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“紅菌"在脫氮方面的表現(xiàn)“紅菌"在脫氮方面的表現(xiàn) 河南浩輝環(huán)保科技有限公司了解到:有這么一種原始菌群,它能“吃掉”10倍于自己體重的氨氮污染物,還不產(chǎn)生污泥,它就是厭氧氨氧化菌,當(dāng)然了,我們更習(xí)慣把它稱為“紅菌”。紅菌(厭氧氨氧化菌)一經(jīng)發(fā)現(xiàn),便很快引起了水處理工程師們的熱切關(guān)注和興趣。與傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)相比,以“紅菌”為驅(qū)動的厭氧氨氧化能降低50%的曝氣量、100%的有機(jī)碳源、90%的運(yùn)行費(fèi)用,釋放更少的溫室氣體,污泥產(chǎn)率低,且具有更少的空間需求,是迄今為止最簡潔的脫氮途徑之一。 “紅菌”究竟是個啥為什么厭氧氨氧化會被稱為紅菌技術(shù)? 厭氧氨氧化菌(以下簡稱紅菌)是一種幾乎與地球同齡的古老菌群,但直到20世紀(jì)90年代,人類科學(xué)家才在黑海深水層中發(fā)現(xiàn)了它(隨后該菌群在其他厭氧或缺氧環(huán)境中相繼被發(fā)現(xiàn))。紅菌細(xì)胞呈不規(guī)則的球狀、卵狀,大小為(0.7~1.1)μm×(1.1~1.3)μm,細(xì)胞外有豐富的胞外多聚物,一般都不含菌毛。其特有的細(xì)胞器為厭氧氨氧化體,占細(xì)胞體積的50%~80%,是進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)的場所,具有特殊的化學(xué)成分。由于紅菌細(xì)胞內(nèi)部含有大量的細(xì)胞色素C,鮮紅色成了他最為最顯著的特征,故水處理人常俗稱其為紅菌。值得一提的是,紅菌的色度與生物活性顯著相關(guān),一般活性較高的紅菌呈現(xiàn)標(biāo)志性的紅棕色(可用細(xì)胞色素C的含量表征紅菌的活性)。 此外,紅菌對環(huán)境極為敏感。嚴(yán)格厭氧的紅菌可生存溫度范圍在-2.5~100℃,但多嗜中溫,最適生長溫度為30~40℃,最佳生長pH為6.7~8.3,倍增時間在10~30d。根據(jù)生長動力學(xué),可將紅菌類群分為“快生型”與“慢生型”。“快生型”具有較高的比生長速率,基質(zhì)親和力相對較弱,“慢生型”具有較強(qiáng)的基質(zhì)親和力,比生長速率較低。 紅菌的影響因素 如何快速富集“紅菌”,提高脫氮效率? 眾所周知,紅菌的種類、分布、數(shù)量和活性對厭氧氨氧化效能起到重要作用。因此在實(shí)際應(yīng)用中,我們可以通過污泥齡(SRT)、DO和水力停留時間(HRT)等參數(shù)來改變紅菌富集過程中菌群的群落結(jié)構(gòu),從而影響紅菌的數(shù)量、種類和活性。 1、污泥齡(SRT)和水力停留時間(HRT) 污泥齡(SRT)和水力停留時間(HRT)作為廢水處理工藝運(yùn)行的重要參數(shù),也會影響厭氧氨氧化的進(jìn)程。污泥齡SRT可決定污泥中微生物的種類,應(yīng)控制SRT大于紅菌的倍增時間,在菌種富集培養(yǎng)過程中盡可能少排泥或不排泥。縮短HRT是快速富集紅菌并提高脫氮效率的另一有效途徑。有研究表明,縮短HRT時菌株EPS中的蛋白質(zhì)/多糖由1.35升至1.86,穩(wěn)定達(dá)到2.08,有效促進(jìn)污泥顆粒化,總氮去除負(fù)荷平均達(dá)到0.58 kg/(m3·d),總氮去除率均值維持在94.2%,脫氮性能保持穩(wěn)定。要特別說明的是,因反應(yīng)器、接種污泥和工藝的不同,HRT由十幾分鐘到幾小時不等。HRT會影響水力負(fù)荷、水力剪切力和上升流速等,HRT越短水力負(fù)荷增大,水力剪切力強(qiáng)度增大,容易導(dǎo)致污泥沖洗,因此紅菌富集培養(yǎng)時應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置HRT。 2、溶解氧(DO) 紅菌屬于專性厭氧菌,DO對紅菌的活性有明顯的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn),紅菌在1%的氧飽和條件下,DO的抑制作用是可逆的;而當(dāng)氧飽和大于18%,DO的抑制作用就不可逆。在實(shí)際工程應(yīng)用中,控制DO質(zhì)量濃度小于2.5 mg/L,可以通過厭氧氨氧化實(shí)現(xiàn)廢水脫氮。 3、溫度 在眾多外界環(huán)境條件中,溫度是影響微生物種群生長的關(guān)鍵因素。上文我們也提到,紅菌生長的適宜溫度為30~40 ℃。當(dāng)溫度大于45 ℃時,酶活性會受到較大影響,同時造成不可逆的細(xì)胞裂解,嚴(yán)重影響工藝運(yùn)行。雖然低溫也對厭氧氨氧化有很大的影響,但是通過對紅菌的培養(yǎng)和馴化,其可以適應(yīng)低溫環(huán)境并使反應(yīng)順利進(jìn)行。 4、pH值 紅菌對pH的變化極為敏感,厭氧氨氧化的穩(wěn)定運(yùn)行需要pH來調(diào)節(jié),在其運(yùn)行的各個階段對pH的控制尤為重要。紅菌適宜生長的pH范圍為6.7~8.3。當(dāng)pH過低時,NO2- -N向NH2OH的轉(zhuǎn)化會受到抑制,從而影響紅菌的能量代謝;當(dāng)pH過高時,NH4+ -N向NH2OH的轉(zhuǎn)化會得到強(qiáng)化,使得NH2OH出現(xiàn)積累,從而對紅菌的活性造成抑制作用。 5、基質(zhì)濃度 厭氧氨氧化反應(yīng)的基質(zhì)主要為NO2- -N和NH4+ -N,二者的濃度和比例不同會對反應(yīng)起到促進(jìn)或者抑制作用。與高濃度的NH4+ -N相比,紅菌對高濃度的NO2- -N更為敏感。NO2 - -N作為影響厭氧氨氧化反應(yīng)的重要基質(zhì),當(dāng)其濃度過高時,會對紅菌產(chǎn)生顯著的毒性作用。此外,NO2- -N的積累會降低 紅菌的分解代謝活性,使其細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到破壞。一般來說,當(dāng)NO2- -N質(zhì)量濃度大于100 mg/L時,厭氧氨氧化反應(yīng)進(jìn)程會被完全抑制。 6、有機(jī)碳源 雖然紅菌作為自養(yǎng)菌,無需要外加碳源,但是廢水中一定存在碳源,因此還是有必要分析有機(jī)碳源對厭氧氨氧化過程的影響。當(dāng)有機(jī)物COD超過300mg/L時,會對紅菌的生長產(chǎn)生明顯的抑制作用。 7、化學(xué)藥劑 適量添加Ca、Mg、Cu、Fe等金屬的單質(zhì)或離子可提高紅菌的活性、促進(jìn)菌群的多樣性。鐵元素參與紅菌的合成代謝過程。在連續(xù)運(yùn)行的脫氮反應(yīng)器中,單質(zhì)Fe可作為凝聚核培養(yǎng)厭氧氨氧化顆粒,以微米或納米的形式被添加到反應(yīng)器中的單質(zhì)Fe,可以顯著提高紅菌脫氮效能。同時,適當(dāng)增加進(jìn)水中Fe2+或Fe3+的濃度有利于細(xì)胞色素C的合成,從而提高紅菌的活性及生長速度。 紅菌的富集與培養(yǎng) 7種富集反應(yīng)器+6種污泥源優(yōu)缺點(diǎn)對比 1、常用紅菌富集反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn) 紅菌生長緩慢,生物量約為0.11g/g(以每單位質(zhì)量NH4+ -N污泥中可揮發(fā)性固體計(jì)),導(dǎo)致污泥形成緩慢,在不利條件下易流失,難以實(shí)現(xiàn)菌株富集。因此,具備高效生物截留能力的反應(yīng)器對于紅菌的富集必不可缺。常用紅菌富集反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)如下: 1)SBR 優(yōu)點(diǎn):是具有良好的生物截留能力,基質(zhì)能夠充分混合、抗沖擊能力強(qiáng),無需回流,可穩(wěn)定運(yùn)行,操作簡單;缺點(diǎn):自動化控制要求高,不宜與其他工藝進(jìn)行偶聯(lián),仍有部分污泥流失。 2)MBR 優(yōu)點(diǎn):能夠?qū)崿F(xiàn)全部微生物的截留,菌種活性高、倍增時間短、出水水質(zhì)好,流程簡單、操作方便;缺點(diǎn):阻力大、運(yùn)行成本高,膜易堵塞。 3)UASB 優(yōu)點(diǎn):生物截留量高,HRT短且能耗低,容積負(fù)荷率高,運(yùn)行穩(wěn)定,脫氮效果好,可加速顆粒污泥的形成;缺點(diǎn):傳質(zhì)效果不佳,內(nèi)部污泥床易形成死區(qū)、短流及溝流現(xiàn)象,影響啟動效果。 4)EGSB 優(yōu)點(diǎn):污泥持留能力高效,傳質(zhì)條件好且不易堵塞;缺點(diǎn):運(yùn)行條件和控制要求高、顆粒污泥碰撞頻繁而劇烈,易流失,能耗較高。 5)ABR 優(yōu)點(diǎn):良好的生物截留能力,易于固液分離,易形成顆粒污泥;缺點(diǎn):較難實(shí)現(xiàn)均勻布水、易產(chǎn)生溝流和死角。 6)UBF 優(yōu)點(diǎn):污泥齡較長,能較好適應(yīng)水質(zhì)水量的變化,生物池流量大,傳質(zhì)條件好;缺點(diǎn):顆粒污泥不穩(wěn)定,易流失。 7)SBBR 優(yōu)點(diǎn):具有良好的生物截留能力,抗沖擊能力強(qiáng),可穩(wěn)定運(yùn)行,操作簡單;缺點(diǎn):紅菌富集易受填料種類和性質(zhì)的影響,控制系統(tǒng)復(fù)雜。 2、不同污泥源時紅菌的富集與培養(yǎng)過程 從接種污泥開始,厭氧氨氧化脫氮啟動過程依據(jù)氮素去除規(guī)律,可分為活性遲滯、活性提高及穩(wěn)定運(yùn)行3個階段。其中,活性遲滯階段的長短與接種污泥的性質(zhì)有很大關(guān)系,不同污泥源條件下厭氧氨氧化啟動過程與運(yùn)行特性的比較如下: 1)好氧活性污泥 優(yōu)勢:啟動階段污泥沉降性能好,啟動成功后可長時間穩(wěn)定運(yùn)行,脫氮效果好;劣勢:紅菌數(shù)量少、好氧微生物種類豐富,導(dǎo)致紅菌不易富集,反應(yīng)器啟動時間較長,延遲反應(yīng)器進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段。 2)厭氧顆粒污泥 優(yōu)勢:顆粒內(nèi)部嚴(yán)格厭氧,為紅菌提供有利微環(huán)境,便于形成顆粒污泥,反應(yīng)器抗沖擊負(fù)荷,利于微生物持留,縮短啟動時間,運(yùn)行穩(wěn)定。劣勢:顆粒污泥的性質(zhì)取決于馴化污水,一定程度上限制了厭氧顆粒污泥作為接種源;顆粒污泥的粒徑、密度、有機(jī)物含量和沉降性影響啟動和運(yùn)行。 3)厭氧消化污泥 優(yōu)勢:含豐富的可與紅菌共生的微生物,紅菌基因數(shù)偏高,易富集培養(yǎng),紅菌啟動時間較短;劣勢:NH4+ -N去除效果不理想,反應(yīng)難以長時間穩(wěn)定運(yùn)行。 4)反硝化污泥 優(yōu)勢:反硝化菌與紅菌代謝相似,充分的反硝化污泥易在反應(yīng)器內(nèi)富集紅菌,加速啟動進(jìn)程。劣勢:NH4+ -N去除率偏低,過量的反硝化可能造成NO2− -N不足,亞硝化菌過量增殖。 5)厭氧氨氧化污泥混合污泥 優(yōu)勢:富含紅菌,啟動時間短,快速進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期,NH4+ -N去除效果極佳;劣勢:反應(yīng)的污泥源不足,一旦污泥流失會直接導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。 6)厭氧消化污泥混合污泥 優(yōu)勢:易富集培養(yǎng)紅菌,啟動時間相對較短,NH4+ -N、NO2− -N去除效果較好。劣勢:反應(yīng)容易受其他混合污泥影響,導(dǎo)致反應(yīng)失穩(wěn)。 |