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负荷冲击导致氨氮超标
负荷冲击导致硝化崩溃的过程及原因
COD冲击
对于COD(碳源)的冲击,并不是因为碳源对硝化菌的毒害作用,而是通过竞争使硝化崩溃的。具体过程及原因如下:
在正常运行的脱氮系统中,进水携带过量的COD(常见于偷排)或者投加过量的碳源,过多的COD(碳源)在反硝化池中没有被反硝化菌代谢掉,随即进入曝气池池,对于兼性厌氧菌的反硝化菌来说,是优先利用氧气进行异养代谢的,在曝气池中异养的反硝化菌利用碳源及硝化的底物氨氮进行代谢及繁殖,大大挤压了自养的硝化菌的生存空间,使硝化菌得不到底物或者成为不了优势菌,从而使硝化系统崩溃!
氨氮冲击
对于氨氮的冲击,主要是游离氨(分子态的氨,化学式:NH3,用FA表示)对硝化菌的抑制作用,从而使硝化系统崩溃的。具体过程及原因如下:
氨氮冲击一般发生在高氨氮废水中,在正常的脱氮系统中,虽然进水的氨氮浓度高,但是因为硝化的代谢及回流的稀释下,系统内氨氮浓度并不高,进水如果短时间携带几倍氨氮进入到系统,使系统中的氨氮(NH4+)含量急剧升高,根据氨水的可逆的电离公式NH3+H2OWNH4++OH-,水中氨氮(NH4+)浓度越高,游离氨(FA)的浓度也越高,游离氨(FA)对硝化细菌有抑制性,从而导致硝化系统的崩溃。
游离氨(FA)对硝化菌的抑制机理目前还没有明确,主要是两个观点,一个是对硝化菌代谢过程中酶的抑制,第二个是对硝化菌代谢过程中ATP产生的抑制。
负荷冲击导致的硝化崩溃恢复措施
COD冲击很常见,市政污水处理厂基本上都能遇到过,氨氮冲击很少见,
主要是有预处理的高氨氮废水,负荷冲击的恢复措施主要是切断+补充!
切断就是停止进水悶爆及停止剩余污泥的排放,补充是投加同类型的污泥(有硝化系统的污水厂的污泥就行)或者硝化菌种。
切断和补充一定要同时进行,因为如果不切断冲击后污泥絮凝很差,不切断污泥(菌种)会流失,硝化菌无法富集,如果切断后不补充,硝化菌富集的,时间跨度太大,这个是污水处理企业无法承受的!
换季降温导致氨氮超标
生物脱氮对环境条件敏感,容易受温度变化影响,由于四季的交替和所处的地理位置影响,若不加以人工调控,硝化很容易出现问题,导致氨氮超标。
低温氨氮超标的原因分析
生物脱氮的基本原理就是先利用好氧阶段,通过硝化细菌和亚硝化细菌的协同作用,将nh3-n通过硝化作用转化为no2-和no3-。然后在缺氧条件下,通过反硝化作用将硝氮转化为N2,N2随后溢出水面释放到大气,参与自然界N的循环,从而达到降低水中氮含量的目的。
氨氧化细菌(AOB,就是把氨氮变成亚硝酸盐的细菌)最佳生长温度为
25〜30°C,亚硝酸氧化细菌(NOB,就是把亚硝酸盐变成硝酸盐的细菌)的最佳生长温度为25~30C。硝化菌对温度较为敏感,温度不但会降低硝化菌的比增长速率,并且会降低其生物活性。在温度低于15C时,硝化速率急剧降低。另一方面,反硝化反应的适宜温度为20〜35C,低于15C时,反硝化细菌的繁殖速率、代谢速率和生物活性也都会降低,从而导致脱氮效果下降。当温度低于5C时,硝化细菌的生命活动几乎停止。大量的研究表明,硝化作用会受到温度的严重影响,尤其是温度冲击的影响更加明显。
低温生物脱氮超标处理方法
加热
现行的解决办法非常有限,在我国部分北方城市常用的措施有:
(1)曝气池、二沉池等池壁采用发泡保温板保温,外砌砖围护(炉渣、膨胀珍珠岩等填充)结构,池顶加盖等保温措施;(2)鼓风机一侧设空气预热室,将冬季-10〜-20°C的冷空气预热到5〜8°C;空气管道设置管廊,便于保温处理等。(3)适当加热污泥,包括回流污泥;(4)用热蒸汽给进入曝气池的污水加热。现行的这些办法都将会增加污水处理的运行成本。
提高泥龄的最终表现是MLSS的提高,冬季微生物增殖缓慢,做为自养菌的硝化细菌增殖更为缓慢,提高泥龄可以使硝化细菌能保持在一定的范围内(目的是保证硝化细菌为优势菌种),并且适当提高污泥浓度MLSS,在细菌代谢能力下降的前提下,可以使总量的污泥代谢能力能保持稳定。
通常,温度每降低1°C,硝化菌比增长速率降低10%,因此,欲维持与常温期相同的硝化菌浓度,温度每降低1C时泥龄需相应提高10%。所以,降低污泥负荷,在实际操作中可以有效降低温度对系统处理效果的负面影响。
溶解氧浓度
为了弥补低温对系统带来的不利影响,可以通过提高溶解氧浓度的措施。有研究表明,初始溶解氧为2mg/L时,为取得相同的硝化速率,温度每下降1C,溶解氧浓度相应提高10%。溶解氧是生物硝化的重要环境因素,一般应在2mg/L以上,〜。对于同时去除有机物和进行硝化、反硝化的工艺,硝化菌在活性污泥中约占5%,大部分硝化菌位于生物絮体内部。因此,溶解氧浓度的增加,将提高溶解氧对生物絮体的穿透力,提高硝化反应速率。
生物固定化(填料)
经固定化处理后,微生物的抗逆性能提高,能耐受外界环境的变化,从而保持了较高的活性。此外,微生物经包埋固定后持留能力得以增强,可望实现反应器的快速启动和高效稳定运行。
通过固定化可以削弱温度变化对硝化作用的影响。有学者研究了固定化硝化菌在不同温度下对氨氮的去除效能,采用聚乙烯醇-硼酸包埋法固定常温富集培养的含耐冷菌的硝化污泥,用于处理常温和低温生活污水。结果表明,经过固定化处理的硝化菌群即使在低温条件下,也表现出了较高的硝化效率(>80%)。
也有学者开展了固定化反硝化细菌脱氮的研究,结果表明,经过固定化处理,提高了反硝化细菌对温度的适应性,固定化反硝化细菌对高浓度的铵离子和低温的耐受性增加。
固定化是一种有效的技术手段,然而也会使微生物活性有所降低,且固定化后,传质阻力会增大,氧的传质阻碍尤为明显,固定化更能在厌氧条件下发挥其优势。此外,其成本也有待技术经济评估。
驯化
驯化就是人为的在某一特定环境条件长期处理某一微生物群体,同时不断将它们进行移种传代,以达到累积和选择合适的自发突变体的一种古老育种方法。微生物的驯化是脱氮工艺运用到低温环境中的重要措施,使微生物体内的酶和细胞膜的脂类组成能够适应低温环境,并能在低温条件下发挥作用。
大量研究表明,通过适当的驯化策略,经历一定的驯化时间,低温脱氮工艺可以实现稳定运行。
有学者认为,如果将AOB的运行温度从30°C直接降至5°C,会导致其失活。逐步降低运行温度,AOB可调整细胞膜中的脂肪酸类型使其在低温条件下不易冻结。
出水氨氮作为污水处理厂重要指标之一,由于硝化细菌对温度非常敏感,冬季温度较低时,对出水氨氮的指标影响最明显,并且指标上升较快,常常让运行
人员措手不及。通过对机理及影响因素的分析,可帮助我们更快地采取有效的控制措施,缩短硝化系统的恢复时间。
出水氨氮超标的应急手段
在污水处理厂硝化系统出现问题,出水氨氮超标时,想要迅速、有效的去除氨氮,只能通过物理化学的手段来应急了!常用且有效的物化手段目前只有折点加氯及沸石吸附法!
折点加氯除氨氮
折点加氯法是用化合价+1价氯的化合物次氯酸钠(或者次氯酸钙),把水体中的氨氮氧化为氮气的加工工艺。当然还可以立即把氯气进入废水中,运用歧化反应,生成次氯酸,随后在将废水中的nh3-n氧化成n2。
当氧化剂添加水里后,水里氨氮会被首要氧化成一氯铵,随后会被继续氧化变为二氯胺、三氯铵,三氯铵不稳定,会变为氮气释放出来,这就是折点加氯法的反映基本原理和过程,氨的浓度降为零。当氯气进入量超出该点时,水里的游离氯便会增加。
当添加的氧化剂做到足量时,水里的氨氮浓度最低标准(可是并非为零),同时水里余氯成分也是最低标准,超出这一点以后,水里余氯成分就刚开始升高,因而该点称之为折点,该状况下的氯化称之为折点氯化。但在实际生产中,应用折点加氯法往往存在折点、加氯量不好判断的情况。
加氯量-余氯曲线
看懂加氯量-余氯曲线,是用好折点加氯法的关键所在。在水的加氯处理中,加氯量与余氯的关系如下图所示。曲线的x轴和y轴分别代表加氯量和余氯量,单位为mg/1。其中,水中的加氯量可分为需氯量和余氯两部分。如图所示:
匚
8
A
c
(E创门
需氯量是指用于杀死细菌、氧化有机物和还原性物质所消耗的部分。余氯是指为了抑制水中残余细菌的再度繁殖,尚需维持的少量氯。
1)当水中无细菌、有机物和还原性物质等,需氧量为零,加氯量等于余氯量,如图中所示的虚线L1,该线与坐标轴成45度角。
2) 当水中含有细菌、有机物和还原性物质,但主要不是游离氨时,需氧量OA满足后就会出现余氯,如图所示虚线L2,这条线与x轴交角小于45度,其原因为:
水中有机物与氯作用的速度有快慢。在测定余氯时,有一部分有机物尚在继续与氯作用中。水中余氯有一部分会自行分解,如次氯酸由于受水中某些杂质或光线的作用,产生如下的催化分解:2HOC1=2HC1+O2。
3) 当水中的有机物主要是氨和氮化合物,情况比较复杂。
当起始的需氧量OA满足后,加氯量增加,剩余氯也增加(曲线AH段),但后者增长得慢一些。超过H点加氯量后,虽然加氯量增加,余氯量反而下降,如HB段,H点称为峰点。此后随着加氯量的增加,剩余氯又上市,如BC段,B点称为折点。
B
加氯■(mg/I)
(mg/i)
a、 在曲线OA段,表示水中杂质把氯消耗光,余氯量为零,需氯量为b,这时虽然也能杀死一些细菌,但消毒效果不可靠。
b、 在曲线AH段,加氯后,氯与氨发生反应,有余氯存在,所以有一定消毒效果,但余氯为化合性,其主要成分是一氯氨。氯和氨发生如下反应:NH3+HClO=NH2Cl+H2O。
此时随着加氯量的增加,化合氯成比例增加,水中氨氮逐渐减少,当加氯量达到H点时,水中的氨降至零,化合性余氯升至最高。
c、 在曲线HB段,仍然产生化合性余氯,加氯量继续增加,会发生如下反应:2NH2C1+HC1O=N2f+H2O+3HC1。
反应结果使氯胺被氧化成一些不起消毒作用的化合物,余氯量反而逐渐减少最后到达折点B。
d、 在曲线BC段,超过折点B后,已经没有消耗氯的杂质了,出现自由性余氯,该段消毒效果最好。
由此可见水中含有氨氮时,加氯量-余氯曲线是一条折线,此时对应的加氯法称为折线加氯法。
氨氮含量与加氯量、加氯点的关系
一般情况下,当pH值在7左右,采用折点加氯时,一氯胺、二氯胺、三氯胺同时存在。其中,产生的化合余氯成分以一氯胺为主,二氯胺和三氯胺少量存在(不影响分析),因此,在实践操作中为简化分析计算,常常将化合余氯看作一氯胺。
假设水中杂质的耗氧量为b(mg/1),即曲线OA段的耗氧量为b(mg/1),水中余氯控制目标值为a(mg/l)。
如水中含无氨氮,采用游离加氯法。当加氯点为Y时(如图所示),所需加氯量y=b+(mg/1)。
如水中含有c(mg/1)氨氮,米用折点加氯法,加氯量需分情况讨论:
1)当加氯点被控制在AH段的Y1时,所需加氯量yl=b+(mg/1)。
需要说明的是,为确保加氯点能被控制在AH段的Y1点,水中氨的含量必须满足条件:(mg/1)。
2)当加氯点被控制在HB段的Y2点时,所需加氯量
y2=b++*(-a)(mg/1)。
需要说明的是,加氯点被控制在HB段的Y2点,在AH段氨与氯气反应,水中的氨全部被消耗掉。
3)当加氯点被控制在BC段的Y3点时,所需加氯量y3=b++((mg/l)。
综上所述,加氯量的大小与水中的杂质含量、氨氮含量、余氯的控制目标值和所选择的加氯点有关。
当水中杂质含量一定,余氯的控制目标相同时,水中无氨氮时的加氯量要比有氨氮时的加氯量低,也就是说氨氮会引起加氯量的增加,增加量主要取决于加氯点的位置。
如果水中含有氨氮,就采用折点加氯,从余氯-加氯量曲线可知,对应同一个余氯值,可能存在三个不同的加氯点,这三个加氯点分别对应的加氯量有很大差别。
实践表明,在曲线BC段Y3点采用游离氯消毒的加氯量,要远远大于在AH和HB段Y1、Y2点采用化合氯消毒的加氯量。
/
a
yl
y■;加氢星
通常Y3点的加氯量可达到Y1点加氯量的2〜3倍,为减少加氯量,折点加氯时的加氯点应选择在加氯量-余氯曲线的AH段,此时的余氯是化合氯。
沸石吸附法除氨氮
沸石对氨氮的去除以物理吸附作用与离子交换作用为主,其吸附作用具有“快速吸附,缓慢平衡”的特点。
吸附作用
在沸石的组成结构中,[SiO4]和[A104]以共角顶的形式联成硅铝氧格架,在格架中形成了许多宽阔的孔穴和孔道(占晶体总体积的50%以上),使得天然沸石具有比表面积大(通常在440〜1030mTg);天然沸石往往孔径均匀,因而可以产生“超孔效应”;在沸石表面所具有的强大色散力作用下,沸石孔穴中分布的阳离子和部分架氧所具有的负电荷相互平衡,使得沸石又具有较强的色散力和静电力作用;加之沸石所特有的分子结构而形成的较大静电引力,使沸石具有相当大的引力场,由以上四种因素的综合作用使得沸石具有很强的吸附性,与其他吸附剂相比,沸石具有吸附量大、高选择性和高效吸附等特点。