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饲料的解决方案

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脚

影响

包装床反应堆(元素硫)

影响

填充床反应器(元素硫)

废水

图1所示。连续流动填充床反应器系统的原理图之前[10]。经过充分的发展,丰富文化的引入对硫颗粒的填充床反应器和生物膜的形成。进行了一系列测试,水力停留时间逐渐减少,直到反应堆过载,导致硝酸盐去除效率的大幅减少。每个液压保留时间保持只要是必要的,以实现稳态条件。所有反应堆都是每天取样。分析进行了硝酸,亚硝酸盐,pH值根据标准方法、碱度和硫酸盐(1989)[11]。其他参数等更详细的废水成分或天然气生产/成分测定。在标准化的批量测试,确定相关参数指示微生物活动30分钟的间隔。

2.3。废水的来源和特征

硝化渗滤液从渗滤液处理厂获得在香港整体战略垃圾填埋场渗滤液的生物处理和完全硝化充气水池。二次废水得到两个政府运营沙田和大埔方向污水处理厂。脱硫的脱硫废水来源于当地的电力站的污水处理厂。当需要时,废水与tapwater稀释到所需的N03-N浓度和适量的NaHC03添加提供足够的缓冲能力。比较研究,合成废水也准备。它由一个解决自来水含有大约30毫克/ 1 KN03 (N), 500毫克/ 1 NaHCOj, 1毫克/ 1 K2HP04 (P), 0.5毫克/ 1 NH4C1 (N), 0.5毫克/ 1 MgCl2.6H20 FeS04.7H20和0.5毫克/ 1。N03-N的浓度更高,KN03的浓度和NaHC03相应增加。对测试的影响,盐度,氯化钠或NajSO,适量的补充道。实际废水的典型成分用于这项研究是表1所示。中度到高盐度废水是明显的。

3所示。结果与讨论

3.1。去除效率和操作因素

结果对硝化渗滤液自养脱氮的可行性和二级污水已经出版之前(10、12 - 14)。它可以表明,硫杆菌

表1

典型的合成废水used_

_Secondary effluent_硝化脱硫

_Tai阿宝STW_Sha锡STW_leachate_wastewater

表1

典型的合成废水used_

_Secondary effluent_硝化脱硫

_Tai阿宝STW_Sha锡STW_leachate_wastewater

鳕鱼	毫克/升	50	46	1153年	35
bod5	毫克/升	3所示。3	3所示。3	12	< 5
nh4 + - n	毫克/升	0.4	3所示。2	5.1	留言。
no3 - n	毫克/升	5.6	3所示。1	1665年	330年
no2——n	毫克/升	0.06	1。2	1。1	留言。
P04-P mg / L		2。2	1。6	1。9	0.003
S042	毫克/升	690年	765年	99年	5500年
ci	毫克/升	4680年	4970年	5300年	13300年
碱度	mg / L CaC03	90年	117年	1058年	1091年
pH值	- - - - - -	7.5	7.7	8。1	8。5
bod5 /氮氧化合物	- n比率	0.58	0.77	0.007	0

denitrificans能有效去除硝酸盐浓度的硫填充床800 mg / L NO3-N的浓度小于1 mg / L。完成脱氮所需的最低保留时间取决于硫粒子大小和入渗硝态氮的浓度。例如,使用硫颗粒大小为2.8到5.6毫米,硝化渗滤液与800 mg / L N03-N所需最小液压保留时间为11.4小时,而5.7小时完全足够脱氮400 mg / L N03-N。同样的,它可以表明,对于一个给定的影响浓度最低保留时间是平均硫磺粒度成反比。肤浅的填充床反应器二次废水没有执行以及深度填充床反应器,可能是因为在浅床不到理想的流动条件。例如,使用硫颗粒大小为2.8到5.6毫米,合成二次废水与32毫克/ L N03-N所需最小液压保留时间为4.0小时。应该注意,在上面的水力停留时间表示为床孔隙体积除以影响饲料流量。

3.2。环境和效果操作变量:温度、pH值、盐度、营养,抑制物质,碱度

图2 - 4显示批量试验研究的结果的影响温度、pH值、盐度(表示为渗透压)自养脱氮率。看来,硫杆菌denitrificans对温度非常敏感,30°C的最佳。脱氮率是著名的阿列纽斯关系的温度30°C。活化能的Ea被确定为53.2焦每摩尔,这导致Ql0 2.05指示一个近乎完美的价值翻倍10°C的温度反应速率的增加。他和劳伦斯(1978)[1]报道一个几乎相同的值54.4焦每摩尔的活化能,但没有确定最适温度。自养脱氮率最高的观察范围内的pH值7到8。增长的纯硫杆菌denitrificans文化使用硫代硫酸盐,比较结果的最适温度25 - 30°C和一个最佳pH值6到8的报道[15 - 17]。可能感兴趣的注意的影响温度和pH值异养反硝化率,建立了更早,表现出相似的模式[18]。

0 20 40

温度,图2°C。温度对脱氮的影响率

	120年
e
0	One hundred.
cS
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	“u 60
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<李> >	1 - 1 40
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图3。dH对反硝化速率的影响

7 9

图3。dH对反硝化速率的影响

由于本研究中使用的高盐度的废水,盐度的影响是仔细调查。众所周知,溶解盐的渗透压或粒子在溶液中会影响物质的运动在细菌的细胞膜,因此他们的活动。渗透压摩尔浓度直接相关的溶解盐或粒子,可以根据范霍夫大约计算方程。从图4很明显,脱氮率开始降低上方大约19 atm的渗透压,独立使用的类型的盐。在海水的渗透压,等于26.9 atm 1.1摩尔溶液的阴离子和阳离子,脱氮率减少到大约70%的最大速率。玻璃和西尔弗斯坦(1999)[19]调查文献在异养反硝化作用在高盐条件下,发现没有达成共识,但一些研究显示成功脱氮30 g / L氯化钠。

营养缺乏或不足可能抑制脱氮率。图5演示了磷酸的影响脱硫废水的自养脱氮。添加磷酸盐(如K2HP04)在这种情况下是非常困难的,因为2600 mg / L钙含量高的脱硫废水导致几乎立即磷酸钙沉淀。钙曾因此被使用碳酸钠;另外,添加多磷酸盐(NaP03) n能够防止沉淀,但其代谢可用性细菌不清楚。幸运的是,这两种方法产生令人满意的结果。

没有信息抑制物质对自养反硝化的影响可以在文献中找到。硼浓度异常高的脱硫废水引起的担忧可能抑制作用。然而,这样的效果才体现浓度高于500 mg / L,在废水很少发现。

方程(1)预测,每毫克N03-N删除4.5毫克碱度(CaC03)消耗。高硝酸盐浓度,相关的高消费的碱性废水可能导致一个戏剧性的pH值下降当缓冲容量是不够的。的

♦氯

•硫酸

一个混合的盐

0 20 40

渗透压(atm)

图4。渗透压对反硝化速率的影响

♦氯

•硫酸

一个混合的盐

■与磷酸

脱硫废水的稀释比例

图5。营养补充对反硝化速率的影响二次废水用于这个研究提供了更多比所需碱度。对于硝化渗滤液,一些形式的碱度NaHC03必须补充;另外,添加石灰石颗粒的填充硫化床预防pH值低于6.5。然而,在脱硫废水的批量测试,遇到严重的问题是提高碱度增加NaHC03以来造成降水CaC03因为钙含量高的废水。NaHC03除了之前,曾因此被钙与碳酸钠沉淀。还有待观察是否石灰石添加填充床反应器将消除碱度的问题,避免需要物理化学预处理脱硫废水去除钙。由于异养反硝化作用是生成碱性,同时提出了异养和自养脱氮保持碱性[7,8],然而,超过56%的N03”- n应由异养反硝化脱氮使用甲醇以及消除对碱度的需求增加。

生物量累积和污染可能会遇到在填充床反应堆。没有观察到这类问题影响时硝化渗滤液废水或合成。然而,流出的二级污水排放明显硫化氢气味,经过几周的操作。硫化物浓度在0.3和2.2 mg / L (S”2)确认不到理想的存在缺氧条件下在反应堆。可能导致生物淤积SS和COD的二级污水,这可能导致额外的微生物增长,部分是由于厌氧条件恶化。更频繁的ORP控制的反洗和应用可能需要避免生物淤积,ORP值低于-200 mv以来与完成反硝化作用和厌氧的发病条件的硫化物的形成(贝纳et al ., 1998) [20]。类似的生物淤积的差异报告自养反硝化的地下水和合成(Flere和张,1999)[21],

3.3。微生物动力学

它可以证明[22],自养脱氮硫填充床反应器之前半阶反应根据生物膜理论,首次提出通过Harremoes(1976)[23]为异养填充床脱氮:

C”, 2 = C0“2 - / 2 k1/2vt (2)

C0 =影响浓度,在mg / L N03-N;C =废水浓度,在mg / L N03-N;t =空床停留时间,小时;阶反应速率常数,k1/2v =单位反应器体积,在mg 2 / L“2. h。这个方程也可以用来估计硝酸填充床反应器中的概要信息,当t作为反应堆的空床停留时间给定的高度。可以进一步表明,半反应速率常数k1/2v取决于反应堆媒体的比表面积,因此硫粒子大小根据以下关系:

有限公司=比表面积反应堆的媒体,例如硫粒子的单位反应器体积,dm2 / dm3。常数0.0419 mg 2 / dm”2。h,对应于k1/2a,半反应速率常数单位生物膜区。与异养反硝化相比,半反应速率常数k1/2a自养反硝化作用被发现低约一个数量级。

最大比脱氮速率被发现约0.15 g N03-N / g VSS。在25°C, d与0.1和0.2 g N03-N / g值VSS。d估计数据的确定和劳伦斯(1978)[1]在悬浮生长系统中。这些值再次约一个数量级低于报道异养反硝化废水,大概相当于2.65 g N03-N VSS / g。基于动力学系数d报道Henze et al。(1997)[24],然而,当使用硫代硫酸盐而不是元素硫作为电子供体,最具体的脱氮率的纯硫杆菌denitrificans文化恒化器被估计为4.23和8.40 g N03-N / g VSS。d,分别[15、17],相当于4.41 g N03-N VSS / g。d为异养反硝化使用甲醇作为电子供体[24],脱氮率低的确切原因在使用元素硫没有确定,但众所周知,能源产量自养脱氮在使用元素硫或硫代硫酸盐几乎是相同的在91.15和92.97 kJ /电子等效,[25]。除此之外,使用甲醇,异养反硝化作用产生的能量相当于只略高于109.18 kJ /电子。因此可能,看来,脱氮速率的限制因素在使用元素硫元素硫的缓慢溶解和运输在生物膜,而不是任何本质上降低能源产量或反应速率自养反硝化反应。

一个有趣的现象观察到的是深洞的形成表面的硫颗粒经过一段长时间的操作(图6)。自硫粒子不仅是媒体高度增长,也作为能量的来源,这种增长模式的硫杆菌denitrificans似乎增加了比表面积最大化的硫溶解,因此细菌的反硝化速率。洞形成的机制还不清楚。传统生物膜理论没有考虑这种现象和假设统一的生物膜厚度以及生物惰性介质。

3.4。代谢途径

任何信息在特定代谢途径的自养脱氮硫杆菌denitrificans可以在文献中找到。是观察到的完成脱氮几乎所有N03 - n转化为氮气N2元素,没有中间产品检测。然而,当反应堆过载,N02”- n迅速建立污水,一氧化二氮气体N20废气中被发现。然而,N20-N废气从未超过0.8%的入渗N03”- n,这是相当低的相比其他形式的氮产品,即N2和N02。自养脱氮硫杆菌的denitrificans似乎因此以类似的方式进行如下保持酶的介导异养反硝化根据步骤:N03”- > N02 - >没有N20 N2。速率限制措施最有可能N02“N20 N20 N2这将解释N02”的积累和N20。

除了N2,废气有时包含意外高浓度的二氧化碳。原因纯粹是物理化学,因为它可能表明,废气中的二氧化碳浓度处于平衡状态的pH值和碱度脱氮废水根据亨利定律。这类似于蒸煮器气体中的二氧化碳浓度处于平衡pH值和上层清液的碱度。

3.5。化学计量关系

以下方程对应的实验发现化学计量关系最密切N03-N移除,碱度,氮气和硫酸形成:

硫杆菌denitrificans

1.06 NCV + 1.11 + 0.30 h2o——►co2 + 0.785

H + N2 + 1.11 S042 0.5 + 1.16 + 0.06 C5H702N (4)

获得的结果比较确定的结果和劳伦斯(1978),尽管他们使用了一种悬浮生长系统,而不是填充床反应器。根据方程(1)、氮以氨的形式需要微生物合成、总计8%脱氮硝态氮的质量。然而,在适当时间的适应,填充床反应器运行很好没有补充添加氨氮。这将表明氨氮不是硫杆菌的代谢要求denitrificans,这将是优势的硝酸盐含氨废水缺乏的自养脱氮。此外,正如之前提到的,它可以表明,正磷酸盐可以取代多磷酸盐。

3.6。微生物群落分析

图7显示了扫描电子显微照片的细菌依附硫颗粒的表面。细菌是短棒相当统一的大小和形状的极性鞭毛。形态,他们似乎属于一个物种和匹配的描述给出了硫杆菌denitrificans [26]。

图6。图7硫杆菌生长的影响。表面的扫描电子显微图denitrificans硫细菌生长表面的硫粒子(-16 - 11.2毫米)粒子

图6。图7硫杆菌生长的影响。表面的扫描电子显微图denitrificans硫细菌生长表面的硫粒子(-16 - 11.2毫米)粒子

3.7。工程意义

自养反硝化的硝酸盐废水含有硫填充床反应堆似乎是一个有趣的替代异养反硝化过程。它避免了唠叨的问题完全匹配的甲醇用量不同硝酸浓度,从而可以大大有助于更有效和可靠的硝酸盐去除。然而,这一过程的成功的大规模发展仍然需要进一步的技术上的改进。这样的例子有:(i)更高的体积脱氮率;(2)硫颗粒较小的深层过滤器或动态过滤器(1 - 2毫米直径)二次废水脱氮;(3)应用过滤器反洗过程控制;(iv)发展可靠的动力学预测模型结合sulphur-limestone填充床反应器/碱性pH值控制;(v)使用ORP控制潜在的污染问题;和(vi)吸收浓度的波动和冲击负荷的能力。在自养脱氮率明显较低,过程在使用元素硫不得作为这个过程的应用程序中的限制因素,从经济方面,实现污水质量、过程的可靠性和稳定性,易于操作等过程中也起到了非常重要的作用。

4所示。结论

根据调查,结论是:

1。自养脱氮硫填充床反应器中使用硫杆菌denitrificans可以有效地去除工业废水和二级废水浓度硝酸800 mg / L N03-N。完成脱氮所需的最低保留时间取决于硫粒子大小和入渗硝态氮的浓度。

2。自养脱氮硫填充床反应器中可以被描述为半顺序为生物膜反应速率模型。自养脱氮的动力学速率常数似乎低于异养反硝化作用,可能由于硫溶解速率缓慢。

3所示。自养反硝化作用似乎根据相同的代谢途径进行异养反硝化,速率控制步骤N02”- > N20和一氧化二氮-»n2。

4所示。硫杆菌denitrificans展品高盐宽容,但对温度和pH值很敏感。

5。的微生物群落主要由硫杆菌denitrificans根据显微观察。

6。硫杆菌的附加增长denitrificans导致微生物诱导形成的孔表面的硫粒子,与传统生物膜理论,假设统一的生物膜厚度。

7所示。观察与理论化学计量关系比较好,但硝酸可以代替氨氮代谢的需求,可以用来代替正磷酸盐和多磷酸盐。

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