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未来污水处理工艺发展的若干方向

北极星环保网来源:给水排水 陈珺2018/2/13 9:39:53我要投稿

,如图6所示。

污水处理技术

上述四种技术路线各有特点,在保持Anammox菌方面,颗粒污泥、生物膜/IFAS及悬浮+生物膜的方式比较类似,Anammox菌生长在颗粒内或附着于填料上;絮体+颗粒污泥的技术路线是利用旋流器或筛网分离Anammox菌;在抑制NOB方面,主要的控制方式有出水残留氨氮浓度、SRT控制、DO控制、瞬时缺氧等。

不同的技术路线所采用的NOB抑制措施也不完全相同,颗粒污泥路线的方式是控制曝气的体积、出水残留氨氮、HRT控制絮体的泥龄;生物膜/IFAS技术路线的方式保持较低的DO、生物膜厚度的控制以及出水残留的氨氮浓度;絮体+颗粒污泥与悬浮+生物膜的技术路线是保持较高的DO、出水残留氨氮浓度、瞬时缺氧、主动SRT等。

从实践层面来看,各种不同技术流派已经或正在中试及工程尺度规模推进主流厌氧氨氧化的实践。目前,主流DEMON工艺在德国、奥地利、荷兰、美国、丹麦的污水处理厂正在探索,主流Anita-Mox在巴黎的中试试验结果表明,在最低水温为15℃时,出水TN可以稳定低于15mg/L。新加坡樟宜再生水厂的研究结果也表明,Anammox菌对该厂的主流脱氮贡献达到了31%。这些不同层面的实践正一步步推动主流厌氧氨氧化技术向前发展。

2.3.2目前的挑战与现实意义

虽然世界各地的污水处理实践不断地推动和深化主流厌氧氨氧化的认识,但目前的挑战依然巨大,这些挑战从宏观层面看主要是水温较低与基质浓度较低造成的不利影响,从微观层面来看实际上是如何控制不同微生物的高度共生。

在主流厌氧氨氧化工艺中,主要有Anammox菌、AOB、NOB、普通异养菌(OHO),这些微生物共存于一个系统中,对不同的基质形成了非常复杂的竞争关系,主要有AOB与NOB对氧的竞争(DO的控制水平、曝气的时间)、NOB与Anammox菌对亚硝酸盐氮的竞争(不同的亚硝酸盐氮半饱和浓度及不同的温度敏感性)以及异养菌与NOB对亚硝酸盐氮的竞争,如图7所示,如何控制这些微生物处于合理的水平无论是对于微生物的认知还是控制手段的优化都是巨大的挑战。

污水处理技术

在这些复杂的竞争关系中,如何抑制NOB成为这一技术发展的关键所在,从目前的认识来看,NOB远比我们之前的认识复杂,抑制的难度也较大。在侧流工艺中,NOB主要是Nitrobacter,对NO-2-N有较低的亲和力。而在主流工艺中,NOB主要是Nitrospira,对NO-2-N有较高的亲和力,如表1所示。

污水处理技术

Anammox菌对NO2-N的半饱和常数约0.6mgNO-2-N,这样在与Nitrospira对NO-2-N的竞争中就会处于劣势,最终无法实现短程脱氮。因此,虽然目前的各种手段有助于抑制NOB,但在工程规模的负荷变化中,仍然难以有效地解决这一问题。

尽管主流厌氧氨氧化没有完全成熟,但由于这一技术的巨大吸引力促使世界各地的污水处理厂不断探索实践,同时主流厌氧氨氧化的一些技术措施对传统工艺也是有利,比如侧流向主流工艺的生物强化会提高主流工艺的污泥沉降性能、间歇曝气有助于降低传统工艺的出水TN等。

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。

延伸阅读:

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