污水處理脫氮通常通過(guò)硝化、反硝化生物途徑實(shí)現。硝化作為生物脫氮的第一步一般并不存在什么技術(shù)難點(diǎn),問(wèn)題是始于NO3-的異養反硝化(至N2)不僅需要缺氧環(huán)境,且要保證有充足的有機碳源,但我國市政污水COD普遍低下,不得不以外加碳源方式來(lái)提高異養反硝化速率,而外加碳源勢必增加污水處理碳排放。
硫自養反硝化(SAD)作為一種綠色低碳的污水脫氮技術(shù),具有成本低、污泥產(chǎn)量少、無(wú)須外加有機碳源等優(yōu)點(diǎn),能克服傳統異養反硝化缺點(diǎn),在處理低C/N污水時(shí)是用來(lái)替代傳統異養反硝化工藝的最佳工藝之一。
PART.1
SAD—原理
硫自養反硝化技術(shù)是指某些硫自養反硝化細菌在缺氧或厭氧條件下,利用無(wú)機碳(如CO32-、HCO3-)作為碳源,以低價(jià)態(tài)硫(S0、S2-、S2O32-等)為電子供體,以NO3--N為電子受體,將NO3--N還原為N2的過(guò)程。可用作電子供體的低價(jià)態(tài)硫包括:硫單質(zhì)、硫化物、硫鐵礦和硫代硫酸鹽等。硫自養反硝化常見(jiàn)電子供體具體反應式于表1。
( 表1 硫自養反硝化反應式 )
( 圖1 普通氮的循環(huán)過(guò)程 )
( 圖2 硫自養反硝化脫氮過(guò)程 )
硫自養反硝化的原理
PART.2
SAD—影響因素
顆粒尺寸
單質(zhì)硫粉的顆粒尺寸是影響固液傳質(zhì)效率的主要因素。小粒徑的單質(zhì)硫顆粒可提供更大的比表面積給微生物菌群,也更有益于反應的傳質(zhì)效率。經(jīng)實(shí)驗驗證,當單質(zhì)硫顆粒的粒徑降低至 3 mm 以下時(shí),其硝酸鹽去除速率較 10 mm 的單質(zhì)硫顆粒提高了3倍。
硫氮比(S/N)
硫自養反硝化與傳統的異養反硝化具有相同的脫氮路徑,與C/N比類(lèi)似,初始的S/N對反應也起著(zhù)十分重要的作用。S/N過(guò)低容易導致反應不完全,S/N過(guò)高不僅會(huì )導致成本的增加,還有使硝酸鹽異化還原成銨的可能。
溫度
溫度對于硫自養反硝化過(guò)程是一個(gè)重要的環(huán)境因素,對細菌的生長(cháng)和反硝化的速率有明顯的影響。根據實(shí)驗,硫自養反硝化的適宜溫度在30 ℃左右。
pH
硫自養反硝化反應多為產(chǎn)酸反應,反應過(guò)程中pH變化較大,而微生物的適宜pH區間較小,pH的變化會(huì )對系統的脫氮效率產(chǎn)生較大影響。硫自養反硝化的最適pH值約為7.0左右。
硫自養反硝化影響因素
PART.3
SAD—在污水處理中的應用
1、以硫單質(zhì)為電子供體
硫單質(zhì)是一種廉價(jià)、高效的電子供體,具有無(wú)生物毒性和不溶于水的優(yōu)點(diǎn)。與其他電子供體相比,硫單質(zhì)是目前最有希望替代外加有機碳源的物質(zhì),已被廣泛應用于廢水、地下水、地表水甚至飲用水的生物脫氮處理中。
2、以硫離子為電子供體
含有S2-的廢水對環(huán)境有著(zhù)較大的危害。污水中的S2-會(huì )對管道產(chǎn)生腐蝕,減少管道壽命,在輸送過(guò)程中水解還會(huì )產(chǎn)生H2S氣體,散發(fā)臭味的同時(shí)還具有一定的毒性。利用S2-作為硫自養反硝化的硫源可以將二者同時(shí)去除,可以達到以廢治廢的效果。
3、以硫鐵礦為電子供體
自然界中硫鐵礦儲量豐富,主要以四方硫鐵礦(FeS)、雌黃鐵礦(Fe1-x-S,x=0~0.125)和黃鐵礦(FeS2)等形式存在。利用硫鐵礦作電子供體進(jìn)行自養反硝化的優(yōu)勢在于反硝化能力和自緩沖特性強,可以同步實(shí)現脫氮除磷,副產(chǎn)物如: 硫酸鹽、廢污泥、N2O、NH4+等生成量少。
4、以硫代硫酸鹽為電子供體
硫代硫酸鹽無(wú)毒性、無(wú)抑制性、易于被微生物所利用,常用于硫自養反硝化微生物的培養富集 。
硫代硫酸鹽作電子供體,有利于生化系統的快速啟動(dòng),能最大限度地減少污泥產(chǎn)生,降低污泥后處理的能耗和溫室氣體排放。
研究表明,以硫代硫酸鹽作電子供體,進(jìn)行硫自養反硝化時(shí),硝態(tài)氮的轉化率更高,分別是硫化物和硫單質(zhì)的4.6倍和9.5倍,這是由于硫代硫酸鹽具有較高的生物可利用性,且硫單質(zhì)和硫化物對微生物也有一定的抑制作用。
硫自養反硝化的原理
PART.4
SAD—優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
1、無(wú)需投加碳源,節省了碳源的消耗;
2、濾料消耗費用小于碳源投加費用;
3、填料自身消耗,無(wú)需更換,直接投加;
4、無(wú)碳源穿透的問(wèn)題,防止出水COD升高;
5、該反應產(chǎn)生的生物量很低,最大限度的減少了后續污泥量的處理,降低了后續微生物污染。
6、具備一定的同步脫氮除磷能力;
7、無(wú)需曝氣,節省占地面積;
8、使用濾料替代碳源投加,避免藥劑燃爆風(fēng)險;
缺點(diǎn)
1、填料板結堵塞問(wèn)題,生物膜容易堵塞填料,需要頻繁反洗;
2、出水硫酸鹽含量增加;
3、該工藝對溫度的要求較高,低溫狀態(tài)下SAD過(guò)程脫氮效率較低;
4、反應器單位體積處理負荷較低,需使用粒徑較小的So顆粒;
硫自養反硝化優(yōu)缺點(diǎn)
·END·
目前,硫自養反硝化多應用于深度脫氮領(lǐng)域,有些污水處理廠(chǎng)的深度脫氮工藝采用了硫自養反硝化濾池,替代了傳統的異養反硝化濾池。但在實(shí)際應用中應根據項目的實(shí)際情況針對性選擇合適的處理技術(shù),若您在這方面有相關(guān)疑慮可隨時(shí)聯(lián)系我們咨詢(xún)。