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   工作原理
 
  目前,市政污水的处理过程中主要采用的是深床反硝化滤池的工艺,其中的重力流滤池十分重要,能够通过同步完成3种不同的功能,第一种是悬浮物(SS)过滤的能力;第二种是总磷(即TP中所包括的除磷能力);第三种是总氮(TN)中生物反硝化以及脱氮的能力。
 
  反硝化滤池系统使用物理分离工艺清除污水屮的悬浮物。滤池包含一层厚的粗石英砂过滤介质,可将悬浮物从被处理的污水中去除。该介质必须通过针对有效粒径、均匀性、密度和球形度的特殊试验,以确保滤池有效发挥作用。
 
  分析过滤原理
 
  在目前深度处理市政污水中,深床滤池主要是通过粗石英砂进行滤料,同时滤池运行中出现3个不同的过程,即截留、吸附以及脱附。
 
反硝化深床滤池
 
  (1)分析截留的原理
 
  截留运用方面存在两种不同的基本类型,第一是机械过滤,第二种是滤料上沉积,其中机械过滤主要通过截留其中大于污水中所存在的滤料或者是通过已沉积颗粒物所形成滤料保持筛孔中具体颗粒不会随着污水流出;其中滤料筛孔较小的情况,可以较好地提升污水处理的效果。而滤料上沉积的情况则主要针对的是悬浮颗粒物而言,其会随着污水而流动,有的可能会穿过滤料,难以被截留,此外,还和粒径、孔径大小有密切关系。
 
  (2)分析吸附的原理
 
  深度处理污水过程中,颗粒物通过滤料的表面进行吸附,此时通过滤速就可以进一步加强,主要是由于物理作用,如内聚力或者是挤压等方式进行吸附,从而可以有效净化污水能力。
 
  (3)分析脱附的原理
 
  在处理污水中,对于已沉积颗粒物而言,其会出现包裹滤料表面的情况,此时所发生的间隙就会变小,但是随着流速逐渐升高,此时的滤层阻力也会随之升高。因此,被截留沉积物则难以脱附,此时就会导致其滤料处于深层,当滤层失效前,滤池需要反复进行冲洗,进而促进滤层恢复过滤的性能。此外,深床滤池中还配有其他的处理系统,即反冲洗配水以及配气的系统,其中存在二次配水的系统中,其中的孔口分布十分密集,通过反复冲洗可以提升效率,进而促进滤池有效运行,同时减少滤池中反冲洗所需要的费用。
 
反硝化深床滤池
 
  分析反硝化中的脱氮原理
 
  在处理污水过程中,深床滤池中的滤料层可以接受缺氧环境进行运行,而且滤料表面还存在大量生物菌群,通过二级生化的方式进行处理,然后其出水可以借助于重力作用促进水流可以顺利通过,但是针对污水中出现其他的化学成分,例如硝酸盐或者是亚硝酸盐,极有可能会吸附在滤料载体中,此时生物膜就可以及时吸附,进而将这些化学物质还原为N2,这就可以在污水中进行释放,达到提升反硝化脱氮的效果,对于颗粒滤料而言,则可以通过截留悬浮物而有效净化。
 
  由于反硝化菌属于一类化能中的异氧,同时还兼有缺氧型的微生物,具�w反应方面是处于缺氧条件下,在实际的反应方面,反硝化菌可以有效还原硝基氮,同时可以将其有机物,例如甲醇就可以作为一种电子供体,对污水厂中三级处理工艺而言,反硝化滤池中所包括碳源(BOD)的量就比较低,进而可以充分保障生物菌群具有良好的活性。在污水处理过程中,滤池作为重要的一个环节,在碳源的投加过量情况下,此时污水厂就会出现BOD超标的问题。
 
  针对反硝化滤池中所出现的投加机制,其中属于其特有的信号为:进水流量、溶解氧浓度、出水硝基氮的浓度以及进水硝基氮的浓度信号,可以帮助人们精确掌握碳源投加量的情况,进而可以实现节能以及经济控制的目标。

  利用硫组分进行自养反硝化是一个利用无机还原态的硫(S2-、单质硫S、S2O32-、S4O62-、SO32-)作为电子供体、硝酸盐为电子受体的生物反硝化过程。因为单质硫的价格远低于甲醇和乙酸等碳源价格,且硫组分含量最高,可减少反硝化的运行成本,因而人们对单质硫型自养反硝化过程的研究最深入。每传递1mol的电子,单质硫型反硝化产生的能量为91.15kJ,远低于甲醇反硝化释放的能量(109.18kJ/mol),而微生物生长所需能量是相同的,因此单质硫型反硝化的污泥产率低于甲醇型反硝化,污泥处置费用低。
 
反硝化深床滤池
 
  负责硫自养反硝化的细菌主要为Thiobacillusdenifications和/或Thiomicrospiradenitrificans。DO、pH、硫颗粒粒径、S/N比、NO3-浓度、营养物和HRT是影响单质硫型自养反硝化速率的主要因素。单质硫的反硝化产物中的H+能导致亚硝酸盐的积累和硝酸盐去除速率的下降,因此需投加一定量的CaCO3维持反应体系的pH和碱度。而Thiobacillusdenifications世代期长,容易被洗出反应器,因此通常采用截留微生物效能高的单质硫-石灰石堆床作为单质硫自养反硝化反应器。单质硫可以作为Thiobacillusdenifications生物膜的载体,而石灰石不仅为自养反硝化菌提供碱度,也提供无机碳源。J.L.Campos等研究发现,在S、N质量比为3.70或6.67时,会出现NO2-的瞬间积累现象;在S、N质量比为1.16或2.24的条件下,NO2-是自养反硝化的主要终产物。这是因为NO3-的比转化速率快于NO2-的比转化速率,因此NO3-浓度较高或停留时间过短时容易导致NO2-的积累,进而自养反硝化受到明显抑制。
 
  R.Sierra-Alvareza等研究了以单质硫-石灰石为填料的生物反应器的脱氮性能,结果表明其氮负荷高达560g/(m3-d),氮去除率95.9%,表现出较高的脱氮能力。其批式实验发现,反硝化的速率与单质硫的接触面积有关,为26.4mmol/(m2-d)。A.Koenig等认为,因单质硫的可溶性较差,严重限制了其向微生物中传递,因而单质硫的溶解速率是单质硫型自养反硝化的限制因子,反应速率与硫粒粒径和表面积有关。因此,硫自养反硝化工艺应用于工业含硝酸盐废水的处理时,宜采用粒径较细的单质硫以提供足够的比表面积进行传质,必要时可选择溶解态的单质硫。由于SO42-是单质硫型自养反硝化的另一重要产物(见表1),若尾水直排地表水则会导致二次污染,因此应慎重采用该工艺;若尾水能直排海洋,则没有二次污染风险(海洋中SO42-的质量浓度为2.7mg/L左右)。因此在废水可直排海洋的沿海地区,可以采用单质硫型自养反硝化工艺来处理含硝酸盐的工业废水。
 
  与传统的生物脱氮工艺相比,A/O系统不必投加外碳源,可充分利用原污水中的有机物作碳源进行反硝化,同时达到降低BOD5和脱氮的目的;A/O系统中缺氧反硝化段设在好氧硝化段之前,因而当原水中碱度不足时,可利用反硝化过程中产生的碱度来补充硝化过程中对碱度的消耗。此外,A/O工艺中只有一个污泥回流系统,混合菌群交替处于缺氧和好氧状态及有机物浓度高和低的条件,有利于改善污泥的沉降性能及控制污泥的膨胀。反硝化菌碳源的供给可用外加碳源的方法(如传统脱氮工艺)、利用原废水中的有机碳(如前置反硝化工艺等)的方法来实现。
 
反硝化深床滤池
 
  反硝化的碳源可分为三类:第一类为外加碳源,如甲醇、乙醇、葡萄糖、淀粉、蛋白质等,但以甲醇为主;第二类为原废水中的有机碳;第三类为细胞物质,细菌利用细胞成分进行内源反硝化,但反硝化速率最慢。当原废水中的BOD5与TKN(总凯氏氮)之比在5~8时,BOD5与TK(总氮)之比大于3~5时,可认为碳源充足。如需外加碳源,多采用甲醇,因甲醇被分解后产物为CO2、H2O,不留任何难降解的产物。
 
  反硝化
 
  在缺氧条件下,由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用,将NO2--N和NO3--N还原成N2的过程,称为反硝化。反硝化过程中的电子供体(氢供体)是各种各样的有机底物(碳源)。以甲醇作碳源为例,其反应式为:
 
  6NO3-十2CH3OH→6NO2-十2CO2十4H2O
 
  6NO2-十3CH3OH→3N2十3CO2十3H2O十60H-
 
  综合反应式为:
 
  6NO3-+5CH3OH→5CO2+3N2+7H2O+6OH-
 
  由上可见,在生物反硝化过程中,不仅可使NO2--N、NO3--N被还原,而且还可使有机物氧化分解。
 
  1mg的硝酸盐氮理论消耗2。87mg的BOD5,一般4mg的BOD5即可满足反硝化的需求
 
  影响反硝化的主要因素:
 
  (1)温度 温度对反硝化的影响比对其它废水生物处理过程要大些。一般,以维持20~40℃为宜。苦在气温过低的冬季,可采取增加污泥停留时间、降低负荷等措施,以保持良好的反硝化效果;
 
  (2)pH值 反硝化过程的pH值控制在7。0~8。0;
 
  (3)溶解氧 氧对反硝化脱氮有抑制作用。一般在反硝化反应器内溶解氧应控制在0。5mg/L以下(活性污泥法)或1mg/L以下(生物膜法);
 
  (4)有机碳源 当废水中含足够的有机碳源,BOD5/TKN〉(3~5)时,可无需外加碳源。当废水所含的碳、氮比低于这个比值时,就需另外投加有机碳。外加有机碳多采用甲醇。考虑到甲醇对溶解氧的额外消耗,甲醇投量一般为NO3--N的3倍。此外,还可利用微生物死亡;自溶后释放出来的那部分有机碳,即“内碳源”,但这要求污泥停留时间长或负荷率低,使微生物处于生长曲线的静止期或衰亡期,因此池容相应增大。