总氮去除：硫自养反硝化工艺

发布于：2022-04-14 10:03:14 来自：给排水工程/中水处理回用 1 255

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随着国家经济的腾飞，对环境的管控也越来越高，“脱氮”是污水厂永远避不开的一个话题。在当前污水厂的运营中，总氮是一个非常重要的指标，目前各水厂要求执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A出水标准，总氮出水要求小于15mg/L。同时更多的水厂对于总氮出水要求执行《地表水环境质量标准》准四类，总氮出水要求小于10mg/L。

去除总氮是通过反硝化反应，即硝酸氮和亚硝酸氮在反硝化菌的作用下，被还原成气态氮的过程，可分为异养反硝化和自养反硝化两种工艺。异养反硝化是指异养型兼性厌氧细菌在溶解氧较低的环境中利用硝酸盐作为电子受体，有机物作为电子供体并提供能量。自养反硝化是指自养反硝化菌可利用无机碳（如 CO ₃ ^2- 、HCO ₃ ^- ）合成细胞，无机物（如 S ₂ ^- 、S ₂ O ₃ ^2- 、Fe、Fe ²⁺ 、H ₂ 以及 NH ₄ ⁺ ）作为硝酸盐还原的电子供体，最终转化成气态氮的过程。自养反硝化过程无需外加有机碳源，是明显区别于传统异养反硝化过程的重要特点。

异养反硝化过程碳源的缺点

常用碳源包括甲醇、乙酸、乙酸钠、葡萄糖等，在使用过程中分别存在各自的缺点。

1、甲醇

① 甲醇易燃，为甲类危化品，储存和使用均有严格要求。特别是其储存需报当地公安部门备案审批，手续繁琐。

② 微生物对甲醇的响应时间较慢，甲醇并不能被所有微生物利用，当甲醇用于污水处理厂应急投加碳源时效果不佳。

③ 甲醇具有一定的毒害作用，将甲醇作为长期碳源，对尾水的排放也会造成一定的影响。

2、乙酸钠

① 乙酸钠多为20%、25%、30%的液体，由于当量COD低，运输费用高，不能远距离运输。

② 产泥量大，污泥处理费用增加。

③ 价格较为昂贵。

3、乙酸

① 乙酸为乙类危化品，也是挥发性酸，是大气污染VOC的重要组成部分，环保部门监管多，储存条件要求高。

② 多数污水处理厂远离乙酸厂，运输费用高，不能远距离运输。

③ 乙酸代谢后的氢离子有降低出水pH的作用。

4、葡萄糖

① 需要现场配置成溶液，劳动强度大，投加精准性差，大型污水处理厂无法使用。

② 工业葡萄糖含杂质多，食品葡萄糖价格贵。

除以上缺点外，碳源投加型方式存在着COD易穿透、运行成本高、一次投资高、占地面积大等缺点。

自养型反硝化技术是未来发展的趋势，其解决了前述问题，具备碳源投加不可比拟的优势。

硫自养反硝化的生物化学原理

硫自养反硝化工艺是利用还原态硫为电子供体的自养反硝化工艺，近几十年得到了广泛深入的研究，在工艺的微生物学原理、调控和稳定运行等方面取得了突飞猛进的发展，在国内一些工程上已经得到了推广和应用。

某些无机化能营养型、光能营养型的硫氧化细菌可在缺氧或厌氧条件下利用还原态硫作为电子供体，通过氧化还原态硫获取能量，同时以硝酸盐为电子受体，将其还原为氮气，从而实现自养反硝化过程。以单质硫为例，反应过程如下：

55S+20CO ₂ +50NO ₃ ^- +38H ₂ O +4NH ₄ ⁺ →4C ₅ H ₇ O ₂ N+25N ₂ +

55SO ₄ ^2- +64H ⁺

硫自养反硝化工艺的优势

依据S/Fe 自养反硝化原理，研发出自养反硝化滤料，实现了协同自养反硝化去除硝酸盐氮及磷酸盐的技术，形成一套更高出水标准和低消耗的保障工艺。通过滤料的复配和筛选（S/Fe比例、直径等），降低硫酸盐生成量和使其适用更宽泛的pH空间，确保了系统的稳定运行。

1、使用滤料替代碳源投加，避免药剂燃爆风险。

2、避免传统碳源投加过量导致的穿透现象，彻底杜绝出水COD升高的问题。

3、滤料消耗费用小于碳源投加费用。

4、污泥产率低，降低反冲洗周期，每周反洗1-2次。

5、具备一定的同步脱氮除磷能力。

6、无需曝气，节省占地面积。

硫自养反硝化工艺的改造优势

1、滤料处理负荷高，滤料替代后确保滤池日处理水量不发生变化。

2、滤料原位替代，利用原有反冲洗装置，无需增加设备，改造简单。

3、硫自养反硝化见效快，可序批式实现无缝衔接。

硫自养反硝化工艺控制难点

1、负荷较高的条件下出水中不可避免地存在大量SO42-，在硫酸盐还原菌（SRB）存在时会释放H2S气体，不仅造成排水管道的腐蚀，其恶臭、毒性还将带来二次污染问题。

2、利用硫化物为电子供体的自养反硝化工艺，系统中的微生物可能受到硫化物的毒性抑制作用，导致处理效率不高，处理能力下降。因此，启动期的污泥驯化非常重要，需要不断提高微生物对于硫化物毒性的耐受能力，才能保障系统的稳定运行。

3、低温会抑制反硝化菌系统的脱氮性能，进而导致脱氮速率降低。为了提升低温条件下硫自养反硝化系统的脱氮性能，可以从电子供体（硫源）和异样反硝化过程两方面着手。硫代硫酸盐作为一种可溶性硫，比疏水性单质硫更易被硫氧化菌利用，常温下硫代硫酸盐作为电子供体时硝态氮的还原速率为单质硫的 10倍。硫自养反硝化混合菌体系中含有一定量的异养反硝化菌，而此类细菌具有生长快、易在短期内形成大量微生物的优势，可能会对低温表现出更好的抗性。因此，低温条件下，利用硫代硫酸盐或有机物作为电子供体可能会提升反硝化系统的脱氮能力。