溧陽(yáng)一體化城鎮(zhèn)廢水處理設(shè)施快捷施工

3.1.2 改造加堿流程

　　廢水中含有甲醛，pH=3～4，酸性較強(qiáng)。而生化反應(yīng)pH值為中性和堿性(7.0～10.0)條件下能有效提高處理效果，因此需要在調(diào)節(jié)池內(nèi)加入燒堿調(diào)整進(jìn)入SBR反應(yīng)池的甲醛廢水pH值7～9。改造方法是在原有的進(jìn)反應(yīng)池的加堿管線(xiàn)上配置一條管徑1"的不銹鋼管線(xiàn)引入調(diào)節(jié)池，并配置2臺(tái)(一開(kāi)一備)量程0～10l/h的計(jì)量泵，作為主要調(diào)整pH值的手段，實(shí)現(xiàn)了pH值在線(xiàn)調(diào)整快速、準(zhǔn)確。

　　3.2 操作控制優(yōu)化

　　3.2.1 進(jìn)水指標(biāo)控制優(yōu)化

　　(1)廢水中的水質(zhì)控制優(yōu)化。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料，當(dāng)甲醛小于5mg/L時(shí)，生化系統(tǒng)較為穩(wěn)定，當(dāng)甲醛大于5mg/L且小于20mg/L時(shí)，可以被系統(tǒng)中的微生物消化降解。而王凱等在甲醛對(duì)煤化工廢水生化處理系統(tǒng)的沖擊及快速修復(fù)技術(shù)研究中得出，當(dāng)生化系統(tǒng)進(jìn)水甲醛含量低于100mg/L時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)受到太大影響，沒(méi)有崩潰的風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。

　　所以在SBR反應(yīng)池進(jìn)水水質(zhì)主要指標(biāo)的制定上，根據(jù)SBR處理甲醛等有毒害物質(zhì)的特點(diǎn)并結(jié)合以上文獻(xiàn)資料中的研究結(jié)論，調(diào)節(jié)池主要控制指標(biāo)：pH值7～9，COD≤2000mg/L，NH+4-N≤300mg/L，甲醛≤20mg/L。

　　(2)廢水水量控制。在準(zhǔn)確的水質(zhì)分析基礎(chǔ)上，通過(guò)水質(zhì)指導(dǎo)進(jìn)水量。若測(cè)得含醛廢水中COD不大于2000mg/L，則每個(gè)SBR池每個(gè)周期進(jìn)水量不超過(guò)80m3。

　　3.2.2 硝化過(guò)程控制優(yōu)化

　　由于甲醛廢水中含有甲醛、三聚甲醛、二氧五環(huán)等難降解的污染物質(zhì)，

　水污染物的種類(lèi)繁多，其中含氮排放物，特別是含硝酸根離子的廢水，給人類(lèi)健康、生態(tài)環(huán)境都帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。自然表層水體中，硝酸根的含量一般低于1μmol/L，但在受到污染的情況下，這一數(shù)值會(huì)發(fā)生幾個(gè)數(shù)量級(jí)的升高。在世界各地，自然水體硝酸根濃度過(guò)高導(dǎo)致飲用水中硝酸鹽超標(biāo)的情況時(shí)有發(fā)生。攝入體內(nèi)的硝酸鹽會(huì)在胃中轉(zhuǎn)化為具有致癌性的亞硝胺，硝酸根也可以將血液中的血紅蛋白氧化為高鐵血紅蛋白，降低了紅細(xì)胞的攜氧能力。而環(huán)境水體中氮含量過(guò)高導(dǎo)致的富營(yíng)養(yǎng)化、水體老化等現(xiàn)象也帶來(lái)了嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)難，而且水環(huán)境的恢復(fù)更是極為困難與漫長(zhǎng)。因此，含硝酸廢水的處理一直是水處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)，也是難點(diǎn)和重點(diǎn)。微藻作為一種生物體，在生長(zhǎng)的過(guò)程中需要吸收含氮物質(zhì)作為營(yíng)養(yǎng)。某些藻類(lèi)具有從外界環(huán)境中吸收并固定硝酸根的能力。使用微藻對(duì)水體中的硝酸或硝酸鹽進(jìn)行處理，可以作為一種在對(duì)硝酸根進(jìn)行脫除的同時(shí)將其轉(zhuǎn)化為高價(jià)值微藻生物質(zhì)的手段。因此，研究如何使用微藻轉(zhuǎn)化工業(yè)排放硝酸并開(kāi)發(fā)相應(yīng)技術(shù)，具有十分重要的理論和實(shí)踐意義。

　　1、含硝酸廢水的現(xiàn)有處理方法

　　目前對(duì)含硝酸廢水進(jìn)行脫硝處理的方法主要有生物反硝化法、化學(xué)還原法與中和法等幾種。應(yīng)用較為廣泛的方法是生物反硝化法，這種方法利用反硝化細(xì)菌的反硝化作用，將硝態(tài)氮還原為氮?dú)?，釋放到大氣中。但由于反硝化?xì)菌生長(zhǎng)速度慢、反硝化效率低、對(duì)pH耐受范圍窄等因素的限制，這種方法無(wú)法處理高濃度的含硝酸廢水，需要用大量的水進(jìn)行稀釋?zhuān)嫉孛娣e大，導(dǎo)致廢水處理成本高。另外，生物反硝化法還存在不反硝化釋放N2O污染以及活性污泥減量與處置的問(wèn)題?；瘜W(xué)還原法利用硝酸根離子的氧化性，使用化學(xué)還原劑或電化學(xué)手段將硝態(tài)氮還原為氮?dú)饣虬薄＿@種方法需要投加大量藥劑，可能會(huì)帶來(lái)新的污染，還原產(chǎn)生的氨態(tài)氮也是嚴(yán)重的污染物，需要進(jìn)行進(jìn)一步處理，容易產(chǎn)生二次污染。中和法使用堿性物質(zhì)對(duì)廢水中的硝酸進(jìn)行中和，再進(jìn)行蒸發(fā)濃縮或稀釋后排放。這種方法將硝酸轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，實(shí)際只是解決了廢水pH偏低的問(wèn)題，并沒(méi)有真正對(duì)含氮污染物進(jìn)行清除。其他成熟的水處理方法，包括反滲透、離子交換、電滲析等，與中和法相似，都只是對(duì)污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移，未能實(shí)現(xiàn)從根本上清除硝態(tài)氮?？梢钥闯?，目前的技術(shù)還存在成本高、帶來(lái)二次污染和氮元素資源化利用程度低等問(wèn)題，缺少能夠高效率處理含較高濃度硝酸廢水的理想技術(shù)。

　　2、微藻處理含硝酸根廢水的理論基礎(chǔ)

　　2.1 微藻

　　微藻是一類(lèi)個(gè)體微小、種類(lèi)繁多、能進(jìn)行光合作用的浮游植物。微藻可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是原核微藻，以藍(lán)藻為主，又稱(chēng)為藍(lán)細(xì)菌，包括螺旋藻、顫藻、念珠藻等種類(lèi)。原核微藻細(xì)胞內(nèi)含有光合色素，但不形成葉綠體，細(xì)胞結(jié)構(gòu)與革蘭氏陰性細(xì)菌相近。另一類(lèi)微藻是真核微藻，屬于真核生物，包括綠藻、硅藻、輪藻等諸多種類(lèi)。真核微藻以單細(xì)胞或簡(jiǎn)單細(xì)胞組合的形式存在，沒(méi)有明顯的組織分化。微藻普遍存在于地球上的水環(huán)境中，從咸水到淡水，甚至潮濕的陸地表面，各種生態(tài)環(huán)境均發(fā)現(xiàn)有不同類(lèi)別的藻類(lèi)生長(zhǎng)。與高等植物相比，微藻具有生長(zhǎng)快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、能夠以多種方式進(jìn)行培養(yǎng)、單位質(zhì)量的生物質(zhì)含氮量高的特點(diǎn)。而與其他非光合微生物相比，微藻又具有能夠利用光能進(jìn)行光合作用的特點(diǎn)，能夠降低培養(yǎng)過(guò)程的能耗。因此微藻是一種具有工業(yè)化應(yīng)用前景的生物。

　　2.2 微藻的氮同化

　　生物體在生長(zhǎng)過(guò)程中需要含有各種元素的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其中大量元素包括C、H、O、N、P、S等。微藻也不例外，生長(zhǎng)過(guò)程中需要從培養(yǎng)環(huán)境中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在自養(yǎng)條件下，微藻以溶于水中的CO2(包括HCO3-、CO32-等形式)作為碳源。在異養(yǎng)條件下，微藻以含碳有機(jī)物作為碳源，例如葡萄糖、乙酸、甘油等。在兼養(yǎng)條件下，上述兩種方式同時(shí)發(fā)生。而在氮源方面，微藻可以利用的氮源包括無(wú)機(jī)氮源(硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽)和有機(jī)氮源(尿素、氨基酸等)。據(jù)估計(jì)，海洋中藻類(lèi)生長(zhǎng)所需的氮元素大約有20%來(lái)自水環(huán)境中的硝酸根。某些微藻可以以硝酸根作為氮源生長(zhǎng)，吸收培養(yǎng)環(huán)境中的硝酸根。因此，可以利用微藻對(duì)工業(yè)外排水中的硝酸根離子進(jìn)行脫除。

　　微藻對(duì)不同含氮物質(zhì)的攝取具有差異。由于NH4+本身處于還原態(tài)，能夠通過(guò)轉(zhuǎn)氨基作用直接形成氨基酸并同化成為微藻生物質(zhì)，從能量角度上看更為劃算，因此NH4+以及含有氨基的物質(zhì)(例如氨基酸)通常是微藻所偏好的氮源。而對(duì)于硝態(tài)氮來(lái)說(shuō)，微藻的同化能力則取決于具體的藻種。例如聚球藻(Synechococcusspp.)可以在NO3-或NO2-為氮源的條件下生長(zhǎng)，而絕大多數(shù)原綠球藻(Prochlorococcusspp.)則無(wú)法利用這兩種氮源物質(zhì)。從整體上看，銨態(tài)氮的存在對(duì)細(xì)胞同化硝酸根的過(guò)程具有抑制作用，反映了細(xì)胞對(duì)銨態(tài)氮的偏好性。盡管NH4+可以作為微藻生長(zhǎng)的氮源，但過(guò)高濃度的NH4+具有細(xì)胞毒性，大多數(shù)微藻對(duì)NH4+的耐受閾值小于50mmol/L；而微藻細(xì)胞對(duì)高濃度硝酸根通常具有較好的耐受性，某些藻種可以在高達(dá)160mmol/L的NO3-濃度下正常生長(zhǎng)。這一點(diǎn)表明，與處理氨氮廢水相比，使用微藻處理較高濃度的含硝酸廢水可能具有更好的可實(shí)現(xiàn)性。

　　2.3 微藻的硝酸同化

　　生物體對(duì)硝酸根的吸收、同化與利用是一個(gè)多步驟的過(guò)程。對(duì)于真核微藻，硝酸根離子通過(guò)細(xì)胞膜上的跨膜載體蛋白運(yùn)輸進(jìn)細(xì)胞中，在硝酸還原酶的作用下還原為亞硝酸根并通過(guò)載體運(yùn)輸進(jìn)入葉綠體，隨后在亞硝酸還原酶的作用下逐步還原為銨根。銨根離子進(jìn)入細(xì)胞基本代謝的氮代謝通路，通過(guò)轉(zhuǎn)氨基作用形成氨基酸，最終用于合成蛋白質(zhì)。兩次跨膜運(yùn)輸和多次還原組成了微藻對(duì)硝態(tài)氮進(jìn)行同化的過(guò)程。

　　2.3.1 硝酸根/亞硝酸根的跨膜運(yùn)輸

　　硝酸根從細(xì)胞外跨膜運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)是微藻同化硝酸根的第一步，而還原得到的亞硝酸根也需要跨膜運(yùn)輸至葉綠體中進(jìn)行進(jìn)一步的還原。硝酸根/亞硝酸根的跨膜運(yùn)輸過(guò)程受到了嚴(yán)密的調(diào)控，有許多不同類(lèi)型的蛋白質(zhì)參與其中，包括NRT1(nitratetransporter1，硝酸載體1)、NRT2與NAR1(nitrateassimilation-relatedcomponent1，硝酸同化相關(guān)組分1)。許多硝酸根跨膜運(yùn)輸載體表現(xiàn)出雙功能性，對(duì)硝酸根和亞硝酸根都具有運(yùn)輸作用，在氮代謝的不同階段發(fā)揮功能。部分NRT1載體具有可變的的硝酸根/亞硝酸根親和性，受到環(huán)境硝酸根/亞硝酸根濃度的影響，且在不同類(lèi)微藻中的分布具有較大差異。而NRT2則作為高親和性的硝酸根/亞硝酸根載體，普遍存在于各類(lèi)微藻中。NAR1載體對(duì)亞硝酸根的親和性高于硝酸根，主要作為亞硝酸根的跨膜運(yùn)輸載體。

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2.3.2 硝酸根的還原

　　硝酸還原酶使用還原型輔酶將進(jìn)入細(xì)胞的硝酸根還原為亞硝酸根。真核微藻的硝酸還原酶通常由單基因編碼，是一個(gè)多亞基的蛋白復(fù)合體。硝酸還原酶分子中含有FAD(flavinadeninedinucleotide，黃素腺嘌呤二核苷酸)、血紅素以及鉬原子作為發(fā)揮還原活性所需要的輔因子。硝酸還原酶除了將硝酸根還原為亞硝酸根外，還會(huì)將很少一部分亞硝酸根繼續(xù)還原至一氧化氮(NO)。NO在細(xì)胞內(nèi)是一種非常重要的信號(hào)分子，參與了多種生理活動(dòng)的調(diào)節(jié)。例如，由于NO來(lái)自亞硝酸根，亞硝酸根水平的升高會(huì)導(dǎo)致NO濃度上升，硝酸跨膜載體以及硝酸還原酶的活性均受到NO介導(dǎo)的磷酸化的抑制，從而減少對(duì)細(xì)胞具有毒性的亞硝酸根的積累，形成硝酸還原代謝過(guò)程的轉(zhuǎn)錄后負(fù)調(diào)控。

相應(yīng)硝化反應(yīng)的過(guò)程延長(zhǎng)，調(diào)整SBR運(yùn)行各階段的周期控制，方式如下：每個(gè)SBR的操作周期由每天3個(gè)操作周期調(diào)整為每天2個(gè)操作周期，即12小時(shí)一個(gè)運(yùn)行周期。每個(gè)周期：進(jìn)水約1～1.5小時(shí)，曝氣時(shí)長(zhǎng)由原4～5小時(shí)增加到7.5～8小時(shí)，沉降2小時(shí)，排水1小時(shí)。

　　3.2.3 活性污泥控制優(yōu)化

　　(1)適當(dāng)提高廢水水溫。

　　SBR生化系統(tǒng)的處理對(duì)象是含甲醛廢水，污泥中的生物活性情況決定最終的出水水質(zhì)，在15～30℃范圍內(nèi)溫度升高，污泥對(duì)廢水中甲醛的去除率增大，污泥對(duì)甲醛的降解速率隨溫度升高呈指數(shù)遞增趨勢(shì)，適當(dāng)提高反應(yīng)器水溫，可增加微生物活性，提高反應(yīng)器處理能力。

　　在調(diào)節(jié)池及反應(yīng)池均配有蒸汽冷凝液作為控制反應(yīng)池內(nèi)水溫的手段，嚴(yán)控反應(yīng)池水溫在20～35℃之間。

　　(2)適當(dāng)提高曝氣時(shí)間。SBR反應(yīng)器活性污泥對(duì)甲醛的去除率隨曝氣時(shí)間延長(zhǎng)而增大，但過(guò)度的曝氣不但會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)溶解氧過(guò)高，加速污泥老化，還會(huì)破壞污泥絮體的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，影響處理效果的同時(shí)也大大增加了系統(tǒng)能耗，造成不必要的浪費(fèi)。故根據(jù)實(shí)際及試驗(yàn)基礎(chǔ)上，硝化反應(yīng)過(guò)程中將曝氣時(shí)間由原來(lái)的6小時(shí)提高到7.5～8小時(shí)，控制溶解氧DO濃度在3～5mg/L之間。

　　(3)提高活性污泥濃度在總污泥濃度中的占比。作為衡量污泥活性的重要指標(biāo)，MLVSS、MLSS是關(guān)鍵指標(biāo)。根據(jù)實(shí)際情況，MLVSS控制在4000～6000mg/L，MLSS控制在不小于1200mg/L(比未處理甲醛廢水時(shí)提升約200mk/L)，即MLSS/MLVSS≥0.3，確?；钚晕勰嘣谡麄€(gè)生化系統(tǒng)中占有優(yōu)勢(shì)。