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未来污水处理工艺发展的若干方向、规律及应用(下)

北极星环保网  来源:给水排水  作者:陈珺  2018/2/13 8:36:36  我要投稿  

北极星环保网讯:在昨天发布的《未来污水处理工艺发展的若干方向、规律及应用(上)》中为我们回顾了污水处理工艺发展的历史、探讨了未来污水处理工艺发展的方向,本文我们将继续了解工艺发展的规律、未来污水处理技术的应用等问题。

2.3.3未来的发展

或许历史中的某些现象可以给未来的发展提供一些启迪。早在1906年就有报道污水在过滤时出现氮损失的现象,特别是在处理稀释的尿液时尤为明显,滤后出水的氮浓度不到原进水的一半,Chick认为这是某种微生物起到了作用。其他的研究者在上世纪30的年代也报道,当亚硝酸盐与氨氮同时存在时会发生“自动氧化”的现象。这种现象虽然难以确切地表明一定是Anammox菌在起作用,但至少表明自然界的氮循环现象比我们想象的要远为复杂。

因此,主流厌氧氨氧化的未知领域探索仍需深入,一方面是NOB的抑制,尤其是间歇曝气对NOB的抑制非常关键,这方面的深入研究非常关键;另外一方面是Anammox菌的生长,虽然侧流向主流的生物强化在多个污水处理厂进行了实践,但其确切的机理及意义还需要进一步研究。未来的突破很可能是来自微生物学的研究进展,尤其是需要寻找到一种对亚硝酸盐氮有较强亲和力的Anammox菌,这种Anammox菌的特性也许和侧流工艺中的有很大的不同。

2.4生物膜技术

无论从人类的伤口感染、中耳炎,还是食品的变质、输水管道内壁的微生物的附着,生物膜存在于人类生活的方方面面,其在污水处理方面的应用历史甚至比活性污泥法还长,最为典型的便是早期滴滤池在欧美各地的应用。

未来污水处理工艺发展的若干方向、规律及应用(下)

虽然生物膜工艺在活性污泥法出现之后应用数量有所下降,但从来没有退出历史的舞台。随着对生物膜机理认识的愈加深入,尤其是在生物膜形成机理及结构稳定性方面的认识促使一些新型生物膜技术得到了发展,这一具有悠久历史的技术正重新焕发出新的光芒。

2.4.1MBBR/IFAS

作为生物膜技术的典型代表,MBBR/IFAS工艺在全球有超过1 200座污水处理厂[45]的应用,在未来这种技术将得到更为广泛的应用,其应用的场合不仅限于有机物去除及硝化的目的,还可用于反硝化以及厌氧氨氧化。

MBBR/IFAS工艺在未来的发展将在理解生物膜机理方面不断深入,尤其是在生物膜模型方面,目前广为接受的模型是一维模型,但实际上简单的一维模型可能很难真实反映客观世界,特别是有关生物膜水动力学方面的特征。生物膜模型的应用已经成为设计人员研究与应用的一个重要工具。

另外,在某种程度上,MBBR工艺与好氧颗粒污泥有着类似之处,EPS对生物膜结构的稳定性方面扮演着重要的角色,这与其对好氧颗粒污泥的作用相似。实际上,在微生物研究者的角度来看,好氧颗粒污泥也是一种生物膜技术。而在工程应用者的角度来看,两者是不同的技术。

2.4.2MABR

在传统活性污泥工艺中,40%~60%的能耗用于曝气,但是鼓风曝气只能将5%~25%的氧转移到水中,剩余的会以气泡的形式逸出进入大气。相反,如果能将100%的氧转移到水中,鼓风曝气的能耗将降低75%~95%。因此,围绕如何有效地利用氧降低能耗始终是污水处理技术研究的一个重要内容。

近些年来,在曝气利用效率方面一项颇具发展潜力的生物膜技术是MABR(Membrane Aerated Biofilm Reactor,即膜曝气生物膜反应器)引起业内的广为关注,并被众多研究者广为看好。MABR的主要原理是采用空气在膜丝中进入,生物膜附着于膜材料表面上(如图9所示),曝气的氧利用效率得到了极大的提高。传统微孔曝气技术的氧转移率通常为1~2 kg O2/k˙Wh,而MABR可以达到6 kg O2/kW˙h以上,节能效果非常显著。

未来污水处理工艺发展的若干方向、规律及应用(下)

MABR工艺的另外一个特点是基质扩散的相反梯度,如图10所示。在传统的生物膜工艺中,BOD、NH3-N、DO的浓度随着由液相向生物膜的扩散过程中而浓度逐渐降低,这种情对于硝化是不利的,需要有足够的DO能够穿透进入生物膜内部,而这样对生物膜外层的异养菌反硝化又是不利的。

未来污水处理工艺发展的若干方向、规律及应用(下)

在MABR工艺中,BOD与DO在生物膜内的变化情况正好相反,BOD从液相扩散进入到生物膜后逐渐降低,而DO从靠近膜的方向向着液相的方向逐渐降低,这样对于硝化和反硝化都有利,这样MABR工艺在脱氮方面有着独特的技术优势。

延伸阅读:

未来污水处理工艺发展的若干方向、规律及应用(上)

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