自養(yǎng)反硝化脫氮技術(shù)(優(yōu)選資料)課件(PPT 41頁)

1、Autotrophic Denitrification Process自養(yǎng)反硝化脫氮技術(shù)2019年4月1醫(yī)療參考第1頁，共41頁。01自養(yǎng)反硝化簡介生物脫氮與反硝化、反硝化細菌02自養(yǎng)反硝化的類型氫型、硫型、鐵型03工程應(yīng)用印染廢水、垃圾滲濾液、城鎮(zhèn)污水04總結(jié)與展望自養(yǎng)反硝化的發(fā)展前景Contents目錄第2頁，共41頁。生物脫氮與反硝化異養(yǎng)反硝化與自養(yǎng)反硝化自養(yǎng)反硝化細菌自養(yǎng)反硝化簡介01第3頁，共41頁。反硝化反應(yīng)氨化反應(yīng)硝化反應(yīng)一、自養(yǎng)反硝化簡介1. 生物脫氮與反硝化第4頁，共41頁。異養(yǎng)反硝化自養(yǎng)反硝化 異養(yǎng)反硝化是指反硝化細菌以有機物作為碳源和電子供體提供能量，使硝酸鹽和亞硝酸鹽還

2、原為氮氣的過程。一、自養(yǎng)反硝化簡介2. 異養(yǎng)反硝化與自養(yǎng)反硝化 自養(yǎng)反硝化則以氫、單質(zhì)硫、硫化物、鐵或鐵離子、氨氮等還原性物質(zhì)作為電子供體。第5頁，共41頁。大多數(shù)硝化細菌是異養(yǎng)細菌，如假單胞菌屬、微球菌屬等，只有少數(shù)反硝化細菌為自養(yǎng)菌，如脫氮硫桿菌。脫氮硫桿菌（Thiobacillus denitrificans）是專性無機化能自養(yǎng)型細菌，在氧化硫化物的過程獲得能量。一、自養(yǎng)反硝化簡介3. 自養(yǎng)反硝化細菌好氧：脫氮硫桿菌以氧為電子受體氧化還原硫化合物而獲得能量。厭氧：脫氮硫桿菌以硝酸鹽中的氧來氧化硫化合物。第6頁，共41頁。02氫型自養(yǎng)反硝化硫型自養(yǎng)反硝化鐵型自養(yǎng)反硝化厭氧氨氧化自養(yǎng)反硝化的

3、類型第7頁，共41頁。氫型硫型鐵型氨氮型二、自養(yǎng)反硝化的類型01020304第8頁，共41頁。二、自養(yǎng)反硝化的類型1. 氫型自養(yǎng)反硝化 由于氫氣在水中溶解度小，如何強化氫氣供應(yīng)是氫型自養(yǎng)反硝化技術(shù)的瓶頸。由于自養(yǎng)微生物生長緩慢，為避免生物量流失，氫型自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器需要添加載體，以供微生物附著生長。Reaction：第9頁，共41頁。二、自養(yǎng)反硝化的類型1. 氫型自養(yǎng)反硝化連續(xù)培養(yǎng)條件下氫型反硝化效能 氫型自養(yǎng)反硝化的反應(yīng)物和生成物均無毒性，但其運行成本高（氫氣制備和氫氣供應(yīng)），效能低。第10頁，共41頁。二、自養(yǎng)反硝化的類型2. 硫型自養(yǎng)反硝化 硫型自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器多采用單質(zhì)硫作為電子供體，

4、這是因為投加的硫粒還可作為生物膜載體。但工程應(yīng)用中大規(guī)模使用硫磺會增加成本，應(yīng)考慮更經(jīng)濟的含硫物質(zhì)作為電子供體。硫鐵礦是地殼中含量豐富且主要以礦物加工廠廢棄物形式存在的硫化礦物，價格低廉。第11頁，共41頁。二、自養(yǎng)反硝化的類型2. 硫型自養(yǎng)反硝化連續(xù)培養(yǎng)條件下硫型反硝化效能 硫型自養(yǎng)反硝化效能高，但反應(yīng)物具有生物毒性，且反應(yīng)產(chǎn)物硫酸鹽仍舊是水體污染物之一。第12頁，共41頁。二、自養(yǎng)反硝化的類型2. 硫型自養(yǎng)反硝化硝態(tài)氮氨氮 在硫自養(yǎng)反硝化系統(tǒng)中脫氮，具有脫氮速率快、效果好的優(yōu)點。同時：通過產(chǎn)生的氫離子溶解石灰石去除一定量的總磷通過自身的同化作用消耗一定量的氨氮。 硫自養(yǎng)反硝化強化脫氮除磷試

5、驗石灰石：補償反應(yīng)過程當中所需要的堿度為自養(yǎng)菌脫氮硫桿菌提供無機碳源第13頁，共41頁。溫度溫度 2035的范圍內(nèi)對硝氮有較高的去除速率，27.4 最佳氨氮濃度脫氮硫桿菌的反硝化需要一定濃度的氨氮，限制濃度 為2.62mg/L無機鹽磷、鐵等無機元素需維持一定濃度，利于反應(yīng)pHpH 值在 6.58.0 范圍內(nèi)均能取得較為滿意的反硝化效果硝氮濃度對高濃度硝酸鹽有較好的耐受性,去除速率也較高無機碳源以 HCO3-作為無機碳源時其限制濃度為 29.05mg/L二、自養(yǎng)反硝化的類型2. 硫型自養(yǎng)反硝化影響脫氮硫桿菌反硝化的因素第14頁，共41頁。二、自養(yǎng)反硝化的類型3. 鐵型自養(yǎng)反硝化Reaction：

6、鐵鹽脫氮菌廣泛分布于細菌域和古菌域，涉及8個科，10個屬。在細菌域中，鐵鹽脫氮菌主要分布于變形菌門。在古菌域中，鐵鹽脫氮菌僅見報道于廣古菌門古丸菌綱古丸菌科鐵丸菌屬。第15頁，共41頁。二、自養(yǎng)反硝化的類型3. 鐵型自養(yǎng)反硝化能源需求鐵鹽脫氮菌屬化能營養(yǎng)型。包括自養(yǎng)鐵鹽脫氮和兼養(yǎng)鐵鹽脫氮菌。碳源需求鐵鹽脫氮菌屬兼性營養(yǎng)型。自養(yǎng)鐵鹽脫氮菌以碳酸氫鹽或二氧化碳為礙源。氮源需求鐵鹽脫氮菌可利用硝酸鹽、亞硝酸鹽等無機態(tài)氮源，部分還可利用有機態(tài)氮源。第16頁，共41頁。二、自養(yǎng)反硝化的類型3. 鐵型自養(yǎng)反硝化亞鐵氧化酶型硝酸鹽還原酶型電子節(jié)余型細胞色素bc1型機理模型第17頁，共41頁。溫度鐵鹽脫氮菌多

7、為嗜中溫菌，最適溫度介于2840基質(zhì)電子受體種類的不同對鐵鹽脫氮菌的反應(yīng)速率影響不大，但鐵鹽種類的不同可影響產(chǎn)物的種類和形態(tài)有機物添加適量有機物有助于鐵鹽脫氮反應(yīng)的進行，一般多選用乙酸鹽pH酸性條件下，二價鐵溶解性良好且穩(wěn)定，但反硝化菌活性受到抑制, 最適pH介于6.4-6.7Fe/摩爾比鐵鹽脫氮反應(yīng)中Fe/摩爾比應(yīng)為5:1,此時反硝化反應(yīng)徹底二、自養(yǎng)反硝化的類型3. 鐵型自養(yǎng)反硝化影響鐵鹽脫氮菌反硝化的因素第18頁，共41頁。二、自養(yǎng)反硝化的類型4. 厭氧氨氧化Reaction：新加坡樟宜再生水廠第19頁，共41頁。二、自養(yǎng)反硝化的類型5. 幾類自養(yǎng)反硝化的比較分析氧化還原電位電子轉(zhuǎn)移情況第

8、20頁，共41頁。03印染廢水垃圾滲濾液DeamoxSANI工程應(yīng)用第21頁，共41頁。印染廢水垃圾滲濾液SANI工藝三、工程應(yīng)用Deamox工藝第22頁，共41頁。 常用的印染廢水處理方法為結(jié)合物化及生化的二級處理工藝，可去除廢水中的大部分污染物，但出水色度、COD 等指標不能滿足新標準的要求。三、工程應(yīng)用1. 印染廢水色度高有機物含量高成分復(fù)雜可生化性能差 實驗進水為太湖流域某印染集中污水處理廠調(diào)節(jié)池水 印染廢水第23頁，共41頁。三、工程應(yīng)用1. 印染廢水脫氮效果第24頁，共41頁。三、工程應(yīng)用1. 印染廢水試驗結(jié)果 生物吸附/MBBR/混凝沉淀池/硫鐵自養(yǎng)反硝化/活性焦組合工藝處理印染

9、廢水取得較好的出水效果。 硫鐵自養(yǎng)反硝化濾池起到了較好的脫氮作用，出水NO3-N濃度穩(wěn)定在 0.5 mg/L以下，出水NO3-N基本完全去除。COD氨氮TPTN160.560.321.39mg/L第25頁，共41頁。三、工程應(yīng)用2. 垃圾滲濾液兩級自養(yǎng)反硝化實現(xiàn)垃圾滲濾液深度脫氮垃圾滲濾液取自深圳市某垃圾填埋場節(jié)省 60%的需氧量ANAMMOX 工藝無需外加碳源高效低耗、運行成本低廉短程硝化反硝化-ANAMMOX硫自養(yǎng)反硝化去除厭氧氨氧化生成的硝態(tài)氮無需外加碳源垃圾填埋氣中硫化氫氣體無害化處理第26頁，共41頁。三、工程應(yīng)用2. 垃圾滲濾液短程硝化反硝化反應(yīng)器控制曝氣時間(22.7 h) 、

10、DO 濃度(0.5 mg/L)在進水50%60%的氨氮被轉(zhuǎn)化為亞硝氮出水 NH4+-N 為 1013.6 mg/L NO2-N 為 1206.3 mg/L 氨氮與亞硝氮的平均濃度比例為1:1.21，說明短程硝化反硝化反應(yīng)器中 AOB 為優(yōu)勢菌屬 厭氧氨氧化反應(yīng)器出水NH4+-N平均濃度 21.9 mg/L ，去除率為 91.6%NO2-N平均濃度14.0 mg/L ，去除率為94.9%第27頁，共41頁。三、工程應(yīng)用2. 垃圾滲濾液出水NO3-N 濃度 1.5 mg/L， NO2-N 濃度4.2 mg/L反應(yīng)器進水氮負荷為 0.43 kg/(m3d) ， 氮去除率可達 94%SAD反應(yīng)器氮濃度

11、出水中的硫代硫酸鹽和硫化物濃度均在 0.1 mg/L以下約 64.2%的硫化物轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，部分生成硫單質(zhì)硫酸鹽濃度會隨著進水硫化物濃度的不同而變化SAD反應(yīng)器硫濃度第28頁，共41頁。三、工程應(yīng)用2. 垃圾滲濾液試驗結(jié)果 短程硝化反硝化-ANAMMOX-SAD 工藝實現(xiàn)了處理垃圾滲濾液的深度脫氮。同時，可將垃圾填埋場中的硫化氫氣體通過回收與再循環(huán)的方式為本工藝提供硫源，為硫化氫氣體的去除提供了新思路。 出水COD氨氮硝態(tài)氮TN濃度(mg/L)21511.99.712去除率%)52.299.989.399.5第29頁，共41頁。三、工程應(yīng)用3. Deamox工藝短程反硝化-厭氧氨氧化短程反硝化

12、最初發(fā)現(xiàn)于ANAMMOX反應(yīng)器中，經(jīng)過進一步的優(yōu)化并與 ANAMMOX耦合，形成新的 DEAMOX 脫氮工藝。短程硝化一般通過溫度控制、溶解氧（DO）控制、pH 控制等來實現(xiàn)。過程控制嚴格，穩(wěn)定性差，容易對后續(xù)的ANAMMOX處理單元產(chǎn)生不利影響。短程硝化短程反硝化第30頁，共41頁。三、工程應(yīng)用3. Deamox工藝Deamox 短程反硝化-厭氧氨氧化第31頁，共41頁。三、工程應(yīng)用4. SANI工藝 香港作為一個嚴重缺乏淡水資源的海岸城市，自上世紀五十年代開始采用海水沖廁。 平均每天為香港提供760，000立方米的海水作沖廁使用節(jié)省22%的淡水資源。城市水循環(huán)創(chuàng)新技術(shù)“殺泥”工藝背景第32

13、頁，共41頁。三、工程應(yīng)用4. SANI工藝SANI工藝的碳硫氮三循環(huán)理論示意圖 由于香港的城市污水中富含硫酸鹽，香港科技大學(xué)陳光浩教授于與2004年首先提出了基于硫型自養(yǎng)反硝化的城市污水處理的新工藝SANI工藝異養(yǎng)硫酸鹽還原(Sulfate reduction) 自養(yǎng)反硝化(Autotrophic denitrification) 硝化反應(yīng)(Nitrification)一體化(Integrated)第33頁，共41頁。三、工程應(yīng)用4. SANI工藝SRUSB中消耗有機物、硫酸鹽還原缺氧濾池中發(fā)生硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)：好氧濾池中發(fā)生硝化反應(yīng)：通過硫循環(huán)，不僅降低了COD去除過程中氧的消耗，且通過三

14、種低泥產(chǎn)率的生物化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)了剩余污泥零排放。污泥產(chǎn)率僅0.04g-vss/gCOD。第34頁，共41頁。三、工程應(yīng)用4. SANI工藝 2013-2015年在沙田污水廠展開的大型示范試驗，每天平均處理一千噸實際污水。COD和總氮去除率可達80%污泥減量達70%左右結(jié)合高效混凝沉淀污水中75%的總磷可以被去除與傳統(tǒng)沉淀池用地相比減少70%第35頁，共41頁。三、工程應(yīng)用4. SANI工藝強化工藝MD-SANI 改進的 SANI 工藝為亞硫酸鹽、硫酸鹽還原-混合反硝化-自養(yǎng)硝化的集成，工藝 SANI與MD-SANI的主要差異在于進水中硫元素的形式不同，以及反硝化所利用的物質(zhì)不同。第36頁，共4

15、1頁。三、工程應(yīng)用4. SANI工藝剩余污泥零排放，更不必后續(xù)的污泥處理工藝，節(jié)省大量建設(shè)投資。 處理高鹽市政污水（海水沖廁水），對海水沖廁的推廣及節(jié)約淡水具有重大意義。COD去除率95%，TN去除率可達76%以上。 節(jié)省占地面積75%，節(jié)省基建成本20%，處理成本降低50%。 出水水質(zhì)長期穩(wěn)定，不存在污泥膨脹等常見問題。0304010205技術(shù)優(yōu)勢4321第37頁，共41頁。三、工程應(yīng)用4. SANI工藝03040102前景SANI技術(shù)聯(lián)合海水沖廁技術(shù)在沿海地區(qū)的應(yīng)用推廣可有效解決沿海城市淡水資源匱乏的問題 沿海城市生活污水處理廠的技術(shù)改造，加入20%海水即可進行SAN技術(shù)原位改造（HO-SANI）利用含