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        短程硝化-反硝化中鐵炭填料對污水中氮、磷去除的研究

        2015-12-16 07:52:46董欣楊王智鵬趙伯毅張厚軍
        濕法冶金 2015年6期
        關(guān)鍵詞:城市污水亞硝酸鹽硝化

        董欣楊,王智鵬,古 創(chuàng),趙伯毅,張厚軍

        (1.核工業(yè)北京化工冶金研究院,北京 101149;2.江蘇維爾利環(huán)??萍加邢薰?,江蘇 常州 213125)

        除磷、脫氮是污水處理工藝中經(jīng)常面對的問題。除磷和脫氮同時進(jìn)行,存在泥齡、碳源供給等方面的問題,使得常規(guī)生物脫氮、除磷工藝不穩(wěn)定而且效率不高[1-2]。

        鐵元素作為微生物生長的營養(yǎng)物質(zhì)之一,對生物生長和反應(yīng)有促進(jìn)作用,同時也能明顯提高污水處理效果[3-8]。催化鐵體系能夠消除隨污水進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)中的部分溶解氧,創(chuàng)造更嚴(yán)格的厭氧環(huán)境,提高除磷菌的除磷效果。

        試驗(yàn)根據(jù)鐵在生物處理中的作用,研究了鐵炭填料在實(shí)現(xiàn)短程硝化同步反硝化脫氮、除磷系統(tǒng)中對亞硝酸鹽積累、COD去除、脫氮、除磷等方面的影響。

        1 金屬載體促進(jìn)亞硝酸鹽積累和污水凈化機(jī)制

        鐵元素是一些酶(如脫羧酶)的輔助營養(yǎng)因子,在微生物有氧呼吸中,鐵離子起著重要作用。同時,鐵離子是很好的化學(xué)催化劑,對細(xì)胞膜的滲透性有強(qiáng)化作用。

        鐵在溶液中的反應(yīng)通常有2種情況:在偏酸性溶液中,鐵發(fā)生析氫腐蝕,反應(yīng)式為(1);在偏堿性溶液中,鐵發(fā)生吸氧反應(yīng),反應(yīng)式見(2)。

        在曝氣狀態(tài)下,鐵的腐蝕速度加快。另外,鐵的電化學(xué)性質(zhì)還可使大分子物質(zhì)斷鏈開環(huán)分解成小分子中間體。

        2 試驗(yàn)裝置與流程

        試驗(yàn)裝置與流程如圖1所示。試驗(yàn)中的原水為某小區(qū)的生活污水。鐵炭填料加入反應(yīng)器的好氧區(qū)。系統(tǒng)處理能力10L/h。

        圖1 厭氧-好氧-缺氧短程脫氮同步反硝化除磷工藝流程

        該流程(原水一部分分流至好氧反應(yīng)單元,厭氧出水一部分分流至缺氧區(qū))運(yùn)行方式的優(yōu)點(diǎn)為:1)提高好氧反應(yīng)單元游離氨的(FA)濃度,促進(jìn)亞硝酸菌生長;2)有利于厭氧區(qū)磷的釋放;3)有利于缺氧區(qū)聚磷菌選擇適當(dāng)?shù)难趸瘎?shí)現(xiàn)聚磷。

        試驗(yàn)采用的鐵炭填料為螺旋狀,長約50cm,其主要由零價鐵和碳元素組成。鐵炭填料在投入好氧處理單元之前用10%鹽酸溶液浸洗活化去膜,用去離子水沖洗。

        反應(yīng)器內(nèi)的混合液偏堿性,鐵在偏堿性溶液中產(chǎn)生Fe(OH)2。由于鐵的腐蝕導(dǎo)致pH升高,進(jìn)而導(dǎo)致游離氨增加,這對亞硝酸菌的生長起促進(jìn)作用,從而可在反應(yīng)器內(nèi)使亞硝酸鹽穩(wěn)定并快速積累。

        3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

        試驗(yàn)開始時是在一體化反應(yīng)器好氧區(qū)中部添加金屬載體床,采用底部曝氣方式。隨后,對曝氣方式加以改進(jìn),在載體中間設(shè)置曝氣裝置,消除局部存在的厭氧導(dǎo)致污泥變黑狀態(tài),系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。系統(tǒng)穩(wěn)定后,考察對廢水脫氮、除磷效果。

        3.1 COD的去除

        圖2為投加鐵炭填料前、后COD去除率的變化。投加鐵炭填料之前,COD平均去除率為79.5%;投加鐵炭填料之后,COD去除率有明顯提高,平均達(dá)88.6%。

        圖2 鐵炭填料對COD去除率的影響

        3.2 氮的去除

        圖3 鐵炭填料對N-N去除率的影響

        圖4 鐵炭填料對N-N積累率的影響

        3.3 磷的去除

        圖5為投加鐵炭填料前、后總磷平均去除率的變化。

        圖5 鐵炭填料對除磷的影響

        由圖5看出:投加鐵炭填料前,總磷平均去除率為82.2%;投加鐵炭填料后,總磷平均去除率提高到90.5%,而且出水比較穩(wěn)定。這表明該工藝對總磷去除率高且穩(wěn)定性能好。

        4 結(jié)論

        通過A/O/A工藝的快速啟動,在穩(wěn)定運(yùn)行期間,好氧段亞硝氮的積累量穩(wěn)定在5~10mg/L之間,NH+4-N、COD、總磷去除率可分別達(dá)92%、88%、90.5%,缺氧段能夠?qū)崿F(xiàn)以亞硝酸鹽作為電子受體的反硝化除磷。

        金屬鐵載體對亞硝酸鹽的積累有顯著促進(jìn)作用,調(diào)節(jié)pH(7.8~8.7)和DO(3~5mg/L),亞硝酸鹽積累量可達(dá)45%以上。系統(tǒng)中存在生物反硝化除磷和化學(xué)除磷2種除磷方式,磷去除效果良好。

        該系統(tǒng)結(jié)合短程脫氮及反硝化除磷,為城市污水脫氮除磷工藝的革新提供了新的研究方向,但是該工藝對控制條件和操作技術(shù)要求較高,還有待進(jìn)一步完善。

        [1]邱維,張智.城市污水化學(xué)除磷的探討[J].重慶環(huán)境科學(xué),2002,24(2):81-84.

        [2]鄧榮森,郎建,王濤,等.城市污水生物除磷脫氮機(jī)理研究探討[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報,2002,24(3):106-111.

        [3]王秀蘅,任南琪,王愛杰,等.鐵錳離子對硝化反應(yīng)的影響效應(yīng)研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2003,35(1):65-66.

        [4]王智鵬,董欣楊,蔚龍鳳.新型強(qiáng)化內(nèi)源反硝化MBR工藝處理高氮、磷污水的研究[J].濕法冶金,2013,32(1):55-57.

        [5]Jean-Philippe Boisvert,Thi Cong To,Abderrazak Berrak,et al.Phosphate Adsorption in Flocculation Processes of Aluminum Sulphate and Poly-aluminum-silicate-sulphate[J].Water Res,1997,31(8):1939-1946.

        [6]吳繼鋒.零價鐵處理廢水的機(jī)理及應(yīng)用[J].安慶師范學(xué)院學(xué)報,2001,7(2):78-79.

        [7]孟昭,松本晴彥,青山章.新型超凈生物膜法處理DMF廢水的研究[J].濕法冶金,2013,32(2):125-127.

        [8]葛利云,鄧歡歡,王紅武.鐵內(nèi)電解與短程硝化反硝化SBR工藝耦合對胞外聚合物的影響[J].工業(yè)水處理,2007,27(7):64-67.

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