消化液回流技術介紹和屠宰污水設備說明

在許多發展中國家和發達國家，地表水和地下水受到硝酸鹽或亞硝酸鹽污染的現象日益增多。離子交換、吸附、化學處理、膜技術和生物處理技術等是處理含硝酸鹽廢水的成熟方法。離子交換和吸附工藝主要用于高純水的處理，并且NO3-→NO2-→NO→N2O→N2，C、S、H 等都可以作為反硝化過程的電子供體。目前針對不同的電子供體，科學家們研究了相應的異養和自養生物反硝化工藝，筆者對這些工藝進行了較詳細的論述，硝酸鹽的處理提供技術方案選擇。

1 異養反硝化
 
異養反硝化是由反硝化細菌利用有機碳源作為能源和電子供體，把硝酸鹽反硝化為氮氣的過程。已知的異養反硝化細菌有Pseudomonas、Paracocus、 Flavobacterium、Alcaligenes、Bacillus spp.等〔1〕。C/N、進水硝酸鹽濃度、微生物濃度、SRT、HRT 和反應器結構是影響硝酸鹽去除速率的主要因素。

消化液回流技術介紹和屠宰污水設備說明

對于含有豐富碳源的生活污水和養殖廢水，C/N 不是反硝化的主要影響因子。但某些工業廢水，如冶金、電鍍、半導體、制造和能源廢水，其有機物濃度很低甚至沒有，卻含有高濃度的NO3--N。為獲得較高的脫氮水平，往往需要給這些廢水外加碳源。通常，反硝化過程中選擇何種外加碳源與經濟有關，甲醇、乙酸和乙醇的反硝化速率相近，因甲醇*而應用zui廣泛。但由于甲醇毒性較大，近年多采用乙酸作為外加碳源。它們通常與磷酸鹽一起投加，以保證出水NO2--N 在較低的水平。然而，未利用完的外加碳源可能引起二次污染，因此其工藝出水需要混凝、吸附等后續處理。另外利用這些傳統碳源進行反硝化時，污泥產率較高（見表 1），一方面加大了污泥處置的費用，另一方面因其出水中的微生物濃度超標風險較大，需要進行嚴格的消毒。

科學家們也曾研究利用更經濟的非溶解性碳源進行反硝化的可能性，即利用非溶解性碳源作為微生物的食物及附著的填料，緩釋的碳源使反硝化得以進行而不會導致出水中有機物超標。棉花〔7, 8, 9〕、麥稈〔10〕、報紙〔11〕、鋸末〔12〕、淀粉〔13〕、菜油〔14〕等都被用于生物反硝化，其中棉花作為碳源時的反硝化速率較高，可達353 g/（m3·d），但仍低于甲醇等傳統碳源的反硝化速率（見表 2）。

因此仍需進一步提高固態碳源的溶解速率和反硝化的穩定性，使利用非溶解性碳源的異養反硝化得以應用于工業廢水的脫硝。

2 自養反硝化
 
近年來，人們發現硫、氫等也能為自養反硝化細菌提供電子進行硝酸鹽的脫除。這可以解決反硝化過程中因有機碳源的過量使用而導致出水中有機物過量和微生物超標的問題，有效降低運行成本。因此自養反硝化對低C/N 含硝酸鹽廢水的處理有著較高的應用價值。

2.1 硫型反硝化
 
利用硫組分進行自養反硝化是一個利用無機還原態的硫（S2-、單質硫S、S2O32-、S4O62-、SO32-）作為電子供體、硝酸鹽為電子受體的生物反硝化過程。因為單質硫的價格遠低于甲醇和乙酸等碳源價格，且硫組分含量zui高，可減少反硝化的運行成本，因而人們對單質硫型自養反硝化過程的研究zui深入。每傳遞 1 mol 的電子，單質硫型反硝化產生的能量為91.15 kJ，遠低于甲醇反硝化釋放的能量（109.18 kJ/mol），而微生物生長所需能量是相同的，因此單質硫型反硝化的污泥產率低于甲醇型反硝化，污泥處置費用低。

負責硫自養反硝化的細菌主要為Thiobacillus denifications和/或Thiomicrospira denitrificans〔21〕。DO、 pH、硫顆粒粒徑、S/N 比、NO3-濃度、營養物和HRT 是影響單質硫型自養反硝化速率的主要因素。單質硫的反硝化產物中的H+能導致亞硝酸鹽的積累和硝酸鹽去除速率的下降〔22〕，因此需投加一定量的CaCO3 維持反應體系的pH 和堿度。而 Thiobacillus denifications 世代期長，容易被洗出反應器，因此通常采用截留微生物效能高的單質硫-石灰石堆床作為單質硫自養反硝化反應器。單質硫可以作為Thiobacillus denifications 生物膜的載體，而石灰石不僅為自養反硝化菌提供堿度，也提供無機碳源〔21〕。 J. L. Campos 等〔5〕研究發現，在S、N 質量比為 3.70 或6.67 時，會出現NO2-的瞬間積累現象；在S、N 質量比為1.16 或2.24 的條件下，NO2-是自養反硝化的主要終產物。這是因為NO3-的比轉化速率快于 NO2-的比轉化速率，因此NO3-濃度較高或停留時間過短時容易導致NO2-的積累，進而自養反硝化受到明顯抑制。

R. Sierra-Alvareza 等〔17〕研究了以單質硫－石灰石為填料的生物反應器的脫氮性能，結果表明其氮負荷高達560 g/（m3·d），氮去除率95.9%，表現出較高的脫氮能力。其批式實驗發現，反硝化的速率與單質硫的接觸面積有關，為26.4 mmol/（m2·d）。A. Koenig 等〔23〕認為，因單質硫的可溶性較差，嚴重限制了其向微生物中傳遞，因而單質硫的溶解速率是單質硫型自養反硝化的限制因子，反應速率與硫粒粒徑和表面積有關。因此，硫自養反硝化工藝應用于工業含硝酸鹽廢水的處理時，宜采用粒徑較細的單質硫以提供足夠的比表面積進行傳質，必要時可選擇溶解態的單質硫。由于SO42-是單質硫型自養反硝化的另一重要產物（見表 1），若尾水直排地表水則會導致二次污染，因此應慎重采用該工藝；若尾水能直排海洋，則沒有二次污染風險（海洋中SO42-的質量濃度為2.7 mg/L 左右）。因此在廢水可直排海洋的沿海地區，可以采用單質硫型自養反硝化工藝來處理含硝酸鹽的工業廢水。