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好氧反硝化

傳統(tǒng)脫氮理論認(rèn)為，反硝化菌為兼性厭氧菌，其呼吸鏈在有氧條件下以氧氣為終末電子受體在缺氧條件下以硝酸根為終末電子受體。所以若進(jìn)行反硝化反應(yīng)，必須在缺氧環(huán)境下。近年來(lái)，好氧反硝化現(xiàn)象不斷被發(fā)現(xiàn)和，逐漸受到人們的關(guān)注。一些好氧反硝化菌已經(jīng)被分離出來(lái)，有些可以同時(shí)進(jìn)行好氧反硝化和異養(yǎng)硝化（如Robertson等分離、篩選出的Tpantotropha.LMD82.5）。這樣就可以在同一個(gè)反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)真正意義上的同步硝化反硝化，簡(jiǎn)化了工藝流程，節(jié)省了能量。

好氧系統(tǒng)中主要的微生物

在好氧生物處理的系統(tǒng)中的微生物主要就是細(xì)菌、真菌、病毒、原生物等等組成。細(xì)菌就是好氧微生物系統(tǒng)中主要的成員。占微生物總數(shù)的90%。細(xì)菌主要就是以菌膠團(tuán)的形式生存的，菌膠團(tuán)中的微生物相互作用，相互影響，形成一個(gè)復(fù)雜的微生物系統(tǒng)狀態(tài)。微生物的種類就是隨著污水種類的不同而產(chǎn)生很多的變化。并且細(xì)菌的形態(tài)有很多種，主要的細(xì)菌有球菌、桿菌、等等一些菌體。

在廢水好氧生物處理的過(guò)程中，去除碳的有機(jī)物是主要的方法，而去除碳有機(jī)物主要的作用就是異氧菌，而數(shù)量多的也是異氧菌。好氧系統(tǒng)存活于酸性的環(huán)境，需要的含氧量較低。在一些特定的情況中，新生的微生物就是一種狀態(tài)不穩(wěn)定的有機(jī)物，并且很容易的分離開(kāi)。在好氧系統(tǒng)微生物處理主要的原理就是將廢水中可溶解的有機(jī)物轉(zhuǎn)變成一個(gè)不溶性的有機(jī)物使其沉淀，形成固體。使廢水能夠得到一定程度的凈化，但是在形成一個(gè)固體之后，微生物的性質(zhì)并不是很穩(wěn)定，大都需要一定的手工處理。

主要優(yōu)點(diǎn)：

    MBR膜生物反應(yīng)器在MBR污水處理和MBR中水回用工程的應(yīng)用中具有以下十分突出的優(yōu)點(diǎn)：

    1) MBR膜生物反應(yīng)器的污染物去除效率高，處理出水水質(zhì)好；

    2) MBR膜生物反應(yīng)器的污泥濃度高，裝置容積負(fù)荷大，占地面積小；

    3) MBR膜生物反應(yīng)器有利于增殖緩慢或微生物的截留，提高系統(tǒng)的硝化效果和對(duì)難降解有機(jī)物的處理能力；

    4) MBR膜生物反應(yīng)器的剩余污泥產(chǎn)生量低；

    5) MBR膜生物反應(yīng)器易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作管理方便；

    6) 經(jīng)處理后排放水SS和濁度都接近于零，可實(shí)現(xiàn)回用。

強(qiáng)氧化好氧生物處理其典型代表有粉末活性炭法（PACT工藝）

粉末活性碳法的主要特點(diǎn)是向曝氣池中投加粉末活性炭（PAC）利用粉末活性炭發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和更大的吸附能力，使溶解氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在其表面富集，為吸附在PAC 上的微生物提供良好的生活環(huán)境從而提高有機(jī)物的降解速率。

  傳統(tǒng)和新開(kāi)發(fā)的脫氮工藝有A/O，兩段活性污泥法、強(qiáng)氧化好氧生物處理、短程硝化反硝化、超聲吹脫處理氨氮法方法等。

2.1A/O工藝將前段缺氧段和后段好氧段串聯(lián)在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在缺氧段異養(yǎng)菌將污水中的淀粉、纖維、碳水化合物等懸浮污染物和可溶性有機(jī)物水解為有機(jī)酸，使大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物，不溶性的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可溶性有機(jī)物，當(dāng)這些經(jīng)缺氧水解的產(chǎn)物進(jìn)入好氧池進(jìn)行好氧處理時(shí)，提高污水的可生化性，提高氧的效率；在缺氧段異養(yǎng)菌將蛋白質(zhì)、脂肪等污染物進(jìn)行氨化（有機(jī)鏈上的N或氨基酸中的氨基）游離出氨（NH3、NH4+），在充足供氧條件下，自養(yǎng)菌的硝化作用將NH3-N（NH4+）氧化為NO3-，通過(guò)回流控制返回至A池，在缺氧條件下，異氧菌的反硝化作用將NO3-還原為分子態(tài)氮（N2）完成C、N、O在生態(tài)中的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)污水無(wú)害化處理。其特點(diǎn)是缺氧池在前，污水中的有機(jī)碳被反硝化菌所利用，可減輕其后好氧池的有機(jī)負(fù)荷，反硝化反應(yīng)產(chǎn)生的堿度可以補(bǔ)償好氧池中進(jìn)行硝化反應(yīng)對(duì)堿度的需求。好氧在缺氧池之后，可以使反硝化殘留的有機(jī)污染物得到進(jìn)一步去除，提高出水水質(zhì)。BOD5的去除率較高可達(dá)90～95%以上，但脫氮除磷效果稍差，脫氮效率70～80%，除磷只有20～30%。盡管如此，由于A/O工藝比較簡(jiǎn)單，也有其突出的特點(diǎn)，目前仍是比較普遍采用的工藝。

2.2兩段活性污泥法能有效的去除有機(jī)物和氨氮，其中第二級(jí)處于延時(shí)曝氣階段，停留時(shí)間在36小時(shí)左右，污水濃度在2g/l以下，可以不排泥或少排泥從而降低污泥處理費(fèi)用。

MBR技術(shù)是一種*的污水處理技術(shù)，其核心是基于浸入式高強(qiáng)中空纖維膜分離和生物反應(yīng)技術(shù)，將懸浮生長(zhǎng)生物反應(yīng)器與超濾膜分離系統(tǒng)一體化，用超濾膜分離方法替代了傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)中的二沉池和砂濾系統(tǒng)。其特點(diǎn)是處理水水質(zhì)非常好，懸浮固體、CODcr、NH3-N、BOD5和濁度很低，可直接回用作雜用水，比如飲用水以外的生活雜用水，園林綠化，洗車等；工業(yè)用水，比如循環(huán)冷卻用水或直接作為反滲透進(jìn)水、生產(chǎn)鍋爐補(bǔ)給水和電子工業(yè)超純水。

    超濾膜通常是直接浸沒(méi)在曝氣池中，直接與生物反應(yīng)混合液接觸，通過(guò)過(guò)濾泵的負(fù)壓抽吸使濾后水通過(guò)外壓式中空纖維膜達(dá)到固液分離的作用。負(fù)壓抽吸的壓差非常低，大只有2.2米的水頭，單位處理水所需的能量較小。在過(guò)濾過(guò)程中，通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)在膜的底部通入空氣。一方面氣流上升產(chǎn)生的湍流對(duì)中空纖維膜的外表面產(chǎn)生擦洗作用，從而可連續(xù)清除掉膜表面上粘附的固體物質(zhì)，防止或降低膜的污染或堵塞；另一方面這種氣流同時(shí)也具有曝氣作用，可提供生物降解所需要的大部分耗氧量。生物降解所需要的其余部分氧還要通過(guò)擴(kuò)散曝氣系統(tǒng)來(lái)完成。生物反應(yīng)中產(chǎn)生的過(guò)量污泥直接從超濾膜池中排出。

厭氧氨氧化（ANAMMOX）和全程自養(yǎng)脫氮(CANON)

厭氧氨氧化是指在厭氧條件下氨氮以亞硝酸鹽為電子受體直接被氧化成氮?dú)獾倪^(guò)程。

厭氧氨氧化（Anaerobicammoniaoxidation，簡(jiǎn)稱ANAMMOX）是指在厭氧條件下，以Planctomycetalessp為代表的微生物直接以NH4+為電子供體，以NO2-或NO3-為電子受體，將NH4+、NO2-或NO3-轉(zhuǎn)變成N2的生物氧化過(guò)程。該過(guò)程利用*的生物機(jī)體以硝酸鹽作為電子供體把氨氮轉(zhuǎn)化為N2，大限度的實(shí)現(xiàn)了N的循環(huán)厭氧硝化，這種耦合的過(guò)程對(duì)于從厭氧硝化的廢水中脫氮具有很好的前景，對(duì)于高氨氮低COD的污水由于硝酸鹽的部分氧化，大大節(jié)省了能源。目前推測(cè)厭氧氨氧化有多種途徑。其中一種是羥氨和亞硝酸鹽生成N2O的反應(yīng)，而N2O可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓北谎趸癁榱u氨。另一種是氨和羥氨反應(yīng)生成聯(lián)氨，聯(lián)氨被轉(zhuǎn)化成氮?dú)獠⑸?個(gè)還原性[H]，還原性[H]被傳遞到亞硝酸還原系統(tǒng)形成羥氨。第三種是：一方面亞硝酸被還原為NO，NO被還原為N2O，N2O再被還原成N2；另一方面，NH4+被氧化為NH2OH，NH2OH經(jīng)N2H4，N2H2被轉(zhuǎn)化為N2。厭氧氨氧化工藝的優(yōu)點(diǎn)：可以大幅度地降低硝化反應(yīng)的充氧能耗；免去反硝化反應(yīng)的外源電子供體；可節(jié)省傳統(tǒng)硝化反硝化反應(yīng)過(guò)程中所需的中和試劑；產(chǎn)生的污泥量極少。厭氧氨氧化的不足之處是：到目前為止，厭氧氨氧化的反應(yīng)機(jī)理、參與菌種和各項(xiàng)操作參數(shù)不明確。

全程自養(yǎng)脫氮的全過(guò)程實(shí)在一個(gè)反應(yīng)器中完成，其機(jī)理尚不清楚。Hippen等人發(fā)現(xiàn)在限制溶解氧（DO濃度為0.8·1.0mg/l）和不加有機(jī)碳源的情況下，有超過(guò)60%的氨氮轉(zhuǎn)化成N2而得以去除。同時(shí)Helmer等通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明在低DO濃度下，細(xì)菌以亞硝酸根離子為電子受體，以銨根離子為電子供體，終產(chǎn)物為氮?dú)狻Ｓ袑?shí)驗(yàn)用熒光原位雜交技術(shù)監(jiān)測(cè)全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器中的微生物，發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)器處于穩(wěn)定階段時(shí)即使在限制曝氣的情況下，反應(yīng)器中任然存在有活性的厭氧氨氧化菌，不存在硝化菌。有85%的氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻ｈb于以上理論，全程自養(yǎng)脫氮可能包括兩步是將部分氨氮氧化為煙硝酸鹽，第二是厭氧氨氧化。

MBR(膜生物反應(yīng)器)工藝特征：

    1) 對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)行降解、硝化菌將NH3-N硝化為NO3-，對(duì)有機(jī)物去除率在95%以上；對(duì)氨氮去除率在97%以上。

    2) 預(yù)處理過(guò)程簡(jiǎn)單，不需要大量投加化學(xué)藥劑，操作過(guò)程簡(jiǎn)單；

    3) 回收率高，水的回收率可達(dá)到99%以上，這種靈活性容許操作員在流入的未凈化水品質(zhì)惡化時(shí)通過(guò)降低回收率減少對(duì)隔膜的“壓力”，但同時(shí)產(chǎn)生相同總量和品質(zhì)的凈化水；

    4) 系統(tǒng)使用邏輯進(jìn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括流量傳送器和壓力傳送器等等。這種高度受控的系統(tǒng)方法可用于設(shè)計(jì)靈活的系統(tǒng)并提高操作員接口的要求；

    5) 空氣沖洗保證在各種流入條件下都能可靠運(yùn)行；

    6) 自動(dòng)反沖保證在較低的過(guò)膜壓力下提高整體膜通量；

    7) 占地面積小，只有傳統(tǒng)工藝的10～20%；

    8) 使用壽命長(zhǎng)，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間可達(dá)7萬(wàn)小時(shí)，斷絲率小于1%。

影響好氧生物處理的因素

在好氧系統(tǒng)微生物處理的過(guò)程中主要的影響因素大致都有溫度、PH、營(yíng)養(yǎng)物、供氧、毒物和有機(jī)物等等。

3.1溫度的影響

根據(jù)微生物生長(zhǎng)適合的溫度，細(xì)菌也可以分為三類，低溫、中溫、高溫三類。低溫中佳的微生物生長(zhǎng)溫度是5～10℃，中溫中佳的微生物生長(zhǎng)溫度是20～40℃，高溫中佳的微生物生長(zhǎng)溫度是50～55℃。在廢水好氧系統(tǒng)中微生物處理主要是在15～35℃的條件下運(yùn)行的，若是溫度要是低于10攝氏度或是高于40攝氏度，去除BOD的效率大大降低，一般都是運(yùn)行在20～30℃中效果是好的，并且若是溫度增加，微生物的活動(dòng)能力就可以增加一倍左右。