氨氮作為污水中的重要的污染物質(zhì)，尤其隨著我國(guó)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高和人們對(duì)生活環(huán)境在質(zhì)量的不斷提高，污水中含氮有機(jī)污染物質(zhì)的去除已成為治污中的一項(xiàng)重要工作，那么我們來(lái)看看污水中的氨氮。
對(duì)于氨氮廢水處理是目前污水處理中的一個(gè)重要難題，其難點(diǎn)在于：氮在自然界主要以三種形式存在，即氮、無(wú)機(jī)氮和有機(jī)氮，三種形式不斷循環(huán)轉(zhuǎn)換，處于動(dòng)態(tài)平衡中，難以以單一的方式加以去除。所以我們深入淺出的討論一下，氨氮該怎么去除。
1、氨氮的概念
氨氮指：污水中的氨氮(NH3-N)是指游離氨(或稱(chēng)非離子氨NH3)和離子氨(NH4+)形式存在的氮，兩者取決于pH和水溫，偏高時(shí)游離氨(NH3)比例較高，反之。
2、種類(lèi)：污水中的含氮污染物質(zhì)主要包括有機(jī)氮、氨氮、總氮、凱氏氮、硝態(tài)氮五種含氮化合物。
①有機(jī)氮：主要指蛋白質(zhì)和尿素。
②氨氮(NH3-N)：有機(jī)氮化合物的分解。
③總氮(TN)：一切含氮化合物以N計(jì)量的總稱(chēng)。
④凱氏氮(TKN)：總氮中的有機(jī)氮和NH3-N，不包含NO2-N和NO3-N。
⑤硝態(tài)氮(NOX-N)：指NO2-N和NO3-N。
3、污水中含氮污染物質(zhì)去除的原理
對(duì)于氨氮的去除常常采用化學(xué)、吹脫、生物脫氮三種方法，因此在實(shí)際工程中對(duì)于污水中含氮量<300mg/L的污水采用生物脫氮的方法，所以我們從生物脫氮的過(guò)程和反映環(huán)境方面進(jìn)行分析。
(1)生物脫氮的過(guò)程(原理)
污水的生物脫氮是70年代美國(guó)和南非等國(guó)的水處理專(zhuān)家們?cè)趯?duì)化學(xué)、催化和生物處理方法研究的基礎(chǔ)上，提出的一種經(jīng)濟(jì)有效的處理技術(shù)。污水生物脫氮有同化脫氮與異化脫氮。同化脫氮是指微生物的合成代謝利用水體中的氮素合成自身物質(zhì)，從而將水體中的氮轉(zhuǎn)化為細(xì)胞成分而使之從廢水中分離。通常我們所說(shuō)的污水生物脫氮是指異化脫氮。
污水生物脫氮利用自然界氮素循環(huán)的原理，在水處理構(gòu)筑物中營(yíng)造出適宜于不同微生物種群生長(zhǎng)的環(huán)境，通過(guò)人工措施，提高生物硝化反硝化速率，達(dá)到污水中氮素去除的目的，其過(guò)程一般分三個(gè)過(guò)程階段：氨化過(guò)程、硝化過(guò)程、反硝化過(guò)程。
①氨化過(guò)程：污水中的含氮有機(jī)物，在生物處理過(guò)程中被好氧或厭氧異養(yǎng)型微生物氧化分解為氨氮的過(guò)程，實(shí)際上也就是把污水中的高分子含氮有機(jī)物轉(zhuǎn)化成氨氮的反應(yīng)。
以氨基酸為例，反應(yīng)式為：
一般在生物處理系統(tǒng)內(nèi)，氨化作用還是較完全地發(fā)生。
② 硝化過(guò)程：
污水中的氨氮在硝化菌(好氧自養(yǎng)型微生物)的作用下被轉(zhuǎn)化為NO2-和NO3-的過(guò)程。該過(guò)程包括兩個(gè)基本反應(yīng)步驟：一步是在亞硝酸菌(亞硝酸菌有亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸螺桿菌屬和亞硝酸球菌屬等)作用下將氨氮轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽的反應(yīng);一步是在硝酸菌(硝酸桿菌屬、硝酸螺菌屬和硝酸球菌屬等)作用下將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng)。
亞硝酸球菌屬
③反硝化過(guò)程：污水中的NO2-和NO3-在缺氧條件下在反硝化菌(兼性異養(yǎng)型細(xì)菌)的作用下被還原為N2的過(guò)程。其反應(yīng)在缺氧條件下進(jìn)行，反硝化菌利用各種有機(jī)基質(zhì)作為電子供體，以硝態(tài)氮為電子受體而進(jìn)行缺氧呼吸，從NO3-還原為N2的過(guò)程經(jīng)歷了4步連續(xù)的反應(yīng)。
值得說(shuō)明的是在早期傳統(tǒng)的工藝，由于沒(méi)有設(shè)計(jì)脫氮工藝，會(huì)檢測(cè)出氨氮的倒掛現(xiàn)象，往往出現(xiàn)出水的氨氮比進(jìn)水大氨氮還要高的情況。
4、生物脫氮的環(huán)境
①有機(jī)碳源
硝化菌是自養(yǎng)型細(xì)菌，如果污水中的碳源-BOD濃度過(guò)高，就會(huì)使增殖速度較高的異養(yǎng)型細(xì)菌迅速繁殖，從而使自養(yǎng)型的硝化菌得不到優(yōu)勢(shì)而不能成為優(yōu)占種屬，嚴(yán)重影響硝化反應(yīng)的進(jìn)行。因此應(yīng)保持污水廠的低有機(jī)負(fù)荷，也就是高濃度的進(jìn)水一定要對(duì)應(yīng)高濃度的污泥濃度，在生物反應(yīng)池內(nèi)保持一個(gè)低的有機(jī)負(fù)荷從而有利于硝化菌的生長(zhǎng)繁殖，達(dá)到處理氨氮的效果。
②污泥齡
污泥齡是保證微生物在污水處理系統(tǒng)中的停留時(shí)間，即系統(tǒng)的污泥齡應(yīng)大于硝化菌的最小世代時(shí)間，實(shí)際運(yùn)行中，一般應(yīng)取系統(tǒng)的污泥齡為硝化菌最小世代時(shí)間的2倍以上，往往控制在6d以上，一般10-15d。根據(jù)理論分析可知，脫氮工藝的泥齡主要由硝化菌的世代期控制，因此系統(tǒng)的泥齡應(yīng)根據(jù)硝化菌確定。
較長(zhǎng)的泥齡可增加硝化能力，但對(duì)反硝化不利，隨著泥齡的增加，系統(tǒng)的AUR(比氨氮消耗速率)增加，但NUR(比硝酸鹽利用速率)和OUR(比耗氧速率)均下降。因此，若系統(tǒng)為保證硝化而采用較長(zhǎng)的泥齡，則可能會(huì)降低有機(jī)物降解速率和反硝化速率，實(shí)際運(yùn)行中往往通過(guò)增加廢水停留時(shí)間來(lái)保證系統(tǒng)中COD及TN的去除率。
③溶解氧
硝化反應(yīng)的微生物均是嚴(yán)格好氧菌，因此硝化反應(yīng)過(guò)程要求有足夠的溶解氧。大量試驗(yàn)表明，當(dāng)DO含量低于0.5mg/L時(shí)，將嚴(yán)重抑制硝化作用。在進(jìn)行硝化反應(yīng)的曝氣池中，DO濃度應(yīng)不低于1mg/L，通?？刂圃?~4mg/L。
DO的存在對(duì)反硝化過(guò)程有很大影響,當(dāng)缺氧區(qū)中的DO含量過(guò)高時(shí)，氧將會(huì)與硝酸鹽競(jìng)爭(zhēng)電子供體，并能抑制硝酸鹽還原酶的合成及其活性。一般而言，對(duì)活性污泥系統(tǒng)，反硝化過(guò)程中混合液的溶解氧濃度應(yīng)控制在0.5mg/L以下，才能保持正常的反硝化速度;而對(duì)于生物膜來(lái)說(shuō)，由于生物膜中氧的傳遞阻力較大，因而可允許較高的DO濃度。有關(guān)研究表明，當(dāng)DO<2mg/L，氨氮有可能完全硝化，但需要過(guò)長(zhǎng)的污泥齡，因此，反應(yīng)池內(nèi)的硝化反應(yīng)的溶解氧濃度≥2mg/L。
④溫度
溫度不但影響硝化菌的比增長(zhǎng)速率，而且影響硝化菌的活性。硝化反應(yīng)的適宜溫度范圍是20~30℃。在10~30℃的范圍內(nèi)，溫度的每升高10℃硝化的反應(yīng)速率加快一倍。但達(dá)到30℃時(shí)增加幅度減少。當(dāng)溫度低于5℃時(shí)，硝化細(xì)菌的生命活動(dòng)幾乎停止。
⑤pH值
硝化菌對(duì)pH值的變化非常敏感，最佳pH值范圍內(nèi)為7.5~8.5，當(dāng) pH值低于7時(shí)，硝化速率明顯降低，低于6和高于9.6時(shí),硝化反應(yīng)將停止進(jìn)行。因此，應(yīng)根據(jù)原廢水中的堿度情況適當(dāng)調(diào)整廢水的pH，并應(yīng)保持廢水中一定的剩余堿度(一般為100mg/L[CaCO3])。
⑥有機(jī)物及C/N比
硝化過(guò)程中，由于亞硝酸鹽和硝化菌均為自養(yǎng)菌，增殖速度慢，因此當(dāng)廢水中存在有機(jī)物時(shí)，將使增殖速度高的異養(yǎng)細(xì)菌迅速增殖，從而使硝化菌不能成為優(yōu)占種屬。從碳化和硝化需氧曲線可以看出，在碳化階段前期，硝化作用被抑制。只有在碳化即將完成時(shí)，才能觀察到明顯的硝化作用。因此，硝化階段系統(tǒng)中有機(jī)物含量不宜過(guò)高，BOD5值應(yīng)控制在15~20mg/L。
由于反硝化菌是異養(yǎng)細(xì)菌，因此反硝化過(guò)程需有一定的碳源作為電子供體。根據(jù)反硝化階段碳源的來(lái)源可將反硝化分為兩類(lèi)：外源脫氮和內(nèi)源脫氮。由于內(nèi)源脫氮的速率低，因此目前常采用外源脫氮。外加碳源的供給有兩種方式：一種是另外投加碳源，一種是利用原廢水中的有機(jī)碳(前置反硝化工藝等)。廢水處理中，一般采用C/N比來(lái)衡量反硝化的碳源需求，太高或太低都會(huì)影響反硝化速率。通常，當(dāng)廢水的BOD5與TKN之比為5~8時(shí)，可認(rèn)為廢水的碳源是足夠的。
⑦回流比
污泥回流和混合液回流是使該工藝獲得脫氮效果的先決條件，回流比的大小直接影響脫氮效果的好壞。
⑧有害物質(zhì)
對(duì)硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用的有害物質(zhì)主要有重金屬，高濃度的NH4+-N、NOX-N絡(luò)合陽(yáng)離子和某些有機(jī)物。一般情況下，有毒物質(zhì)主要抑制亞硝酸菌的生長(zhǎng)，個(gè)別物質(zhì)主要抑制硝酸菌的生長(zhǎng)。
來(lái)源:碧諾環(huán)保
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