自养反硝化技术-未来脱氮的更优选择(九)

作者: laokou 分类: 水处理 发布时间: 2020-09-15 10:42

1.2.2.2硫-石灰石自养反硝化(SLAD工艺)

脱氮硫杆菌是一种兼性自养菌,革兰氏染色阴性,无抱子,这种菌将硝酸盐还原成氮气的同时,将硫或其化合物氧化为硫酸盐.这种菌进行反硝化所要求的环境条件是:厌氧、pH中性、无机碳源,当满足以上条件时,发生如下反应:

6NO3+5S+2H2O→3N2+5SO42-+4H+                                                              (1-23)

同时有一部分硝酸盐合成为有机氮化物,成为菌体的组成,其过程如下:

NO3→NO2→NH2OH→有机氮

总反应式为:

1.143S0+NO3+0.337CO2+0.0842NH4++0.699H2O→

0.5N2+1.1143SO42-+1.228H++0.0842C5H7O2N    (1-24)

2CaCO3+2H+→Ca(HCO3)2+Ca2+                                            (1-25)

Ca(HCO3)2+2H+→2H2CO3+Ca2+                                            (1-26)

从上式可以看出,硫自养反硝化过程中产生了H+,导致pH降低,但脱氮硫杆菌自养反硝化过程的最佳pH为6.8~7。因此环境中需要有一定的碱度,与产生的H+发生反应以便维持中性环境。此外,自养反硝化过程需要无机碳合成细菌细胞,故在中加人石灰石,既为细菌生长提供了无机碳,又维持了pH中性环境.

石灰石主要成分是碳酸钙(CaCO3,是一种使用十分广泛的建筑材料,也是许多工业生产中重要的原料。碳酸钙是一种白色粉末,无臭无味,放置在空气中不发生反应。几乎不溶于水,不溶于醇,呈碱性,和酸性液体会发生中和反应。分子式为CaCO3,分子量为100.09,熔点为1339℃,相对密度为2.93g/cm3。碳酸钙经过高温灼烧可生成氧化钙,分子式为CaO。氧化钙吸收水分后生成氢氧化钙,分子式为Ca(OH)2,氢氧化钙微溶于水,会吸收空气中的二氧化碳生成碳酸钙。

碳酸钙在有水分存在时呈弱碱性,能和酸性物质发生中和反应。碳酸钙在有二氧化碳和水存在的情况下水解生成碳酸氢钙。碳酸氢钙易溶于水,溶液呈弱碱性,并具有一定的缓冲作用。

石灰石投入酸性溶液中会发生一定的中和反应,使得一部分钙离子以游离的形式进入溶液。当溶液中存在硫酸根时会生成硫酸钙沉淀,去除硫酸根污染。

由于石灰石溶解度较低,不能提供足够的碱度,因此一些学者考虑采用其他材料或改变石灰石的加入方式以此来提高碱度。如李璟等使用沸石代替石灰石作为反应填料,研究表明:在硫/沸石固定床反应器中通过自养反硝化作用可有效去除水体中NO3-N,在不投加CaCO3的情况下,出水pH可始终维持7.0。李天昕等用硫与石灰石粉混合造粒的方式制备填料,使填料表面附着的硫与石灰石分布均匀,因此提高了系统对pH值的缓冲能力,且可保持TN去除率在80%左右,出水pH为中性。Moon等研究了初始碱度对硫自养反硝化反应的影响,发现要使硫自养反硝化反应达到较好的效果,需将初始碱度设为理论值的2倍。阮赟杰等采用硫/珊瑚石作为填料来进行硫自养反硝化反应,在不外加碱的情况下,出水pH可保持高于7.08,并且在0.092~0.246kg/m3·d的进水硝酸盐氮负荷下,对NO3-N的去除率保持在95%以上。除了用碱性填料来中和自养反硝化产酸,王海燕等将硫自养反硝化与电解产氢自养反硝化结合起来,在减少以硫作为电子供体产生过多SO42-的同时,可以将硫自养反硝化阶段产生的H+作为电化学产氢的前驱物,反应器出水呈中性,硫自养反硝化段可不必加CaCO3调pH而避免出水硬度的增加,但电解产氢的费用较高、操作难度较大。

总结:1)硫石灰石自养反硝化能部分解决碱度问题,但是石灰石本身对脱氮没有贡献,却占据了反应器相当大的体积, 减少了单位体积反应器同步脱氮除磷的效率,易板结,水力停留时间长,出水硬度、总溶解固体增加。

2)石灰石能够有效中和系统中的H+,且产生的CO2CO32-可以为自养菌的生长提供无机碳源;

3)产生的Ca2+可以与水中的PO43-反应生成磷酸钙沉淀,使系统兼有脱氮除磷功能,且系统中总磷主要以化学沉淀法被去除。