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工业污水处理
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高氨氮废水
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随着我国工业迅速发展壮大,由此而产生的高氨氮废水也成为行业发展制约因素之一;据报道,2001年我国海域发生赤潮高达77次,氨氮是污染的重要原因之一,特别是高浓度氨氮废水造成的污染。因此,经济有效的控制高浓度污染也成为当前环保工作者研究的重要课题,得到了业内人士的高度重视。氨氮废水的一般的形成是由于氨水和无机氨共同存在所造成的,一般上pH在中性以上的废水氨氮的主要来源是无机氨和氨水共同的作用,pH在酸性的条件下废水中的氨氮主要由于无机氨所导致。废水中氨氮的构成主要有两种,一种是氨水形成的氨氮,一种是无机氨形成的氨氮,主要是硫酸铵,氯化铵等等。
传统和新开发的脱氮工艺有A/O、两段活性污泥法、强氧化好氧生物处理、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、全程自养脱氮、SBR脱氮工艺、超声吹脱处理氨氮法方法等。其中短程硝化反硝化和厌氧氨氧化是近年来新型氨氮处理工艺。
生物硝化反硝化是目前应用最广泛的脱氮方式,是去除水中氨氮的一种较为经济的方法,其原理就是模拟自然生态环境中氮的循环,利用硝化菌和反硝化菌的联合作用,将水中氨氮转化为氮气以达到脱氮目的。由于氨氮氧化过程中需要大量的氧气,曝气费用成为这种脱氮方式的主要开支。短程硝化反硝化是将氨氮氧化控制在亚硝化阶段,然后进行反硝化,省去了传统生物脱氮中由亚硝酸盐氧化成硝酸盐,再还原成亚硝酸盐两个环节(即将氨氮氧化至亚硝酸盐氮即进行反硝化)。该技术具有很大的优势:①节省25%氧供应量,降低能耗;②减少40%的碳源,在C/N较低的情况下实现反硝化脱氮;③缩短反应历程,节省50%的反硝化池容积;④降低污泥产量,硝化过程可少产污泥33%~35%左右,反硝化阶段少产污泥55%左右。实现短程硝化反硝化生物脱氮技术的关键就是将硝化控制在亚硝酸阶段,阻止亚硝酸盐的进一步氧化。
厌氧氨氧化(ANAMMOX)是指在厌氧条件下,以Planctomycetalessp为代表的微生物直接以NH4+为电子供体,以NO2-或NO3-为电子受体,将NH4+、NO2-或NO3-转变成N2的生物氧化过程。该过程利用独特的生物机体以硝酸盐作为电子供体把氨氮转化为N2,最大限度的实现了N的循环厌氧硝化,这种耦合的过程对于从厌氧硝化的废水中脱氮具有很好的前景,对于高氨氮低COD的污水由于硝酸盐的部分氧化,大大节省了能源。目前推测厌氧氨氧化有多种途径。其中一种是羟氨和亚硝酸盐生成N2O的反应,而N2O可以进一步转化为氮气,氨被氧化为羟氨。另一种是氨和羟氨反应生成联氨,联氨被转化成氮气并生成4个还原性[H],还原性[H]被传递到亚硝酸还原系统形成羟氨。第三种是:一方面亚硝酸被还原为NO,NO被还原为N2O,N2O再被还原成N2;另一方面,NH4+被氧化为NH2OH,NH2OH经N2H4,N2H2被转化为N2。厌氧氨氧化工艺的优点:可以大幅度地降低硝化反应的充氧能耗;免去反硝化反应的外源电子供体;可节省传统硝化反硝化反应过程中所需的中和试剂;产生的污泥量极少。厌氧氨氧化的不足之处是:到目前为止,厌氧氨氧化的反应机理、参与菌种和各项操作参数不明确。
全程自养脱氮的全过程实在一个反应器中完成,其机理尚不清楚。Hippen等人发现在限制溶解氧(DO浓度为0.8•1.0mg/l)和不加有机碳源的情况下,有超过60%的氨氮转化成N2而得以去除。同时Helmer等通过实验证明在低DO浓度下,细菌以亚硝酸根离子为电子受体,以铵根离子为电子供体,最终产物为氮气。
上述三种脱氮工艺是近年来主要流行的脱氮新型工艺,其中厌氧氨氧化和全程自养脱氮仍处于实验室研究状态,国内外无一真正应用于实际工程中。近年来短程硝化反硝化在工程得到了实际的应用与发展,但也存在其缺陷,例如,某一淀粉厂应用了该工艺,厌氧出水即好氧进水COD为700mg/L左右、氨氮为260mg/L左右,经过短程硝化反硝化好氧处理后,氨氮为20mg/L左右、COD为150mg/L,氨氮和COD难以再进一步降低,核算其好氧污泥负荷,仅为正;钚晕勰喾ǖ2/3,如果排入城市污水处理厂的话,该指标是没有问题的,但如果直排是不达标的。此类案例不止一处,如果再建二级活性污泥法,其氨氮可以降至5mg/L左右、COD为80mg/L左右。单纯的短程硝化反硝化是难以处理达标到一级排放标准的。
针对传统脱氮工艺的不足之处,同时结合短程硝化反硝化、全程自养脱氮、厌氧氨氧化等新型工艺理念,在A/O脱氮工艺的基础上,我公司与大学联手研发的AOS新型脱氮工艺,在多种水质实际工程应用中得到了应用,并根据实际工程中存在的缺陷进行了改进。
AOS脱氮工艺是在A/O脱氮工艺基础之上,结合短程硝化反硝化的理论基础改进而来的一种新型脱氮处理工艺。AOS脱氮工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起,A段DO不大于0.5mg/L,O段DO=2~4mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸,使大分子有机物分解为小分子有机物,不溶性的有机物转化成可溶性有机物,当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时,提高污水的可生化性,提高氧的效率;在缺氧段异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化(有机链上的N或氨基酸中的氨基)游离出氨(NH3、NH4+),在充足供氧条件下,自养菌的硝化作用将NH3-N(NH4+)氧化为NO3-,通过回流控制返回至A池,在缺氧条件下,异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮(N2)完成C、N、O在生态中的循环,实现污水无害化处理。其特点是缺氧池在前,污水中的有机碳被反硝化菌所利用,可减轻其后好氧池的有机负荷,反硝化反应产生的碱度可以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度的需求。好氧在缺氧池之后,可以使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除,提高出水水质。
AOS生物脱氮工艺具有以下优点:
1、效率高,基建投资和运行费用;
2、不需要外加碳源和碱度,运行费用低;
2、运行、调控管理方便;
3、启动、事故救援灵活,应急处理机动;
4、广泛适用于各种高氮含量污水,如味精废水、大豆蛋白污水、淀粉污水、畜禽污水、化工污水等。
对于处理有机酸、酶制剂、制药类废水,常用的A/O工艺与AOS工艺的比较如下表所示。
A/O工艺与AOS工艺的比较
 
A/O工艺
AOS工艺
抗冲击能力
外加碳源
需要(传统工艺需投加甲醇)
不需要
外加碱度
需要
必要时需要
出水效果
当污水浓度降低到一定的程度后,不容易再进行处理
系统内存根据COD、氨氮浓度梯度的变化,存在适应多种浓度的菌种,能针对不同浓度的污水,分别进行处理
操作难易
不容易操作
操作方便
       
从上表中的比较中可以看出,相对于常用的A/O工艺,AOS工艺具有节省药剂、操作简单、抗冲击能力强的优点,而且AOS工艺比A/O工艺更容易达到理想的出水效果。
我公司与众多科研院校强强合作,形成了良好的产学研模式,保障公司形成了坚强的技术力量后盾,实施工程技术问题能够及时得到妥善处理,科研新技术及时得到了创新及应用?烧攵圆煌蛐∏牟煌,优化设计处理,为企业污水处理系统的提标升级改造、新上企业的高标准设计和小区中水回用的高标准要求,提供整体优化设计方案。公司一直着力于工业污水处理技术的研发,专心致力于工业污水处理的实际应用,在处理高浓度高氨氮工业废水方面,技术尤为成熟。公司改进的IC反应器全自动旋混式内循环反应器和AOS高效生物脱氮技术,在高COD、高氨氮废水方面得到了广泛的实际应用,并在实际工程应用过程中得到了改进和提升。
 
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