消化液回流技術(shù)介紹和屠宰污水設(shè)備說明

在許多發(fā)展中國家和發(fā)達(dá)國家，地表水和地下水受到硝酸鹽或亞硝酸鹽污染的現(xiàn)象日益增多。離子交換、吸附、化學(xué)處理、膜技術(shù)和生物處理技術(shù)等是處理含硝酸鹽廢水的成熟方法。離子交換和吸附工藝主要用于高純水的處理，并且NO3-→NO2-→NO→N2O→N2，C、S、H 等都可以作為反硝化過程的電子供體。目前針對(duì)不同的電子供體，科學(xué)家們研究了相應(yīng)的異養(yǎng)和自養(yǎng)生物反硝化工藝，筆者對(duì)這些工藝進(jìn)行了較詳細(xì)的論述，硝酸鹽的處理提供技術(shù)方案選擇。

1 異養(yǎng)反硝化
 
異養(yǎng)反硝化是由反硝化細(xì)菌利用有機(jī)碳源作為能源和電子供體，把硝酸鹽反硝化為氮?dú)獾倪^程。已知的異養(yǎng)反硝化細(xì)菌有Pseudomonas、Paracocus、 Flavobacterium、Alcaligenes、Bacillus spp.等〔1〕。C/N、進(jìn)水硝酸鹽濃度、微生物濃度、SRT、HRT 和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)是影響硝酸鹽去除速率的主要因素。

消化液回流技術(shù)介紹和屠宰污水設(shè)備說明

對(duì)于含有豐富碳源的生活污水和養(yǎng)殖廢水，C/N 不是反硝化的主要影響因子。但某些工業(yè)廢水，如冶金、電鍍、半導(dǎo)體、制造和能源廢水，其有機(jī)物濃度很低甚至沒有，卻含有高濃度的NO3--N。為獲得較高的脫氮水平，往往需要給這些廢水外加碳源。通常，反硝化過程中選擇何種外加碳源與經(jīng)濟(jì)有關(guān)，甲醇、乙酸和乙醇的反硝化速率相近，因甲醇*而應(yīng)用zui廣泛。但由于甲醇毒性較大，近年多采用乙酸作為外加碳源。它們通常與磷酸鹽一起投加，以保證出水NO2--N 在較低的水平。然而，未利用完的外加碳源可能引起二次污染，因此其工藝出水需要混凝、吸附等后續(xù)處理。另外利用這些傳統(tǒng)碳源進(jìn)行反硝化時(shí)，污泥產(chǎn)率較高（見表 1），一方面加大了污泥處置的費(fèi)用，另一方面因其出水中的微生物濃度超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)較大，需要進(jìn)行嚴(yán)格的消毒。

科學(xué)家們也曾研究利用更經(jīng)濟(jì)的非溶解性碳源進(jìn)行反硝化的可能性，即利用非溶解性碳源作為微生物的食物及附著的填料，緩釋的碳源使反硝化得以進(jìn)行而不會(huì)導(dǎo)致出水中有機(jī)物超標(biāo)。棉花〔7, 8, 9〕、麥稈〔10〕、報(bào)紙〔11〕、鋸末〔12〕、淀粉〔13〕、菜油〔14〕等都被用于生物反硝化，其中棉花作為碳源時(shí)的反硝化速率較高，可達(dá)353 g/（m3·d），但仍低于甲醇等傳統(tǒng)碳源的反硝化速率（見表 2）。

因此仍需進(jìn)一步提高固態(tài)碳源的溶解速率和反硝化的穩(wěn)定性，使利用非溶解性碳源的異養(yǎng)反硝化得以應(yīng)用于工業(yè)廢水的脫硝。

2 自養(yǎng)反硝化
 
近年來，人們發(fā)現(xiàn)硫、氫等也能為自養(yǎng)反硝化細(xì)菌提供電子進(jìn)行硝酸鹽的脫除。這可以解決反硝化過程中因有機(jī)碳源的過量使用而導(dǎo)致出水中有機(jī)物過量和微生物超標(biāo)的問題，有效降低運(yùn)行成本。因此自養(yǎng)反硝化對(duì)低C/N 含硝酸鹽廢水的處理有著較高的應(yīng)用價(jià)值。

2.1 硫型反硝化
 
利用硫組分進(jìn)行自養(yǎng)反硝化是一個(gè)利用無機(jī)還原態(tài)的硫（S2-、單質(zhì)硫S、S2O32-、S4O62-、SO32-）作為電子供體、硝酸鹽為電子受體的生物反硝化過程。因?yàn)閱钨|(zhì)硫的價(jià)格遠(yuǎn)低于甲醇和乙酸等碳源價(jià)格，且硫組分含量zui高，可減少反硝化的運(yùn)行成本，因而人們對(duì)單質(zhì)硫型自養(yǎng)反硝化過程的研究zui深入。每傳遞 1 mol 的電子，單質(zhì)硫型反硝化產(chǎn)生的能量為91.15 kJ，遠(yuǎn)低于甲醇反硝化釋放的能量（109.18 kJ/mol），而微生物生長所需能量是相同的，因此單質(zhì)硫型反硝化的污泥產(chǎn)率低于甲醇型反硝化，污泥處置費(fèi)用低。

負(fù)責(zé)硫自養(yǎng)反硝化的細(xì)菌主要為Thiobacillus denifications和/或Thiomicrospira denitrificans〔21〕。DO、 pH、硫顆粒粒徑、S/N 比、NO3-濃度、營養(yǎng)物和HRT 是影響單質(zhì)硫型自養(yǎng)反硝化速率的主要因素。單質(zhì)硫的反硝化產(chǎn)物中的H+能導(dǎo)致亞硝酸鹽的積累和硝酸鹽去除速率的下降〔22〕，因此需投加一定量的CaCO3 維持反應(yīng)體系的pH 和堿度。而 Thiobacillus denifications 世代期長，容易被洗出反應(yīng)器，因此通常采用截留微生物效能高的單質(zhì)硫-石灰石堆床作為單質(zhì)硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器。單質(zhì)硫可以作為Thiobacillus denifications 生物膜的載體，而石灰石不僅為自養(yǎng)反硝化菌提供堿度，也提供無機(jī)碳源〔21〕。 J. L. Campos 等〔5〕研究發(fā)現(xiàn)，在S、N 質(zhì)量比為 3.70 或6.67 時(shí)，會(huì)出現(xiàn)NO2-的瞬間積累現(xiàn)象；在S、N 質(zhì)量比為1.16 或2.24 的條件下，NO2-是自養(yǎng)反硝化的主要終產(chǎn)物。這是因?yàn)镹O3-的比轉(zhuǎn)化速率快于 NO2-的比轉(zhuǎn)化速率，因此NO3-濃度較高或停留時(shí)間過短時(shí)容易導(dǎo)致NO2-的積累，進(jìn)而自養(yǎng)反硝化受到明顯抑制。

R. Sierra-Alvareza 等〔17〕研究了以單質(zhì)硫－石灰石為填料的生物反應(yīng)器的脫氮性能，結(jié)果表明其氮負(fù)荷高達(dá)560 g/（m3·d），氮去除率95.9%，表現(xiàn)出較高的脫氮能力。其批式實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，反硝化的速率與單質(zhì)硫的接觸面積有關(guān)，為26.4 mmol/（m2·d）。A. Koenig 等〔23〕認(rèn)為，因單質(zhì)硫的可溶性較差，嚴(yán)重限制了其向微生物中傳遞，因而單質(zhì)硫的溶解速率是單質(zhì)硫型自養(yǎng)反硝化的限制因子，反應(yīng)速率與硫粒粒徑和表面積有關(guān)。因此，硫自養(yǎng)反硝化工藝應(yīng)用于工業(yè)含硝酸鹽廢水的處理時(shí)，宜采用粒徑較細(xì)的單質(zhì)硫以提供足夠的比表面積進(jìn)行傳質(zhì)，必要時(shí)可選擇溶解態(tài)的單質(zhì)硫。由于SO42-是單質(zhì)硫型自養(yǎng)反硝化的另一重要產(chǎn)物（見表 1），若尾水直排地表水則會(huì)導(dǎo)致二次污染，因此應(yīng)慎重采用該工藝；若尾水能直排海洋，則沒有二次污染風(fēng)險(xiǎn)（海洋中SO42-的質(zhì)量濃度為2.7 mg/L 左右）。因此在廢水可直排海洋的沿海地區(qū)，可以采用單質(zhì)硫型自養(yǎng)反硝化工藝來處理含硝酸鹽的工業(yè)廢水。