化反硝化的典型工以如何將氨氮氧化控制在亞硝酸階段,并持久維持藝該L藝在經(jīng)過(guò)兒年的小試研究后,已應用于實(shí)際較高濃度的亞硝酸鹽積累就成為實(shí)現短程硝化反硝工程,并取得了良好的脫氮效果?；年P(guān)鍵-11 SHARON工藝研究表明,在氨氮硝化過(guò)程中起重要作用的兩類(lèi)細菌即硝化菌和亞硝化菌的生長(cháng)對環(huán)境的要求是1.1工藝原理不一樣的。如硝酸菌最佳的生長(cháng)條件p為6~7.5,生物脫氮途徑包括硝化和反硝化兩個(gè)階段,硝溫度在15~30C之間;而亞硝酸菌的最佳生長(cháng)條件化反應是將氨氮轉化成硝酸鹽氮的過(guò)程。它包括兩pH為7~8.5,溫度大于30C。因此當外界環(huán)境變個(gè)基本的步驟:首先氨氮在亞硝酸菌的作用下轉化化時(shí)(如pH、DO、NH3N、溫度等)2,都會(huì )對這兩成亞硝酸;緊接著(zhù)亞硝酸在硝酸菌作用下轉化成硝類(lèi)細菌的生長(cháng)產(chǎn)生影響。如果在硝化反應中通過(guò)改酸。亞硝酸菌和硝酸菌都是好氧化能自養性微生物。變外部條件,創(chuàng )造一個(gè)適合亞硝酸菌生長(cháng)但不利于而反硝化是將硝化反應過(guò)程中產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝硝酸邵磁酸菌成為反應器中中國煤化工第一作者:林濤男,1977年出生,碩t,研究方向為水污染控制與防治CNMHG林等新型的脫氯工藝一SHAR(N工藝的優(yōu)勢菌屬而將硝酸菌淘汰,實(shí)現氨氮的亞硝酸化。為反應器的反應溫度在該溫度下亞硝酸菌的世代SHAR(N工藝根據這一思路,通過(guò)精心選擇反應約為2.d-。因為脫氮反應是一個(gè)發(fā)熱反應,其釋器的反應溫度、pH和反應器泥齡,得到了很高的亞放的熱量會(huì )導致整個(gè)系統溫度上升,所以需要有冷硝酸積累率。卻措施來(lái)保證反應器的溫度穩定。1.2工藝特點(diǎn)1.3.2pHSHARON工藝最早是用來(lái)處理污水處理廠(chǎng)污SHARON工藝處理的是高濃度氨氮廢水,硝泥消化池上清液的,污泥消化池廢水若采用傳統的化反應產(chǎn)生H和反硝化反應中消耗H的反應十脫氮工藝來(lái)處理去除效率低,且反應器體積大,處分劇烈。每氧化1mo的氨氮,要產(chǎn)生2mol的H理費用高。而這類(lèi)廢水高溫的特點(diǎn)使氨氮的亞硝化離子。產(chǎn)生的H離子中大約有一半可以和此類(lèi)廢成為可能。在常溫下,亞硝酸菌的世代較硝酸菌長(cháng),水中的HCO3中和,剩下的H可以通過(guò)反硝化去但在高溫條件下情況正好相反,這時(shí)硝酸菌的生長(cháng)除。在一個(gè)好氧(硝化)缺氧(反硝化)周期中,pH由于受到抑制導致其增殖速率小于亞硝酸菌,所以的浮動(dòng)大致在一個(gè)單位。研究發(fā)現,pH是一個(gè)十分在高溫下通過(guò)選擇適當的泥齡,使反應器中污泥停重要的運行參數,它對脫氮反應的影響十分復雜選留時(shí)間介于亞硝酸菌和硝酸菌的最小停留時(shí)間之擇恰當的pH不僅有利于反應器中亞硝酸的積累,間,就可將硝酸菌從反應器中“淘洗”掉,而使亞硝酸而且能降低工藝的運行費用。菌成為反應器中的優(yōu)勢菌屬。另外在高溫條件下細利用IAwQ模型,可以計算出在好氧條件下菌的增殖速度快,不需要污泥停留就可以保證足夠亞硝酸菌的增殖情況。 SHARON工藝中選擇了在的污泥醺,根據此類(lèi)廢水特點(diǎn), SHARON工藝選用pH變化時(shí)波動(dòng)較為平穩的常數Ks,底物濃度也了CSTK反應器,這時(shí)反應器的水力停留時(shí)間就等相應的改為CwH,同時(shí)考慮到HNO2的抑制作用,推于污泥的停留時(shí)間,通過(guò)選擇合適的水力停留時(shí)間導出如下公式并且嚴格控制反應器的pH,保證氨氮的亞硝酸化同時(shí)通過(guò)間歇噪氣,在一個(gè)反應器內進(jìn)行硝化和反=·K:硝化反應「1.3關(guān)鍵運行參數Ki HNo. + CHNO1.3.]溫度對于硝化菌而言,采用了 Wiesman的增殖公SHARON工藝的基本思想就是利用亞硝酸菌式,公式如下在高溫條件下增長(cháng)速率大于硝酸菌這一特點(diǎn)實(shí)現亞硝酸菌的積累。同時(shí)高溫也省去了污泥停留,但溫度ye.Kim, + CmM, K8, +C太高會(huì )導致微生物死亡,所以要選擇一個(gè)合適的反通過(guò)方程式(1)和(2)可以得到在不同的pH應溫度。通過(guò) SHARON反應器中微生物呼吸實(shí)驗下,亞硝酸菌和硝酸菌的增長(cháng)率見(jiàn)圖2。從圖2可可以得出溫度與亞硝酸菌增長(cháng)速率的關(guān)系見(jiàn),在高pH之下,為了保證將亞硝酸菌保留在反應D03器中而將硝酸菌“洗”出系統,可以選擇的最小水力停留時(shí)間范圍為0.7~1.4d隨著(zhù)pH的降低,這種可以選擇的范圍越來(lái)越小。當pH小于6.8時(shí),硝酸菌的比增殖率已經(jīng)小于亞硝酸菌的比增殖率,這時(shí)要維持氨氮的亞硝酸化已經(jīng)不可能了。1020304SHARON工藝利用CSTR反應器的攪拌使中溫度/℃和反應中產(chǎn)生的CO2從反應器中溢出,使反應順利圖1亞硝酸曹的增長(cháng)與溫度的關(guān)系進(jìn)行,同時(shí)通過(guò)控制反硝化進(jìn)行的程度,將pH穩定圖1可知,隨著(zhù)溫度的升高,單位體積的亞硝在一個(gè)合理的范圍以?xún)人峋难趿恳苍谠龃?說(shuō)明它的比增長(cháng)率在升高,在2 SHARON工藝的小試與工程應用40C時(shí)達到最高,隨后其增長(cháng)率開(kāi)始下降。為了保中國煤化工脫氮工藝, Delft證系統運行的穩定, SHARON工藝選擇了35C作CNMHG165·環(huán)境污染與防洎第25卷第3期2003年6月分進(jìn)行優(yōu)化,僅甲醇投加這一項一年大概就可節省運行費用40000美元。若再對曝氣量和曝氣時(shí)間進(jìn)亞的酸函敢、只N0濃度行優(yōu)化,還將進(jìn)一步降低處理費用。硝酸薄燉小043結論停留時(shí)間SHARON工藝作為短程硝化反硝化的典型工藝,與傳統的脫氮工藝相比有以下優(yōu)點(diǎn):①硝化和反硝化在一個(gè)反應器內完成,簡(jiǎn)化了工藝流程;②因為圖2亞硝酸藺、硝酸菌的最小泥齡、亞硝酸、氨氮濃 SHARON工藝污泥不停留,減少了反應器的體積度與pH的關(guān)系圖科技大學(xué)對此進(jìn)行了兩年多的小試研究。試驗裝置和污泥處理費用;③硝化產(chǎn)生的H+可以被隨后進(jìn)采用CSTR反應器,進(jìn)水取自二級污水處理廠(chǎng)污泥行的反硝化中和減少了投加中和劑的費用;④硝化消化池的上清液。反應器的水力停留時(shí)間為1.5d階段可以減少25%曝氣量,反硝化可以減少40%的個(gè)硝化反硝化周期為2d,其中曝氣(硝化)時(shí)間為碳源;⑤具有較高的反硝化率,反應時(shí)間短,反應器80min,缺氧(反硝化)時(shí)間為40min,在反硝化階段容積可減少30%~40%;⑥污泥產(chǎn)量減少,其中硝投加了一定量的甲醇以補充碳源。小試中化過(guò)程可少產(chǎn)污泥33%~35%左右,反硝化過(guò)程可少產(chǎn)污泥55%左右。SHARON反應器運行穩定,平均氨氮的去除率達到了85%,這證明了 SHARON工藝的可行性但是必須看到 SHARON工藝的目標主要是獲在小試研究的基礎上, Delft科技大學(xué)又成功地得高濃度氨氮的去除效率,所以 SHARON反應器將 SHARON工藝應用于荷蘭鹿特丹的某污水處理的出水還含有大量的懸浮物和沒(méi)有被完全去除的氨廠(chǎng)改造,用其處理該廠(chǎng)水量約為564m3/d的污泥消氮、亞硝酸鹽等需要進(jìn)一步處理才能排放。另外,化池的出水。在改造時(shí),將原來(lái)一個(gè)閑置的,體積為SHARON工藝的研究對象主要是較高溫度下的高l500m3的二沉池改造成了 SHARON反應器。因為濃度氨氮廢水,該工藝所要求的較高溫度條件是很多含氨廢水很難滿(mǎn)足的,這就限制了 SHARON工每天的水量都不同,所以水力停留時(shí)間不是固定的。藝的推廣與應用。但 SHARON工藝本身證明了短從1994年全年的運行情況來(lái)看,全年平均的水力停留時(shí)間為26d其中缺氧和好氧各為1.3d與小試程硝化反硝化的可行性,它對今后脫氮藝的發(fā)展相比,水力停留時(shí)間延長(cháng)了,主要是缺氧時(shí)間延長(cháng)具有十分重要的意義了,而關(guān)鍵的好氧時(shí)間由于仍然控制在接近一天的范圍內,仍然能保證將硝酸菌淘汰,維持亞硝酸菌在考文獻1周少奇,閘吉林,生物脫氮新技術(shù)研究進(jìn)展.環(huán)境污染治理技術(shù)與反應器中的優(yōu)勢菌屬。設備2000.1(6):11~17在反硝化進(jìn)行15mn后投加一定量的甲醇,投2真林江,彭黨聰,王志盈短程硝化一反硝化生物脫氮.中國給水加量沒(méi)有考慮進(jìn)水氨氮負荷的變化,投量恒定同時(shí)排水,2000,16(2):29~31曝氣時(shí)間也沒(méi)有優(yōu)化,一個(gè)硝化反硝化周期為4h3徐亞同廢水中氮處理.上海:華東師范大學(xué)出版社,19964錢(qián)易,米樺友,現代廢水處理新技術(shù)北京:中國科學(xué)技術(shù)出版其中好氧2h,缺氧2h社,1993從運行情況看,脫氮效果還是明顯的,氨氮的年平均去除率保持在85%左右。在一年多的運行中曾ith and without organic loading in suspended growth reactorwat.Res,,1990,24(3):297~302經(jīng)停止進(jìn)水一周,但沒(méi)有觀(guān)察到微生物大量減少,這w Verstraete. S Philips. Nicrification-denitrificHtiont pru esses說(shuō)明了 SHARON工藝運行的穩定性。其處理費用and technologies in包含土建、設備、藥劑、能耗、人工費等,約為4~6荷98,1(2):717~72蘭盾/kgNH-N。在處理費用中,能量消耗占35%M Henze, Leslie Grady C P. w Gujer, ct al. A general mudel foringle- sludge waste water treat ment systems. Water Reaserch(其中9%是用于曝氣),甲醇的費用占25%。甲醇987.21(5):505~515的投加量并沒(méi)有隨進(jìn)水的氨氮濃度而變化,也沒(méi)有8 U Wiesman. Biological nitrogen removal from wastewater,h對投加的時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。一年多的運行表明,大約只有71%甲醇用于亞硝酸鹽的反硝化。因此對這一部YH中國煤化工CNMHG期:200212166·