1. Принцип деградации ХПК
ХПК относится к общему количеству окисляемых органических веществ и восстановимых неорганических веществ в воде. Суть деградации заключается в разложении органических веществ на безвредные малые молекулы, которые можно разделить на два типа
1. Биохимическая деградация: Аэробные микроорганизмы (например, хлопьевидные бактерии в активном иле) метаболизируют органические вещества, разлагая их до CO₂ и H₂O, одновременно синтезируя собственные клетки; анаэробные микроорганизмы разлагают макромолекулярные органические вещества до метана, CO₂ и других веществ в условиях отсутствия кислорода. Это применимо к легко разлагаемой ХПК (например, углеводам и белкам в бытовых сточных водах).
2. Физико-химическая деградация: Для трудноразлагаемой ХПК (например, ароматических углеводородов и гетероциклических соединений в промышленных сточных водах) используются передовые методы окисления (Фентон, озоновое окисление) для разрыва химических связей органических веществ или адсорбция (активированный уголь) для прямого отделения загрязнителей, тем самым снижая значение ХПК в водоемах.
Состав химического потребления кислорода (ХПК) в основном состоит из () в водоемах
A. Все органические вещества
B. Органические вещества, которые могут быть окислены сильными окислителями + частично восстановимые неорганические вещества
C. Все неорганические вещества
D. Деградация трудноразлагаемых органических веществ II. Принципы деградации аммиачного азота
Деградация аммиачного азота (NH₃-N) в основном включает трансформацию элементов азота, причем биохимические пути являются доминирующим методом, а физико-химические подходы иногда применяются в конкретных случаях
Биохимическая нитрификация-денитрификация
Нитрификация: В аэробных условиях при подходящем pH (7,5-8,5) и температуре (15-30°C) автотрофные нитрифицирующие бактерии (нитрит-окисляющие бактерии + нитрат-окисляющие бактерии) сначала превращают NH₃-N в нитритный азот (NO₂⁻-N), а затем далее трансформируют его в нитратный азот (NO₃⁻-N).
Реакция денитрификации: Гетеротрофные денитрифицирующие бактерии в анаэробных условиях используют нитратный азот в качестве акцептора электронов, восстанавливая его до N₂, который выделяется в атмосферу, тем самым завершая удаление азота.
2. Метод физикализации
Метод отгонки: Регулировка pH сточных вод до 10,5-11,5, превращая ионы аммония (NH₄⁺) в свободный аммиак (NH₃), и отгонка аммиака в атмосферу путем аэрации.
Метод хлорирования до точки насыщения: Добавление окислителей, таких как хлор, для окисления аммиачного азота до N₂, подходит для экстренной обработки сточных вод с низкой концентрацией аммиачного азота.
III. Основные факторы, влияющие на деградацию ХПК
Характеристики качества воды: Легкоразлагаемая ХПК (углеводы, белки) значительно подвержена влиянию микробной активности; трудноразлагаемая ХПК (ароматические углеводороды, гетероциклические соединения) зависит от интенсивности окисления передовых процессов окисления, которые не могут быть эффективно разложены обычными биохимическими методами.
2. Микробные условия: Аэробные процессы требуют достаточного растворенного кислорода (DO 2-4 мг/л) и соответствующей концентрации ила (MLSS 2000-4000 мг/л); анаэробные процессы требуют строго безкислородной среды и подходящего времени удерживания ила (SRT). Несбалансированные микробные популяции напрямую снижают эффективность деградации.
3. Параметры окружающей среды: Температура воды (оптимальный диапазон: 20-35°C), pH (6,5-8,5). Низкие температуры или сильные кислоты/щелочи могут подавлять метаболизм микроорганизмов; токсичные вещества (тяжелые металлы, фенолы) могут нанести вред популяциям бактерий, что приведет к резкому снижению эффективности удаления ХПК.
4. Эксплуатация процесса: Время гидравлического удерживания (HRT) и коэффициент рециркуляции в биохимических методах, а также дозировка химических реагентов (например, соотношение Fe²⁺ к H₂O₂ в реагенте Фентона) и время реакции в физико-химических методах, все влияют на эффективность деградации ХПК.
4. Основные факторы, влияющие на деградацию аммиачного азота
Активность нитрозирующих бактерий: Нитрозирующие бактерии автотрофны, медленно растут и чувствительны к условиям окружающей среды. Им требуется достаточный растворенный кислород (DO ≥2 мг/л) и более длительное время удерживания ила (SRT 10-20 дней). Анаэробные условия или чрезмерно короткое время удерживания ила могут привести к застою в реакции нитрозирования.
2. Параметры окружающей среды: Температура воды (15-30°C), ниже 10°C значительно снижает скорость нитрификации; pH (7,5-8,5), кислые условия подавляют активность нитрифицирующих бактерий; токсичные вещества (такие как тяжелые металлы, цианиды) напрямую убивают нитрифицирующие бактерии.
3. Условия денитрификации: Денитрифицирующие бактерии требуют среды с недостатком кислорода и достаточного источника углерода (соотношение C/N ≥ 5:1). Недостаточный источник углерода препятствует полной денитрификации, что приводит к остаточному нитратному азоту от превращения аммиачного азота и трудности в соблюдении стандартов общего азота.
4. Параметры процесса: Время гидравлического удерживания и интенсивность аэрации на стадии нитрификации, а также точность регулировки pH (10,5-11,5) и объем воздуха для аэрации в физико-химическом методе (метод отгонки), все влияют на эффективность удаления аммиачного азота.
V. Общие влияющие факторы
Нагрузка на входной поток: Чрезмерные колебания концентраций ХПК и аммиачного азота, превышающие возможности очистного процесса, приведут к превышению нормативов качества сточных вод.
Эффект предварительной очистки: Если процессы предварительной очистки, такие как решетки и песколовки, не смогут эффективно удалять взвешенные твердые частицы и крупные примеси, они могут засорить реакторы, снизить эффективность массопереноса и косвенно ухудшить производительность деградации.
