消化液回流技术介绍和屠宰污水设备说明

在许多发展中国家和发达国家，地表水和地下水受到硝酸盐或亚硝酸盐污染的现象日益增多。离子交换、吸附、化学处理、膜技术和生物处理技术等是处理含硝酸盐废水的成熟方法。离子交换和吸附工艺主要用于高纯水的处理，并且NO3-→NO2-→NO→N2O→N2，C、S、H 等都可以作为反硝化过程的电子供体。目前针对不同的电子供体，科学家们研究了相应的异养和自养生物反硝化工艺，笔者对这些工艺进行了较详细的论述，硝酸盐的处理提供技术方案选择。

1 异养反硝化
 
异养反硝化是由反硝化细菌利用有机碳源作为能源和电子供体，把硝酸盐反硝化为氮气的过程。已知的异养反硝化细菌有Pseudomonas、Paracocus、 Flavobacterium、Alcaligenes、Bacillus spp.等〔1〕。C/N、进水硝酸盐浓度、微生物浓度、SRT、HRT 和反应器结构是影响硝酸盐去除速率的主要因素。

消化液回流技术介绍和屠宰污水设备说明

对于含有丰富碳源的生活污水和养殖废水，C/N 不是反硝化的主要影响因子。但某些工业废水，如冶金、电镀、半导体、制造和能源废水，其有机物浓度很低甚至没有，却含有高浓度的NO3--N。为获得较高的脱氮水平，往往需要给这些废水外加碳源。通常，反硝化过程中选择何种外加碳源与经济有关，甲醇、乙酸和乙醇的反硝化速率相近，因甲醇*而应用zui广泛。但由于甲醇毒性较大，近年多采用乙酸作为外加碳源。它们通常与磷酸盐一起投加，以保证出水NO2--N 在较低的水平。然而，未利用完的外加碳源可能引起二次污染，因此其工艺出水需要混凝、吸附等后续处理。另外利用这些传统碳源进行反硝化时，污泥产率较高（见表 1），一方面加大了污泥处置的费用，另一方面因其出水中的微生物浓度超标风险较大，需要进行严格的消毒。

科学家们也曾研究利用更经济的非溶解性碳源进行反硝化的可能性，即利用非溶解性碳源作为微生物的食物及附着的填料，缓释的碳源使反硝化得以进行而不会导致出水中有机物超标。棉花〔7, 8, 9〕、麦秆〔10〕、报纸〔11〕、锯末〔12〕、淀粉〔13〕、菜油〔14〕等都被用于生物反硝化，其中棉花作为碳源时的反硝化速率较高，可达353 g/（m3·d），但仍低于甲醇等传统碳源的反硝化速率（见表 2）。

因此仍需进一步提高固态碳源的溶解速率和反硝化的稳定性，使利用非溶解性碳源的异养反硝化得以应用于工业废水的脱硝。

2 自养反硝化
 
近年来，人们发现硫、氢等也能为自养反硝化细菌提供电子进行硝酸盐的脱除。这可以解决反硝化过程中因有机碳源的过量使用而导致出水中有机物过量和微生物超标的问题，有效降低运行成本。因此自养反硝化对低C/N 含硝酸盐废水的处理有着较高的应用价值。

2.1 硫型反硝化
 
利用硫组分进行自养反硝化是一个利用无机还原态的硫（S2-、单质硫S、S2O32-、S4O62-、SO32-）作为电子供体、硝酸盐为电子受体的生物反硝化过程。因为单质硫的价格远低于甲醇和乙酸等碳源价格，且硫组分含量zui高，可减少反硝化的运行成本，因而人们对单质硫型自养反硝化过程的研究zui深入。每传递 1 mol 的电子，单质硫型反硝化产生的能量为91.15 kJ，远低于甲醇反硝化释放的能量（109.18 kJ/mol），而微生物生长所需能量是相同的，因此单质硫型反硝化的污泥产率低于甲醇型反硝化，污泥处置费用低。

负责硫自养反硝化的细菌主要为Thiobacillus denifications和/或Thiomicrospira denitrificans〔21〕。DO、 pH、硫颗粒粒径、S/N 比、NO3-浓度、营养物和HRT 是影响单质硫型自养反硝化速率的主要因素。单质硫的反硝化产物中的H+能导致亚硝酸盐的积累和硝酸盐去除速率的下降〔22〕，因此需投加一定量的CaCO3 维持反应体系的pH 和碱度。而 Thiobacillus denifications 世代期长，容易被洗出反应器，因此通常采用截留微生物效能高的单质硫-石灰石堆床作为单质硫自养反硝化反应器。单质硫可以作为Thiobacillus denifications 生物膜的载体，而石灰石不仅为自养反硝化菌提供碱度，也提供无机碳源〔21〕。 J. L. Campos 等〔5〕研究发现，在S、N 质量比为 3.70 或6.67 时，会出现NO2-的瞬间积累现象；在S、N 质量比为1.16 或2.24 的条件下，NO2-是自养反硝化的主要终产物。这是因为NO3-的比转化速率快于 NO2-的比转化速率，因此NO3-浓度较高或停留时间过短时容易导致NO2-的积累，进而自养反硝化受到明显抑制。

R. Sierra-Alvareza 等〔17〕研究了以单质硫－石灰石为填料的生物反应器的脱氮性能，结果表明其氮负荷高达560 g/（m3·d），氮去除率95.9%，表现出较高的脱氮能力。其批式实验发现，反硝化的速率与单质硫的接触面积有关，为26.4 mmol/（m2·d）。A. Koenig 等〔23〕认为，因单质硫的可溶性较差，严重限制了其向微生物中传递，因而单质硫的溶解速率是单质硫型自养反硝化的限制因子，反应速率与硫粒粒径和表面积有关。因此，硫自养反硝化工艺应用于工业含硝酸盐废水的处理时，宜采用粒径较细的单质硫以提供足够的比表面积进行传质，必要时可选择溶解态的单质硫。由于SO42-是单质硫型自养反硝化的另一重要产物（见表 1），若尾水直排地表水则会导致二次污染，因此应慎重采用该工艺；若尾水能直排海洋，则没有二次污染风险（海洋中SO42-的质量浓度为2.7 mg/L 左右）。因此在废水可直排海洋的沿海地区，可以采用单质硫型自养反硝化工艺来处理含硝酸盐的工业废水。