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污水處理過程中,,脫氮是一個世紀(jì)難題,從最初傳統(tǒng)的硝化反硝化,,到后來的短程硝化,、厭氧氨氧化、短程硝化—厭氧氨氧化,、生物膜內(nèi)自養(yǎng)脫氮等工藝,。這些工藝在實施過程中的一個難點就是如何很好的控制細(xì)菌??辞迦A大學(xué)的鄭敏博士他們團(tuán)隊的新研究——利用超聲波技術(shù)控制廢水脫氮過程,,是如何實現(xiàn)高效、節(jié)能的短程硝化脫氮,。

項目名稱:利用超聲波控制廢水脫氮過程的技術(shù)初探及應(yīng)用前景展望
技術(shù)名稱:超聲波

項目背景

與傳統(tǒng)廢水生物脫氮利用細(xì)菌將氨氮氧化為硝酸鹽再轉(zhuǎn)化為氮氣的方式不同,,短程硝化—反硝化工藝可以僅將氨氮氧化為亞硝酸鹽(短程硝化)即還原為氮氣,,因而短程硝化脫氮方法具有大幅節(jié)省曝氣所耗的能耗、節(jié)省反硝化所需碳源,、減少污泥產(chǎn)量,縮短反應(yīng)時間及減少相應(yīng)反應(yīng)器容積等優(yōu)勢,。

短程硝化是關(guān)鍵,,但實施的難點是要控制廢水處理的細(xì)菌僅將氧化氨氮至亞硝酸鹽。超聲波是指頻率為20kHz以上的聲波,,研究報道表明超聲波技術(shù)可以強(qiáng)化污水處理工藝性能,,如增強(qiáng)污泥微生物活性、提高營養(yǎng)元素去除率及誘導(dǎo)污泥減量等,,是否能利用超聲波技術(shù)有效控制脫氮進(jìn)程,,從而實現(xiàn)高效、節(jié)能的短程硝化脫氮,?

技術(shù)要點分析

1,、污水處理傳統(tǒng)脫氮工藝簡介
2、短程硝化脫氮新工藝的發(fā)展歷程
3,、超聲波技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用研究現(xiàn)狀
4,、超聲波控制短程脫氮技術(shù)及應(yīng)用前景展望

污水處理傳統(tǒng)脫氮工藝簡介

1)物化處理脫氮技術(shù):吹脫法、選擇性離子交換法,、化學(xué)沉淀法,、電化學(xué)法和反滲透法;折點氯化法(低濃度氨氮),。生物處理脫氮技術(shù):氨化,;硝化;反硝化,。
2)傳統(tǒng)的生物脫氮工藝:傳統(tǒng)的生物脫氮工藝主要應(yīng)用全程硝化-反硝化工藝,,包含前置和后置反硝化池等形式。傳統(tǒng)生物脫氮工藝需要經(jīng)歷氨化,、完全硝化,、反硝化過程,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,,過程冗長,,對能量、碳源,、溶解氧均有較高的要求,,雖然從工藝上應(yīng)用廣泛,易于實現(xiàn),,但單位脫氮成本高,。

新型生物脫氮技術(shù)

短程硝化反硝化:即將氨氮氧化為亞硝酸鹽(短程硝化),,再將亞硝酸鹽還原為氮氣。直到1998年荷蘭Hellinga才提出一個實用的SHARON技術(shù),。這一技術(shù)是針對厭氧硝化池的上清液,,利用厭氧硝化工藝的中溫(35℃左右),控制污泥齡2-3天,,讓NOB很難生長,,而AOB還具有一定活性,使亞硝酸鹽大量積累,。
亞硝化—厭氧氨氧化:亞硝酸鹽直接與厭氧氨氧化菌反應(yīng)生成氮氣,。其優(yōu)點是無需有機(jī)碳源。目前獲得成功的應(yīng)用只有:1)實驗室抑制或淘汰NOB同時保留AOB的方法在獲得成功后只有荷蘭的中溫短程硝化SHARON獲得了成功的工程應(yīng)用,。2)利用生物膜內(nèi)AOB和NOB兩類細(xì)菌對氧的親和系數(shù)(Ks)不同也成功實現(xiàn)了短程硝化與ANAMMOX在生物膜里的同步反應(yīng)(CANON),,并使之成為目前工程中ANAMMOX應(yīng)用的主要技術(shù)。

超聲波技術(shù)應(yīng)用研究現(xiàn)狀

1,、超聲波在水溶液中的效應(yīng):熱效應(yīng),;空化效應(yīng);彌散效應(yīng),。
2,、在水處理中的應(yīng)用:a、可以預(yù)處理厭氧消化污泥(把微生物進(jìn)一步破碎,,將微生物中的有機(jī)物釋放),,提高甲烷產(chǎn)率;b,、增強(qiáng)生物活性,,促進(jìn)生物傳感器過程(彌散效應(yīng),在頻率和強(qiáng)度低時,,可增強(qiáng)微生物的活性,;在研究層面針對厭氧氨氧化菌、除磷菌,、硝化菌甚至厭氧菌都有提及),;c、溶胞—隱形生長(細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物釋放,,有機(jī)物回流到污水處理過程中,,然后再通過微生物降解),探討剩余污泥源頭減量,,最大的問題是能耗高,。
3、超聲波對微生物的作用機(jī)理:直接物理作用,;化學(xué)作用,;壓力誘導(dǎo)作用,。

超聲波控制短程脫氮技術(shù)及應(yīng)用前景展望

1、研究發(fā)現(xiàn)在某些超聲條件下,,AOB的活性比初始狀態(tài)要高很多,;而NOB的活性隨著超聲波強(qiáng)度的增強(qiáng)下降的較為厲害。
2,、基于這樣的機(jī)理,,提出用超聲波控制短程硝化是否可行。從右圖可以看出:隨著超聲能量比例的增強(qiáng),,AOB活性逐漸上升后下降,NOB活性小幅上升之后迅速下降,。因此在中間條件下,,使體系內(nèi)AOB維持在基準(zhǔn)水平或更高水平,NOB活性受到抑制,,逐漸下降,。
3、針對高濃度氨氮廢水處,,超聲波強(qiáng)化了AOB活性,,可以實現(xiàn)快速積累亞硝鹽。在后期的中試時,,提高短程硝化的效率,,控制超聲的能耗水平,優(yōu)化中試運行的條件是將要開展的工作,。 展望:超聲波本身是往體系輸送能量的,,如何在污水處理中能夠提高短程硝化的效率,那么整個污水處理的流程會縮短,,典型的占地會減少,,初期投資會下降;此外,,用超聲波處理,,同時有污泥減量化的效果;通過超聲波處理污泥可以使厭氧硝化污泥產(chǎn)甲烷的效率上升,,在國外有論證是可行的,。總的來說,,從水處理方面相對是高效節(jié)能,,對于污泥資源化亦有一定的貢獻(xiàn)。

對于超聲波我們可能并不陌生,,但將其應(yīng)用于污水處理中,,還是新型的技術(shù),。超聲波在水處理及污泥減量化中應(yīng)用的初步探索,技術(shù)干貨頗多,,可以說是受益匪淺,。從當(dāng)前的脫氮工藝開始講,通過實驗室小試的對比進(jìn)行了可行性論證和研究,,也證明了超聲波在脫氮過程中確實具有一定的作用,。在實際應(yīng)用過程中還需要進(jìn)一步的研究,進(jìn)行中試,。

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