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        新型強(qiáng)化內(nèi)源反硝化MBR工藝處理高氮、磷污水的研究

        2013-10-24 03:02:34王智鵬董欣楊蔚龍鳳
        濕法冶金 2013年1期
        關(guān)鍵詞:內(nèi)源硝化碳源

        王智鵬,董欣楊,蔚龍鳳

        (核工業(yè)北京化工冶金研究院,北京 101149)

        眾所周知,當(dāng)?shù)?、磷在自然水體中濃度較高時(shí),常常導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化,其結(jié)果是嚴(yán)重破壞水體的生態(tài)環(huán)境及水質(zhì)。

        現(xiàn)有水處理工藝不能妥善解決脫氮和除磷之間對(duì)碳源競(jìng)爭(zhēng)的固有矛盾,在氮、磷去除能力上的不足也越來越明顯。因此,改造現(xiàn)有工藝和開發(fā)新型工藝,有效利用碳源,提高污水脫氮、除磷效果,已成為目前急需解決的問題。新型強(qiáng)化內(nèi)源反硝化工藝是將常規(guī)污水處理工藝主體部分的厭氧—缺氧—好氧(A—A—O)改為厭氧—好氧—缺氧(A—O—A),并利用膜生物反應(yīng)器(MBR)來加強(qiáng)內(nèi)源反硝化。研究了采用新型強(qiáng)化內(nèi)源反硝化MBR工藝對(duì)高氮低碳污水脫氮、除磷。

        1 試驗(yàn)部分

        1.1 試驗(yàn)用水

        試驗(yàn)用水水質(zhì):pH 為6.0~9.0,CODcr為200mg/L,氨氮為 41.02mg/L,總磷為 7.91 mg/L。

        1.2 試驗(yàn)裝置

        反應(yīng)器原理如圖1所示。接種污泥取自某污水處理廠。試驗(yàn)裝置總池容40L。所有裝置均自主設(shè)計(jì)。通過隔膜計(jì)量泵進(jìn)水,用蠕動(dòng)泵對(duì)混合液回流和分流,用流量計(jì)調(diào)節(jié)曝氣系統(tǒng)的氣量。MBR反應(yīng)器膜組件為中空纖維簾式微濾膜,材料為聚乙烯,單個(gè)膜組件總表面積為0.2m2,有效垂直長(zhǎng)度300mm,膜絲數(shù)量322~327。

        圖1 反應(yīng)器原理圖

        1.3 試驗(yàn)方法

        采用靜態(tài)試驗(yàn)法考察反應(yīng)條件對(duì)處理效果的影響,確定反應(yīng)裝置對(duì)污水脫氮、除磷的最佳反應(yīng)條件。反應(yīng)條件有水力停留時(shí)間(HRT)和污泥齡(SRT)。在確定的最佳條件下考察強(qiáng)化內(nèi)源反硝化工藝對(duì)污水的處理效果。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

        2.1 強(qiáng)化內(nèi)源反硝化

        內(nèi)源反硝化是以微生物的胞內(nèi)儲(chǔ)存物質(zhì)以及細(xì)胞死亡后溶出的有機(jī)成分作為碳源進(jìn)行反硝化脫氮。采用內(nèi)源反硝化可以充分節(jié)省進(jìn)水中的碳源,在無(wú)外加碳源條件下,解決脫氮、除磷之間對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng),實(shí)現(xiàn)良好的脫氮、除磷效果。利用MBR特有的高微生物量強(qiáng)化內(nèi)源反硝化,將常規(guī)反硝化過程(A—A—O)改為內(nèi)源反硝化過程(A—O—A)。

        2.2 HRT對(duì)COD去除效果的影響

        在其他條件相同及基本不排泥工況下,水力停留時(shí)間對(duì)污水COD去除效果的影響如圖2所示。

        圖2 水力停留時(shí)間對(duì)COD去除率的影響

        由圖2看出:系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后,COD去除率比較平緩,均高于80%;水力停留時(shí)間(HRT)為16h時(shí),COD去除率達(dá)到峰值。因此,確定最佳水力停留時(shí)間為16h。

        2.3 HRT對(duì)氨氮去除效果的影響

        在其他條件相同及基本不排泥工況下,水力停留時(shí)間對(duì)氨氮去除效果的影響如圖3所示。

        圖3 水力停留時(shí)間對(duì)氨氮去除率的影響

        由圖3看出,氨氮去除效果相當(dāng)好,平均去除率在96%以上,好于常規(guī)工藝的60%。

        常規(guī)反硝化過程中,大部分氨氮最終被微生物轉(zhuǎn)化為氮?dú)?,只有一小部分被微生物同化利用。亞硝化和硝化反?yīng)是好氧生化過程,而反硝化反應(yīng)則是缺氧或厭氧生化過程[1]。反硝化作用在無(wú)氧或低氧條件下,兼性反硝化菌將亞硝酸鹽、硝酸鹽還原成氣態(tài)氮,從而實(shí)現(xiàn)氮的去除。利用原水碳源的前置反硝化工藝,一般氮的去除率不高,內(nèi)源反硝化過程效率很低[2],如果要進(jìn)一步提高脫氮效率,需外加碳源,這勢(shì)必增加污水處理成本。內(nèi)源性反硝化脫氮速率決定于細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)狀況[3],所以根據(jù)部分聚磷菌具有快速內(nèi)源性反硝化脫氮能力這一特點(diǎn),對(duì)常規(guī)反硝化工藝加以改造,使其在缺氧段初期的5~10min內(nèi)即完成內(nèi)源性反硝化脫氮反應(yīng),其反應(yīng)速度不低于反硝化菌直接進(jìn)行的外源性反硝化脫氮的反應(yīng)速度。采用內(nèi)源脫氮既可以節(jié)省外加碳源,又可以減少剩余污泥量和污泥處置費(fèi)用,同時(shí)又取得了很好的脫氮效果。

        2.4 HRT對(duì)總磷去除效果的影響

        在其他條件相同及基本不排泥工況下,水力停留時(shí)間對(duì)總磷去除效果的影響如圖4所示。

        圖4 水力停留時(shí)間對(duì)總磷去除率的影響

        由圖4看出,水力停留時(shí)間對(duì)總磷去除率的影響不大,均在80%以上。

        生物除磷主要是由一類統(tǒng)稱為聚磷菌的微生物完成的。該類微生物屬異養(yǎng)型細(xì)菌,Jignesh等[4]的研究表明:在厭氧條件下,磷的釋放和硝酸鹽氮的吸收呈負(fù)相關(guān);同時(shí),在缺氧攝取磷的過程中,存在反硝化菌與聚磷菌之間對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng),反硝化反應(yīng)會(huì)優(yōu)先消耗易降解的有機(jī)物,抑制聚磷菌對(duì)磷的釋放。常規(guī)脫氮除磷工藝無(wú)法有效解決這種矛盾。由圖4看出,通過有效控制工藝條件,強(qiáng)化內(nèi)源反硝化可以有效解決反硝化菌與聚磷菌之間對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)這一問題,使磷的去除率達(dá)到相當(dāng)高的水平。

        2.5 污泥齡對(duì)污水處理效果的影響

        在水力停留時(shí)間為16h條件下,不同污泥齡(SRT)對(duì)污水處理效果的影響試驗(yàn)結(jié)果見表1??梢钥闯?,SRT為30d時(shí),該工藝對(duì)主要污染物的去除效果比較明顯。

        表1 不同污泥齡條件下各主要污染物的平均去除率

        2.6 最佳條件下的綜合試驗(yàn)

        在水力停留時(shí)間為16h、污泥齡為30d(處理水量2.5L/h)的最佳條件下,運(yùn)行6個(gè)月。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

        表2 最佳條件下各主要污染物的平均去除率

        從表2看出,在最佳運(yùn)行條件下,強(qiáng)化內(nèi)源反硝化工藝對(duì)該污水有較好的脫氮、除磷效果:出水COD質(zhì)量濃度在50mg/L以下,去除率大于85%;出水氨氮質(zhì)量濃度低于1mg/L,磷質(zhì)量濃度為0.83mg/L。出水水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

        3 結(jié)論

        強(qiáng)化內(nèi)源反硝化工藝在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中,脫氮、除磷效果穩(wěn)定,抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng);在最優(yōu)條件(HRT=16h,SRT=30d)下,總磷的平均去除率在80%以上;氨氮、COD的去除率均高于85%;采用強(qiáng)化內(nèi)源反硝化,有效地解決了脫氮、除磷對(duì)碳源需求的矛盾,在不需外加碳源情況下,達(dá)到了很好的預(yù)期效果,出水水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

        [1]趙慶良,劉雨.廢水處理與資源化新工藝[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006:118-119.

        [2]Abufayed A A,Schroeder E D.Kinetics and Stoichiometry of SBR/denitrification With Primary Sludge Carbon Source[J].J Water Pollut Control Fed,1986,58(3):398-405.

        [3]羅寧,羅固源,吉方英,等.利用聚磷菌快速內(nèi)源性反硝化脫氮研究[J].重慶環(huán)境科學(xué),2003,25(6):32-34.

        [4]Jignesh Patel,George Nakhla.Interaction of Denitrification and P removal in Anoxic P Removal Systems[J].Desalination,2006,201(1/3):82-99.

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