滾氮吧 總氮君—污水廠內的反硝化反應(中)

作者:Wanda    發表日期:2018-05-22 10:22:23

北極星環保網訊:上周我們討論了脫氮反應的全流程,了解了生物脫氮是要分為兩部分進行的,很多污水廠完成了氨氮到亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的反應,但是總氮的去除仍然沒有完成,因為在生物脫氮的第二個重要部分---反硝化反應還沒有引起管理者的足夠的重視,今天來專門討論污水處理廠內的反硝化反應。

首先我們要明確反硝化反應不是字面上的是硝化反應的反方向,不是把亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮再還原回氨氮的反應,它和硝化反應是完全不同類的反應。在了解反硝化反應之前,我們先來認識一下自然界的一大類細菌,反硝化細菌。

在自然界中土壤水體中存在着這樣的一類細菌,它們既可以在有氧條件下呼吸生存,但是也可以缺氧條件下生存,在缺氧狀態下,它們利用體內的生物酶的作用,吸取外界的碳源作為能量,利用硝酸鹽中的氧進行呼吸作用,同時把硝酸鹽中的氮轉化成氮氣釋放出去,這個過程在自然界中的氮氣被生物生長利用的過程是反方向的,也是自然界中氮循環必不可少的一環,因此把這些微生物進行的反應稱為反硝化反應,而這部分的細菌就被稱為反硝化細菌。

所以我們可以看到反硝化菌要進行反應,就需要滿足三個條件,一個是外界碳源,一個是硝酸鹽氮,一個是缺氧狀態。我們在公眾號前面的很多文章都提到,污水廠其實是一個自然界微生物反應的一個人工強化的場所,我們人類通過工程技術手段為自然界特定的細菌提供生存環境,從而使它們在人工環境下進行我們所需要的生物反應。那麼我們下面就來看看污水廠是如何為反硝化的三個條件進行的環境。

首先我們來看看理論上的反硝化反應的流程。污水廠內的曝氣池中存在大量的微生物,其中的氨化菌和硝化菌在曝氣池內,充分利用了好氧的環境,把污水中的有機氨和氨氮轉化成了硝酸鹽氮,這樣就為反硝化菌的進一步反硝化反應提供了電子受體,也就是反硝化反應的先決條件。所以可以在曝氣池之後放置一個反硝化池,添加足夠的碳源到反硝化池中,用於反硝化反應的電子供體,同時要控制氧氣的供給,使反硝化細菌必須使用硝酸鹽氮中的氧進行呼吸,這樣在環境上創造出了反硝化反應的進行條件。

但是大家會很迷惑,這和污水廠看到的反硝化工藝,包括AO工藝都不一樣啊,反硝化區域都是在硝化區前端的啊。為什麼污水廠要做這種從反應順序上相反的工藝流程,這是因為在正常的流程中,曝氣池內的各種微生物對碳源的消耗非常大,降解BOD的效果很明顯,反硝化區域放在曝氣池(硝化區)後端,會明顯的碳源短缺,遠遠不能提供反硝化細菌進行反硝化反應所需要的能量供給,因此在污水廠的脫氮工藝流程中就把反硝化區域設置到了曝氣池(硝化區)前端。

在反硝化區域設置到了硝化區前端後,出現了一個問題是,反硝化區在硝化區域前端,污水先進入到反硝化區域,沒有經過硝化區(好氧曝氣池)的碳源大量消耗,為反硝化細菌提供充足的碳源,但是還存在一個問題,那就是污水中的氮的存在形式,大部分都是以有機銨和氨氮的形式存在的,大家可以看一下污水廠進水水質的分析,氨氮基本佔到了總氮的80%左右,而反硝化所需要的硝酸鹽的量是遠遠不夠的,也就是說雖然有了充足的碳源,但是反硝化反應還是不能進行下去。那麼污水廠在設計中採用了把經過硝化區(好氧曝氣池)含有大量硝酸鹽氮的混合液,通過水泵等方式直接回流反硝化區,為反硝化區提供充足的硝酸鹽氮,為了和二沉池回流到曝氣池的回流區分,污水廠把硝化區直接回流到反硝化區域的回流稱為內回流,二沉池的回流稱為外回流。所以採用生物脫氮反應的污水廠所設計內回流的作用就是為放置在前端的反硝化區的反硝化反應提供充足的硝酸鹽氮的。

污水廠通過了把反硝化區域前置保證碳源的供給,增加硝化區到反硝化區的內回流保證了硝酸鹽氮的電子供給,滿足了反硝化菌進行反硝化反應的兩個條件,但是還有一個條件就是缺氧環境,曝氣池內是一個嚴格的好氧環境,富有大量的氧氣,在這種環境下作為兼性的反硝化菌會利用水中的溶解氧進行呼吸作用,因此也不會進行反硝化反應。所以在污水廠中對反硝化區域是不進行曝氣的,和曝氣區域進行了空間上的分割,這部分反硝化區域沒有曝氣裝置,僅設置推流攪拌裝置,推流攪拌的作用是為了保證活性污泥不在這個區域沉澱,同時也和水中的有機碳源進行充分的接觸,進行良好的反應。

按照上述原理,污水廠要進行脫氮,在工程上是需要缺氧池和好氧池的共同組成的,也就是我們通常所說的缺氧/好氧(A/O)系統。A是英文中的Anoxic(缺氧)的首字母,O是oxic的首字母,所以生物脫氮的工藝也稱為AO工藝。但是A2O不是兩個缺氧的意思,而是Anaerobic(厭氧),Anoxic(缺氧)Oxic(好氧)的意思,大家要對英文縮寫有一些了解,便於大家在日常閱讀污水的科技文獻中理解字面含義。

污水廠對反硝化反應進行的這些特殊的工程上的設計,為反硝化細菌的反應進行了環境的營造。這些設計有很多種類,比較常見的就是AO工藝,還有增加了除磷的AAO工藝,這是利用了構築物進行了各個區域在空間上的嚴格劃分,實現了微生物菌種對環境的不同需求,也有SBR工藝及其變種,是利用了時間上實現了環境需求,還有各類氧化溝工藝,是利用時間和空間上的交替實現的環境需求。特別是2010年以後,國家全面要求污水廠的水質中的氮磷指標,新建和改建的污水廠都進行了脫氮除磷工藝的設計,因此從硬件設施上,近年來的污水廠都有相關的建設,污水廠的運行管理人員要對硬件設施上的工藝功能進行詳細了解,才能為下一步的污水廠的生物脫氮的運行進行合理的管理工作。


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