污水處理過(guò)程中，脫氮是一個(gè)世紀(jì)難題，從最初傳統(tǒng)的硝化反硝化，到后來(lái)的短程硝化、厭氧氨氧化、短程硝化—厭氧氨氧化、生物膜內(nèi)自養(yǎng)脫氮等工藝。這些工藝在實(shí)施過(guò)程中的一個(gè)難點(diǎn)就是如何很好的控制細(xì)菌。看清華大學(xué)的鄭敏博士他們團(tuán)隊(duì)的新研究——利用超聲波技術(shù)控制廢水脫氮過(guò)程，是如何實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能的短程硝化脫氮。
項(xiàng)目名稱：利用超聲波控制廢水脫氮過(guò)程的技術(shù)初探及應(yīng)用前景展望
技術(shù)名稱：超聲波
與傳統(tǒng)廢水生物脫氮利用細(xì)菌將氨氮氧化為硝酸鹽再轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾姆绞讲煌?，短程硝化—反硝化工藝可以僅將氨氮氧化為亞硝酸鹽（短程硝化）即還原為氮?dú)猓蚨坛滔趸摰椒ň哂写蠓?jié)省曝氣所耗的能耗、節(jié)省反硝化所需碳源、減少污泥產(chǎn)量，縮短反應(yīng)時(shí)間及減少相應(yīng)反應(yīng)器容積等優(yōu)勢(shì)。
短程硝化是關(guān)鍵，但實(shí)施的難點(diǎn)是要控制廢水處理的細(xì)菌僅將氧化氨氮至亞硝酸鹽。超聲波是指頻率為20kHz以上的聲波，研究報(bào)道表明超聲波技術(shù)可以強(qiáng)化污水處理工藝性能，如增強(qiáng)污泥微生物活性、提高營(yíng)養(yǎng)元素去除率及誘導(dǎo)污泥減量等，是否能利用超聲波技術(shù)有效控制脫氮進(jìn)程，從而實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能的短程硝化脫氮？
1、污水處理傳統(tǒng)脫氮工藝簡(jiǎn)介
2、短程硝化脫氮新工藝的發(fā)展歷程
3、超聲波技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用研究現(xiàn)狀
4、超聲波控制短程脫氮技術(shù)及應(yīng)用前景展望
1）物化處理脫氮技術(shù)：吹脫法、選擇性離子交換法、化學(xué)沉淀法、電化學(xué)法和反滲透法；折點(diǎn)氯化法（低濃度氨氮）。生物處理脫氮技術(shù)：氨化；硝化；反硝化。
2）傳統(tǒng)的生物脫氮工藝：傳統(tǒng)的生物脫氮工藝主要應(yīng)用全程硝化-反硝化工藝，包含前置和后置反硝化池等形式。傳統(tǒng)生物脫氮工藝需要經(jīng)歷氨化、完全硝化、反硝化過(guò)程，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，過(guò)程冗長(zhǎng)，對(duì)能量、碳源、溶解氧均有較高的要求，雖然從工藝上應(yīng)用廣泛，易于實(shí)現(xiàn)，但單位脫氮成本高。
短程硝化反硝化：即將氨氮氧化為亞硝酸鹽（短程硝化），再將亞硝酸鹽還原為氮?dú)?。直?998年荷蘭Hellinga才提出一個(gè)實(shí)用的SHARON技術(shù)。這一技術(shù)是針對(duì)厭氧硝化池的上清液，利用厭氧硝化工藝的中溫（35℃左右），控制污泥齡2-3天，讓NOB很難生長(zhǎng)，而AOB還具有一定活性，使亞硝酸鹽大量積累。
亞硝化—厭氧氨氧化：亞硝酸鹽直接與厭氧氨氧化菌反應(yīng)生成氮?dú)狻Ｆ鋬?yōu)點(diǎn)是無(wú)需有機(jī)碳源。目前獲得成功的應(yīng)用只有：1）實(shí)驗(yàn)室抑制或淘汰NOB同時(shí)保留AOB的方法在獲得成功后只有荷蘭的中溫短程硝化SHARON獲得了成功的工程應(yīng)用。2）利用生物膜內(nèi)AOB和NOB兩類細(xì)菌對(duì)氧的親和系數(shù)（Ks）不同也成功實(shí)現(xiàn)了短程硝化與ANAMMOX在生物膜里的同步反應(yīng)（CANON），并使之成為目前工程中ANAMMOX應(yīng)用的主要技術(shù)。
1、超聲波在水溶液中的效應(yīng)：熱效應(yīng)；空化效應(yīng)；彌散效應(yīng)。
2、在水處理中的應(yīng)用：a、可以預(yù)處理厭氧消化污泥（把微生物進(jìn)一步破碎，將微生物中的有機(jī)物釋放），提高甲烷產(chǎn)率；b、增強(qiáng)生物活性，促進(jìn)生物傳感器過(guò)程（彌散效應(yīng)，在頻率和強(qiáng)度低時(shí)，可增強(qiáng)微生物的活性；在研究層面針對(duì)厭氧氨氧化菌、除磷菌、硝化菌甚至厭氧菌都有提及）；c、溶胞—隱形生長(zhǎng)（細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物釋放，有機(jī)物回流到污水處理過(guò)程中，然后再通過(guò)微生物降解），探討剩余污泥源頭減量，最大的問(wèn)題是能耗高。
3、超聲波對(duì)微生物的作用機(jī)理：直接物理作用；化學(xué)作用；壓力誘導(dǎo)作用。
1、研究發(fā)現(xiàn)在某些超聲條件下，AOB的活性比初始狀態(tài)要高很多；而NOB的活性隨著超聲波強(qiáng)度的增強(qiáng)下降的較為厲害。
2、基于這樣的機(jī)理，提出用超聲波控制短程硝化是否可行。從右圖可以看出：隨著超聲能量比例的增強(qiáng)，AOB活性逐漸上升后下降，NOB活性小幅上升之后迅速下降。因此在中間條件下，使體系內(nèi)AOB維持在基準(zhǔn)水平或更高水平，NOB活性受到抑制，逐漸下降。
3、針對(duì)高濃度氨氮廢水處，超聲波強(qiáng)化了AOB活性，可以實(shí)現(xiàn)快速積累亞硝鹽。在后期的中試時(shí)，提高短程硝化的效率，控制超聲的能耗水平，優(yōu)化中試運(yùn)行的條件是將要開(kāi)展的工作。 展望：超聲波本身是往體系輸送能量的，如何在污水處理中能夠提高短程硝化的效率，那么整個(gè)污水處理的流程會(huì)縮短，典型的占地會(huì)減少，初期投資會(huì)下降；此外，用超聲波處理，同時(shí)有污泥減量化的效果；通過(guò)超聲波處理污泥可以使厭氧硝化污泥產(chǎn)甲烷的效率上升，在國(guó)外有論證是可行的。總的來(lái)說(shuō)，從水處理方面相對(duì)是高效節(jié)能，對(duì)于污泥資源化亦有一定的貢獻(xiàn)。
對(duì)于超聲波我們可能并不陌生，但將其應(yīng)用于污水處理中，還是新型的技術(shù)。超聲波在水處理及污泥減量化中應(yīng)用的初步探索，技術(shù)干貨頗多，可以說(shuō)是受益匪淺。從當(dāng)前的脫氮工藝開(kāi)始講，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室小試的對(duì)比進(jìn)行了可行性論證和研究，也證明了超聲波在脫氮過(guò)程中確實(shí)具有一定的作用。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還需要進(jìn)一步的研究，進(jìn)行中試。
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