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      高濃度氨氮廢水的短程硝化研究

      發布時間:2010-9-10 10:11:48  中國污水處理工程網

      摘 要:采用6 L的完全混合式反應器(CSTR)進行了高濃度氨廢水的短程硝化研究。在溫度為35℃、反應器內平均DO濃度為0.5~2.5mg/L、pH值為7~7.8的條件下連續運行141d的試驗結果表明:在第26天時實現了短程硝化,從第73天開始出水中檢測不出NO3-;在增加了連續污泥回流的情況下,反應器出水中也一直檢測不到NO3-;在進水氨容積負荷達到1.2kgNH3-N/(m3•d)時,氨去除率仍保持在95%以上。掃描電鏡的觀察結果表明污泥中的細菌以短桿菌和球菌為主。

      1、試驗裝置、材料與方法

      試驗裝置及工藝流程如圖1所示。

      廢水經由進水從水箱中提升進入反應器底部,經反應后從出水口進到沉淀池中,沉淀后的上清液排走,污泥則經污泥回流進入反應器底部。空氣通過氣,經氣體流量計控制氣量后進入反應器。反應器置于恒溫水浴[(35±1) ℃]中。試驗中采用了pH在線控制,通過自動投加Na2CO3溶液將pH值控制在7.0~7.8。

      CSTR反應器由有機玻璃加工而成,呈圓柱狀,高45cm,內徑為14cm,有效容積為6L。進水口位于反應器底部,曝氣從中部取樣口(距底部19cm)進入反應器,出水口距反應器底部39cm。
        
      原水的配制:在自來水中加入一定量的氯化銨作為基質,同時加入一定量的磷酸二氫鉀和微量元素。
        
      接種顆粒污泥取自北京紅牛維他命飲料有限公司的曝氣池(污泥的SS為14.2g/L,VSS為11.4g/L,VSS/SS=0.8)。在反應器中接種約2.5L污泥后的SS和VSS分別為6.3和4.7g/L。
        
      分析時,COD測定:COD速測儀;pH值:Ph計;SS和VSS:標準稱重法;氨:納氏試劑分光光度法;NO2--N和NO3--N:離子色譜法和N-(1-萘基)-乙二胺光度法;溶解氧:溶解氧儀。有高濃度氨氮廢水需要處理的單位,也可以到污水寶項目服務平臺咨詢具備類似污水處理經驗的企業。

      2 試驗結果

      2.1 運行結果
        
      根據反應器的運行情況,可將試驗過程分為兩個階段:啟動期(第1~23天)和提高負荷期(第24~141天)。在提高負荷期又可分為無回流階段(第24~40天)、間歇回流階段(第41~93天)和連續回流階段(第94~141天)。
        
      整個運行過程中進、出水氨濃度及出水NO2--N和NO3--N濃度的變化如圖2所示。
          
      從圖2可以看出,在整個運行過程中多數情況下出水的氨濃度<800mg/L,而在第125~139天時則基本保持在50mg/L以下。此外,出水NO2--N濃度在第84天以前一直保持上升趨勢,后期則由于受進水氨濃度下降的影響,也相應地有所下降,而出水中的NO3--N先是逐漸升高,然后再下降,到第26天時出水中的NO3--N濃度已經低于NO2--N濃度,NO2--N濃度與NO2--N、NO3--N濃度之和的比值達到了0.57,說明此時該反應器已成功實現了短程硝化。此后,NO3--N濃度一直在持續下降,到第73天時已經檢測不到NO3--N,在試驗后期即使增加了污泥回流,出水中也沒有檢測到NO3--N,這表明反應器中幾乎完全淘汰了硝化細菌。


      去除率和容積負荷的變化如圖3所示。
        
      由圖3可以看出,隨著反應器運行時間的延長,容積負荷也逐漸提高,啟動初期容積負荷僅為0.02kgNH3-N/(m3·d),到啟動期結束時(第23天)達到了0.1kgNH3-N/(m3·d)左右;在第72~123天基本保持在0.6~0.8kgNH3-N/(m3·d);此后進一步提升負荷,最高時達到了1.4kgNH3-N/(m3·d)。從圖3可以看出,氨去除率出現了4次較大的下降,分別出現在第37天、第68天、第86天以及第111~117天之間,其原因主要是反應器內污泥濃度的降低導致了生物活性下降。

      反應器內MLSS的變化如圖4所示。

      從圖4可以看出,反應器內的MLSS波動較大。在反應器運行過程中污泥的增長量始終跟不上污泥的流失量,所以在沒有污泥回流(第41天以前)的情況下,反應器中污泥濃度呈下降趨勢,MLSS從接種時的6300mg/L一直降到了300mg/L。為保證反應器內具有足夠的污泥量,在第41~93天改按人工間歇回流污泥的方式運行。反應器外排的污泥都被收集起來并加以培養,當反應器內的MLSS<1000mg/L時再把這些污泥補充到反應器中以保證反應器內的污泥濃度。從第94天開始增加了沉淀池和污泥回流系統(如圖1中虛線部分所示),反應器的運行改為連續污泥回流,所以從第41~141天反應器內平均MLSS基本維持在2000mg/L。同時可以查看中國污水處理工程網更多技術文檔。
        
      反應器內平均DO濃度變化見圖5。

      從圖5可以看出,反應器中DO濃度主要控制在兩個水平,即在第121天以前反應器內DO為1mg/L左右,從第122~141天則主要控制在2mg/L左右。進、出水總的變化見圖6。

      由圖6可以看出,在反應器運行的141d中進、出水總濃度始終存在一定的差異,這說明并非所有被氧化的氨都轉化成了NO2--N。其相差部分可能是被用于合成新的細胞物質,但計算表明用于合成的氨非常少,仍有部分氨以其他方式消失了,由于反應器內DO濃度較低,消失的這部分氨有可能與其他素轉化途徑有關,比如好氧反硝化、由自養硝化細菌引起的反硝化或同時硝化反硝化(SND)等,這些仍有待進一步證實。

      2.2 污泥狀況
        
      反應器運行到第87天時從排泥中取樣進行掃描電鏡觀察,發現泥中細菌數量較多(以短桿菌和球菌為主),但其表面似乎包裹著一層粘性物質。從細菌形態看,球菌可能是亞硝化球菌屬(Nitrosococcus)的細菌,而桿菌則可能是亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)的細菌。

      3 討論
      有、無污泥回流的運行試驗結果均表明,泥齡的長短并不影響短程硝化的實現,即使在比1. 5d更長的泥齡條件下硝化細菌仍逐漸被淘汰出反應器,從而實現了NO2--N的穩定積累。在連續進行污泥回流的情況下仍能夠穩定地實現短程硝化,表明該工藝有望進一步直接應用于處理低濃度氨廢水中。

      4 結論

      ①以自行配制的高氨廢水為進水,以普通活性污泥為種泥,在溫度為35℃、CST R反應器平均DO濃度為0.5~2.5mg/L、pH值為7~7.8的條件下連續運行,在無污泥回流的狀況下從第26天開始出水中的NO2--N濃度超過了NO3--N濃度,成功地實現了短程硝化;
        
      ②反應器在增加間歇污泥回流的條件下運行,出水中NO3--N濃度仍一直呈下降趨勢,約30d后出水中檢測不出NO3--N;當反應器采用連續污泥回流的方式運行時,反應器出水中也一直檢測不到NO3--N,表明在泥齡較長的運行條件下也能夠成功地實現短程硝化;
        
      ③反應器在進水氨容積負荷達到1.2kg/(m3·d)時,氨去除率仍保持在95%以上;
        
      ④掃描電鏡的觀察結果表明污泥中的細菌以短桿菌和球菌為主。來源:谷騰水網

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