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什么是硫自養(yǎng)反硝化?

發(fā)布時(shí)間:2022年08月04日 10:45 作者:環(huán)保工程師 點(diǎn)擊數(shù):

來源:環(huán)保工程師


一、什么是硫自養(yǎng)反硝化?

硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)是以硫化鈉(Na2S)、和硫代硫酸鈉(Na2S2O3)單質(zhì)硫(S0)等還原態(tài)硫源為電子供體, CO32-、HCO3-、CO2作為無機(jī)碳源,在缺氧環(huán)境下將NO3--N還原為N2的一種新型的自養(yǎng)反硝化技術(shù)。

硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)的研究最早源于20世紀(jì)的70年代,與其他自養(yǎng)反硝化技術(shù)相比,被作為電子供體的還原態(tài)的硫化物廉價(jià)易得、受水質(zhì)影響小、且易于被利用。因此,硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)一直以來就被看做是在處理低C/N污水時(shí)用來替代傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化工藝的最佳工藝之一。并且由于硫自養(yǎng)反硝化過程中包含了S的氧化和N的還原過程,因此,在廢物資源化利用方面也有著相當(dāng)大的潛力!

目前,硫自養(yǎng)反硝化多應(yīng)用于深度脫氮領(lǐng)域,有些污水處理廠的深度脫氮工藝采用了硫自養(yǎng)反硝化濾池,替代了傳統(tǒng)的異養(yǎng)反硝化濾池!

二、硫自養(yǎng)反硝化中硫形態(tài)的分類

三、硫離子(S2-)含有S2-的廢水對(duì)環(huán)境有著較大的危害。

污水中的S2-會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生腐蝕,減少管道壽命,在輸送過程中水解還會(huì)產(chǎn)生H2S氣體,散發(fā)臭味的同時(shí)還具有一定的毒性。利用S2-做為硫自養(yǎng)反硝化的硫源可以將二者同時(shí)去除,可以達(dá)到以廢治廢的效果,反應(yīng)方程式如下所示。NO3-+ 0.70S2-+0.997H++0.131CO2→0.70SO42-+0.50N2+0.406H2O+0.026C5H7O2N硫代硫酸鈉

Na2S2O3為電子供體具有溶解度高、傳質(zhì)好、成本低等優(yōu)點(diǎn),且對(duì)系統(tǒng)的pH影響較小,被大量研究證明是效果最好的硫源,以Na2S2O3為硫源的反硝化方程式如下所示。    

0.844S2O32-+NO3-+0.347CO2+0.086HCO3-+0.0086NH4++0.434H2O→1.689SO42-+0.500N2+0.086C5H7O2N+0.697H+

硫鐵礦

硫鐵礦物在地殼中有豐富的含量,在我國儲(chǔ)量較大,其所含有的Fe和S元素也能為微生物提供電子,具備參與自養(yǎng)反硝化的潛力。其反應(yīng)式如下所示。0.364FeS2+0.116CO2+NO3-+0.82H2O+0.023NH+4→0.5N2+0.729SO42-+0.364Fe(OH)3+0.023C5H7O2N+0.480H+

硫單質(zhì)

S0無毒、穩(wěn)定、幾乎不溶于水,與液態(tài)硫源相比,更方便操作,不僅能為硫自養(yǎng)反硝化過程持續(xù)提供電子,還可以為微生物的附著提供載體,是目前研究者最為關(guān)注的硫源之一。其反應(yīng)方程式如下所示。

NO3-+1.1S+0.4CO2+0.76H2O+0.08NH4+→0.5N2+1.1SO42-+1.28H++0.08C5H7O2N

、硫自養(yǎng)反硝化影響因素

1、硫氮比(S/N)

硫自養(yǎng)反硝化與傳統(tǒng)的異養(yǎng)反硝化具有相同的脫氮路徑],與C/N比類似,初始的S/N對(duì)反應(yīng)也起著十分重要的作用。S/N過低容易導(dǎo)致反應(yīng)不完全,S/N過高不僅會(huì)導(dǎo)致成本的增加,還有使硝酸鹽異化還原成銨的可能。Wang等研究指出硫自養(yǎng)反硝化過程的最佳S/N為5:3;Cai等也研究得出了與Wang等相似的結(jié)果,最佳S/N為5:2。也有其他研究人員也有提出S/N為1.3時(shí)較好的觀點(diǎn),但這都是以S2-為電子供體得出的結(jié)論,對(duì)其他種類電子供體的最佳S/N研究較少。

2、溫度

溫度對(duì)于硫自養(yǎng)反硝化過程是一個(gè)重要的環(huán)境因素,對(duì)細(xì)菌的生長和反硝化的速率有明顯的影響。車軒等研究提出脫氮硫桿菌最適的生長溫度為29.5℃,最適的反硝化溫度為32.8℃;張曉晨等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)溫度在30 ℃~35 ℃條件下有最高的硝酸鹽去除率;Donovan等指出脫氮硫桿菌在28 ℃~32 ℃范圍內(nèi)活性較好;牛建敏等篩選出的菌種在20.0℃~35.0℃范圍內(nèi)有較好的效果。由此可知,硫自養(yǎng)反硝化的最適溫度在30 ℃左右。

3、pH

硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)多為產(chǎn)酸反應(yīng),反應(yīng)過程中pH變化較大,而微生物的適宜pH區(qū)間較小,pH的變化會(huì)對(duì)系統(tǒng)的脫氮效率產(chǎn)生較大的影響。車軒等研究發(fā)現(xiàn)脫氮硫桿菌生長的最適pH為6.8~7.0,李天昕等發(fā)現(xiàn)S/石灰石濾柱在pH=7.0時(shí)系統(tǒng)有最大的TN去除率,Liu等研究發(fā)現(xiàn)在pH小于6.7時(shí),系統(tǒng)的比反硝化速率會(huì)快速下降。因此,硫自養(yǎng)反硝化的最適pH值約為7.0。

五、硫自養(yǎng)反硝化的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

1、無需投加碳源,節(jié)省了碳源的消耗;2、填料自身消耗,無需更換,直接投加;3、無碳源穿透的問題,防止出水COD升高!

缺點(diǎn)

1、填料板結(jié)堵塞問題,生物膜容易堵塞填料,使脫氮效率下降,需要頻繁反洗;2、出水硫酸鹽含量增加;3、填料成本較高,一次性投入大!

六、硫自養(yǎng)反硝化的工藝控制難點(diǎn)

1、負(fù)荷較高的條件下出水中不可避免地存在大量SO42-,在硫酸鹽還原菌(SRB)存在時(shí)會(huì)釋放H2S氣體,不僅造成排水管道的腐蝕,其惡臭、毒性還將帶來二次污染問題。

2、利用硫化物為電子供體的自養(yǎng)反硝化工藝,系統(tǒng)中的微生物可能受到硫化物的毒性抑制作用,導(dǎo)致處理效率不高,處理能力下降。因此,啟動(dòng)期的污泥馴化非常重要,需要不斷提高微生物對(duì)于硫化物毒性的耐受能力,才能保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3、低溫會(huì)抑制反硝化菌系統(tǒng)的脫氮性能,進(jìn)而導(dǎo)致脫氮速率降低。為了提升低溫條件下硫自養(yǎng)反硝化系統(tǒng)的脫氮性能,可以從電子供體(硫源)和異樣反硝化過程兩方面著手。硫代硫酸鹽作為一種可溶性硫,比疏水性單質(zhì)硫更易被硫氧化菌利用,常溫下硫代硫酸鹽作為電子供體時(shí)硝態(tài)氮的還原速率為單質(zhì)硫的 10倍。硫自養(yǎng)反硝化混合菌體系中含有一定量的異養(yǎng)反硝化菌,而此類細(xì)菌具有生長快、易在短期內(nèi)形成大量微生物的優(yōu)勢(shì),可能會(huì)對(duì)低溫表現(xiàn)出更好的抗性。因此,低溫條件下,利用硫代硫酸鹽或有機(jī)物作為電子供體可能會(huì)提升反硝化系統(tǒng)的脫氮能力。


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