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1、低碳氮比工业废水生物除氮试验研究 DOI:10.13989/ki.0517-6611.2009.27.028 安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2009,37(27):13216-13217,13220 责任编辑陈红红责任校对傅真治 赵硕伟,宋艳华,聂颖 (1.江苏省镇江市环境科学研究所,江苏镇江212001;2.江苏科技大学生物与环境工程学院,江苏镇江212018) 1 2 2 摘要研究了低溶解氧(DO)浓度条件下,生物脱氮工艺处理低碳氮比工业废水过程中的亚硝酸盐的变化规律。结果表明:在低溶解氧浓度条件下,该工艺能有效去除氨氮,同时能够实现长期稳定的亚硝酸盐富集。在
2、工艺稳定运行阶段,DO=1.0mg/L时,好氧池亚硝化率平均可达80%以上,氨氮去除率大于90%。关键词低碳氮比;工业废水;生物除氮;低溶解氧中图分类号X703.1文献标识码A文章编号0517-6611(2009)27-13216-02ExperimentalStudyonBiologicalNitrogenRemovalProcessofLowC/NIndustrialWastewaterZHAOShuo-weietal(ZhenjiangInstituteofEnvironmentalScience,Zhenjiang,Jiangsu212001)AbstractThenitriteacc
3、umulationwasstudiedontheconditionoflowdissolvedoxygen(DO)bybiologicalnitrogenremovalprocesstreatingindustrialwastewaterwithlowC/Nratio.Theexperimentalresultsindicatedthatthesystemcouldrealizelong-termstablenitriteaccumula-tionwithhighammoniaremovalrate.Duringthestableoperationstage,settingaDOconcent
4、rationinaerobicreactorat1.0mg/L,itwaspos-sibletoachieveaaveragenitriteaccumulationratioover80%withtheammoniaremovalrateover90%.KeywordsLowC/N;Industrialwastewater;Biologicalnitrogenremoval;LowDO 目前,水体氮污染日益严重,尤其是石化、焦化、冶金、食品等行业以及垃圾渗滤液排放大量成分复杂,且大多碳氮比(C/N)都较低的高浓度氨氮废水,氨氮的无害化处理面临困难 1 。处理上述碳氮比较低的废水,传统生物脱氮工
5、艺普遍 存在着因氨氮负荷过高而引起的出水不达标,消耗有机碳源多,消耗能源多等问题。近年来,围绕短程硝化反硝化的可行性进行了大量试验研究和工程实践,结果表明:与传统的全程硝化反硝化脱氮工艺相比,短程生物脱氮工艺更适用于低碳氮比废水的处理。笔者采用缺氧/好氧(A/O)和SBR联合工艺,应用小试验装置处理低碳氮比工业废水,探讨了利用低溶解氧浓度实现好氧池亚硝酸盐长期稳定积累,进而实现短程硝化反硝化生物脱氮。1材料与方法 1.1试验装置试验装置由有机玻璃制成,其中缺氧池尺寸为80mm120mm270mm(长宽高),好氧池和SBR池尺寸均为120mm120mm270mm。试验进水、好氧池硝化液回流、SB
6、R池混合液回流、出水均采用蠕动泵控制。试验温度控制在2530,反应器内污泥浓度控制在30003500mg/L,SRT控制在15d左右,好氧池硝化液回流比为150%,SBR池混合液回流比为200%,进水流量为8.4L/d,相应总HRT控制在28h。曝气采用微孔曝气头,通过调节空气泵控制好氧池与SBR池内溶解氧浓度。SBR池运行周期设为4h,其中曝气2h(溶解氧控制在1.5mg/L左右),沉淀1h,排水和闲置1h。试验装置如图1所示。1.2试验用水试验采用某化工公司生产废水,水质指标 + 为:NHN为1960021900mg/L,COD为285732164-mg/L,SS为354406mg/L,p
7、H值为7.217.44。这说明该工业废水为低碳氮比废水。试验中对原废水进行适当稀释,并适当投加葡萄糖和磷酸二氢钾等营养物质,以满足试验进水要求。控制试验进水pH为中性或偏碱性,C/N=3.54.0。1.3分析项目及分析方法试验水质分析采用国家标准方 作者简介赵硕伟(1960-),男,江苏镇江人,高级工程师,从事环境科 学研究。 注:1为搅拌器;2为空气泵;3为自控装置;4为蠕动泵;5为缺氧 池;6为好氧池;7为SBR池;8为微孔曝气装置。 Note:1,Stirrer;2,Airpump;3,Automaticcontroldevice;4,Peri-stalticpump;5,Anoxicp
8、ond;6,Aerobicpond;7,SBRpool;8,Microporousaerator. 图1试验装置Fig.1Testinstallation 法 2 ,详见表2。试验主要分析项目包括:氨氮、COD、NON、2-表1分析项目和分析方法Table2Itermsandmethodsofanalysis NON、溶解氧(DO)和pH值等。3- 分析项目Analysisprojects氨氮COD-NON2-NO-NTN溶解氧DOpHMLSSSV温度生物相 -3 分析方法和检测设备Analyticalmethodsandtestdevice纳氏试剂比色法标准重铬酸钾法 N-(1奈基)-乙二胺
9、比色法酚二磺酸光度法 过硫酸钾氧化-紫外分光光度法ORION835A型溶解氧测定仪HI98107型pH计重量法标准体积法温度计 双目生物显微镜XS-18 2结果与分析 2.1启动阶段 2.1.1污泥驯化。试验接种污泥取自某污水处理厂,需要进行驯化。首先,启动好氧池,将污泥倒入好氧池和SBR池, 37卷27期 接着加入稀释的原废水,优先培养硝化菌,待好氧池和SBR池发生明显的硝化过程后启动缺氧池,并连通好氧池和SBR池,使之成为一个整体,启动回流泵,开始持续进水。驯化期间进水的COD和氨氮分别控制在350550mg/L和50100mg/L范围内,通过每天的观察和水质监测,接种污泥的生物活性逐渐增
10、强,COD和氨氮的去除率稳步上升。整个污泥驯化过程持续2周。驯化阶段COD与氨氮去除情况见图2、3 。 图4启动阶段进出水氨氮浓度和好氧池氨氮容积负荷率 (NLR)变化情况 Fig.4ThechangesofeffluentammonianitrogenandNLRat startingphase 图2驯化阶段COD去除效果 Fig.2CODremovalefficiencyatthedomesticationstag e 图5启动阶段好氧池MLSS和SVI变化情况Fig.5ThechangesofMLSSandSVIatstartingphase 程。当DO=1.0mg/L时,氨氮去除率为8
11、8.3%,亚硝化率为84.7%。可见,二者均处于较高的水平。因此,最终确定 DO=1.0mg/L为试验最佳值。 图3驯化阶段氨氮去除效果 Fig.3Ammonianitrogenremovalefficiencyatdomestication stage 2.3稳定试验阶段在DO条件试验阶段确定了最佳DO浓度之后,试验进入到稳定试验阶段。 2.1.2系统启动。驯化结束后,开始启动系统。图4反映了系统在启动阶段进出水氨氮浓度和好氧池氨氮容积负荷率(NLR)的变化情况。通过提高系统进水氨氮浓度,使好氧 +3+ 池的NLR从NH-N0.183kg/(md)增加到NHN0.64044-kg/(md)。
12、最终的进水氨氮浓度稳定在NHN2804-mg/L。系统氨氮出水浓度一直都在NHN20mg/L以下,4-氨氮的去除率超过了88%。整个启动过程中,DO浓度始终控制在3.0mg/L以上,因此未检测到亚硝酸盐。图5反映了启动阶段好氧池混合液悬浮固体浓度(MLSS)和污泥体积指数(SVI)的变化情况。从图4可以看出,好氧池污泥SVI经历了一个明显的下降过程,从最初的199ml/g最终降至103ml/g,这表明污泥逐渐具有了良好的沉降性能。 2.2溶解氧条件试验阶段启动阶段结束后,系统具备了一定的处理低碳氮比废水的能力。为了考察溶解氧(DO)浓度的变化对好氧池亚硝酸盐积累率的影响,试验选择了7个不同的D
13、O浓度水平(mg/L):2.5、1.8、1.5、1.2、1.0、0.8、0.5。系统在每个DO浓度至少稳定运行4d。结果发现,随 着,注:DO=1.0mg/L。下同。 Note:DO=1.0mg/L.Thesameasbelow. 图6系统进出水氨氮浓度和好氧池亚硝酸盐氮、硝酸盐氮浓度 变化情况 Fig.6Thechangesofinfluentammonianitrogen,effluentam-monianitrogen,nitritenitrogenandnitratenitrogen + 3 + 图6是在溶解氧1.0mg/L条件下,进、出水氨氮浓度和 好氧池亚硝酸盐氮、硝酸盐氮浓度的变
14、化趋势。从图6可以 (下转) 13220 安徽农业科学 2009年 其地上植物部分以及地下根系在CH4释放过程中仍然具有类似于湿地或稻田植物的通气组织功能,因而,植被-土壤、土壤、土壤微生物之间的CH4吸收差异除了与土壤湿度有关外,可能还与处理引起的CH土4传输途径差异有关。植被-壤、土壤和土壤微生物的CH4吸收差异具体的产生机制有待于进一步研究。参考文献 1RASMUSSENRA,KHALILMAK.Atmosphericmethaneintherecent andancientatmospheres:Concentrations,trends,andinterhemisphericgra-
15、dientJ.GeophysRes,1984,89:11599-11605.2SAARNIOS,SILVOLAJ.EffectofincreasedCOndNonCHfflux2a4e fromaborealmire:AgrowthchamberexperimentJ.Oecologia,1999,119:349-356.3LEMERJ,ROGERP.Production,oxidation,emissionandconsumptionof methanebysoils:AreviewJ.SoilBiol,2001,37:25-50.4马玉寿,郎百宁.建立草业系统恢复青藏高原“黑土型”退化高寒
16、草地 J.草业科学,1998,15(1):5-9.5马玉寿,郎百宁,王启基.“黑土型”退化高寒草地研究工作的回顾与展 望J.草业科学,1999,15(2):5-9.6尚占环,龙瑞军.青藏高原“黑土型”退化草地成因与恢复问题的研究 评述J.生态学杂志,2005,24(6):652-656.7李希来.青藏高原“黑土滩”形成的自然因素与生物学机制J.草业 科学,2002,19(1):20-22.8胡启武,吴琴,李东,等.不同土壤水分含量下高寒草地CH比4释放的 较研究J.生态学杂志,2005,24(2):118-122.9SINGHSN,KULSHRESHTHAK,AGNIHOTRIS.Season
17、aldynamicsof methaneemissionfromwetlandsJ.Chemosphere:GlobalChangeSc,2000,2:39-46.10BUBIERJL,MOORETR,BELLISARIOL,etal.Ecologicalcontrolson methaneemissionsfromanorthernpeatlandcomplexinthezoneofdis-continuouspermafrost,Manitoba,CanadaJ.GlobalBio-geochemCycles,1995,9(4):455-470.11DISENB.Methaneemissi
18、onfromMinnesotapeatlands:Spatialandsea-sonalvariabilityJ.GlobalBiogeochem,1993,7:123-142. 图3植物及地上、地下部分CH4释放速率的季节变化Fig.3SeasonalvariationofCH4emissionratefromplants, overgroundpartandundergroundpartofplants 寒草地植被-土壤系统、土壤和土壤微生物CH4日变化动态不明显,这与胡启武等在海北站的研究结果相同。 3.2CHingh等研究结果表明,自4释放速率的季节变化S然和人工湿地中有植物的土壤CH
19、4释放量比没有植物的土壤CH4释放量高出许多倍 9 8 。这是因为植物为土壤与大气 之间的CH另外,植物通过凋落物4气体交换提供传输途径;以及根系分泌物的输入为产CH4菌提供基质。稻田和湿地CH4排放的传输过程主要是通过植物的通气组织以及植物细胞间空隙进行的 10-11 。在“黑土型”退化高寒草地的植被 -土壤、土壤、土壤微生物3个处理中,CH4吸收存在着与Singh等研究相似的变化规律,即CH土壤微生4吸收强度为:物>土壤>植被-土壤。尽管“黑土型”退化高寒草地植被下的土壤透气性良好,不同于湿地和稻田的极端嫌气环境,但(上接 ) 酸盐氮浓度回升至原来水平。这说明系统实现短程硝化反
20、硝化之后,在突发情况下的恢复速度较快。图7说明了系统 氨氮去除率和好氧池亚硝化率的变化规律。在系统运行正常,平均进水氨氮浓度NHN280.1mg/L的情况下,平均4-出水氨氮浓度仅为NH-N12.3mg/L,氨氮去除率始终保4持在90%以上,同时,好氧池亚硝化率也基本保持在75%以上,平均达80%以上。这表明系统长期维持在低DO浓度(1.0mg/L)下,亚硝酸盐氧化菌的增殖受到了有效地抑制,并且未发生适应现象而被逐渐淘洗出系统。由此可知,控制低DO浓度是实现长期稳定短程硝化的有效途径。3结论 试验结果表明:利用低DO浓度(1.0mg/L)可以实现缺氧/好氧和SBR联合工艺短程硝化反硝化生物脱氮
21、。在系统 + 平均进水氨氮浓度NHN280.1mg/L的情况下,平均出水4-氨氮浓度仅为NH-N12.3mg/L,去除率高于90%。在系4 统正常运行情况下,长期维持低DO浓度可实现好氧池短程硝化,能够获得稳定的亚硝酸盐积累率,平均亚硝化率可达80%以上,有时甚至超过90%。参考文献 1贾呈玉,李道棠,杨虹.低碳氮比废水生物脱氮新技术J.上海环境科 学,2003,22(5):349-352.2国家环境保护总局.水和废水监测分析方法M.4版.北京:中国环境 科学出版社,2002. + + + 图7系统氨氮去除率和好氧池亚硝化率的变化情况Fig.7Thechangesofammonianitrogenremovalefficiencyand nitrosationefficiency 看出,在所有的运行阶段氨氮的出水浓度总保持在较低值(<NHN20mg/L),好氧池亚硝酸盐氮浓度保持在NO4-2-N200mg/L左右。在运行的第5个月和第152天左右分别由于缺氧池搅拌装置故障(短时间内造成缺氧池污泥淤积,好氧池与SBR池污泥浓度降低)和好氧池曝气装置损坏造成出水水质恶化,出水氨氮浓度大幅上升(最高时曾达到NH-N75.0mg/L),同时亚硝化率也变低。但故障排除后,4 系统运行即恢复正常,出水水质原先较好水平,好氧池亚硝 + + -