荊建波 王兵(南京中衡元環(huán)保設(shè)備有限公司， 江蘇 南京 211200)

厭氧脫硝流體化床技術(shù)處理硝態(tài)氮廢水研究

荊建波 王兵(南京中衡元環(huán)保設(shè)備有限公司， 江蘇 南京 211200)

開發(fā)研制了ADFB厭氧脫硝流體化床，分別研究了用甲醇及高濃度有機(jī)廢水作為碳源的情況下該流體化床對(duì)廢水中的硝態(tài)氮及COD去除效果。結(jié)果表明，ADFB厭氧脫硝流體化床在運(yùn)行穩(wěn)定的情況下，對(duì)廢水中的硝態(tài)氮及COD去除率分別可達(dá)到95%和85%以上。

生物脫氮；厭氧脫硝；流體化床；硝態(tài)氮廢水

0 引言

氮是自然界中主要的一種組成元素。氮在自然界里不斷地進(jìn)行遷移、轉(zhuǎn)化和循環(huán)，除分子態(tài)氮外，所有氮素循環(huán)的中間產(chǎn)物均可對(duì)人類和環(huán)境產(chǎn)生不利影響，其中，以氨氮、硝酸鹽和亞硝酸鹽的危害最大，主要表現(xiàn)在造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)惡化；消耗水體中的溶解氧，增加給水處理的困難；亞硝酸根的致癌作用；對(duì)地下水造成污染等等[1-4]。因此，廢水脫氮受到人們的廣泛關(guān)注，提高氮的去除率，降低水體中的氮含量也成為提高居民飲用水質(zhì)量，改善水體環(huán)境的重要措施之一。

硝酸裝置、催化劑裝置等產(chǎn)生的含硝酸廢水含有高濃度的硝酸氮，廢水呈強(qiáng)酸性，只經(jīng)過簡(jiǎn)單的堿中和后排入水環(huán)境，不能消除硝酸氮的危害。為解決這一問題，某化工企業(yè)與南京中衡元環(huán)保設(shè)備有限公司合作，利用中衡元公司的ADFB厭氧脫硝流體化床技術(shù)對(duì)高濃度硝態(tài)氮廢水進(jìn)行脫氮試驗(yàn)，為今后處理該廢水提供技術(shù)儲(chǔ)備。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

ADFB厭氧脫硝流體化床試驗(yàn)裝置如圖1所示，配水調(diào)節(jié)至合適pH后加入營(yíng)養(yǎng)元素，經(jīng)恒流蠕動(dòng)泵泵入床體回流系統(tǒng)中進(jìn)入床體底部，上升至床體頂部出水。

圖1 試驗(yàn)裝置圖

1.1 廢水水質(zhì)

本次試驗(yàn)水樣取自某化工企業(yè)三股含硝態(tài)氮廢水，并結(jié)合該企業(yè)一股高COD有機(jī)廢水，試驗(yàn)時(shí)按工藝排水量比例將三股硝態(tài)氮廢水混合后，按COD：NO3--N＞3：1加入有機(jī)廢水，然后加入酸或堿調(diào)至合適pH備用。

表1 幾股廢水水質(zhì)

1.2 運(yùn)行參數(shù)

表2 裝置運(yùn)行條件

1.3 試驗(yàn)步驟

(1)原水調(diào)配

在生產(chǎn)穩(wěn)定條件下取水樣，按工藝排水量比例混合，檢測(cè)單股廢水及混合廢水的pH、COD、NO3--N。考慮到工藝污水的復(fù)雜性，初始以甲醇做碳源，后期污泥接種完成后使用防老劑RD廢水為碳源。另外還需添加少量磷營(yíng)養(yǎng)源。各營(yíng)養(yǎng)源投加比例為COD：NO3--N＞3：1， COD：P=300：1。

(2)系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)

將粒徑為0．2～0．4mm載體裝填至裝置主體的三分之一高度，開啟進(jìn)水閥門，當(dāng)載體膨脹高度達(dá)到30%時(shí)，定為適宜流量。此時(shí)回流量應(yīng)達(dá)到200%-400%。

(3)污泥接種

使用某污水場(chǎng)二沉池濃縮污泥為接種污泥。污泥接種量應(yīng)盡量的多，以縮短啟動(dòng)所需的時(shí)間。

(4)負(fù)荷調(diào)節(jié)

初始負(fù)荷為1kg NO3--N/(m3·d)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后逐步調(diào)節(jié)，增加量以每次25%為宜。負(fù)荷提高后，以NO3--N去除率穩(wěn)定在90%以上視為系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

1.4 分析方法與儀器

硝態(tài)氮測(cè)定采用二磺酸酚比色法，每24h采樣檢測(cè)一次，COD測(cè)定采用重鉻酸鉀法，每24h采樣檢測(cè)一次，pH測(cè)定采用便攜式pH計(jì)測(cè)定，每1h檢測(cè)一次。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 污泥植種階段

試驗(yàn)啟動(dòng)初期，進(jìn)水pH調(diào)節(jié)在6．0～6．5左右，按時(shí)監(jiān)測(cè)出水pH，若pH高于8，則進(jìn)水pH降低0．5，以保證系統(tǒng)內(nèi)pH 在7～8之間，根據(jù)氣泡量和進(jìn)出水pH來對(duì)植種的污泥活性進(jìn)行直觀的判斷。表3和圖2為植種期間表觀現(xiàn)象和圖片。

圖2 系統(tǒng)植種成熟時(shí)產(chǎn)氣情況

2.2 系統(tǒng)正常運(yùn)行階段

該試驗(yàn)先以甲醇為碳源，有利于污泥順利接種；接種完成后引入高濃度RD有機(jī)廢水來代替甲醇作為碳源，進(jìn)一步考察ADFB對(duì)硝態(tài)氮廢水的脫氮效果。

(1)甲醇為碳源階段試驗(yàn)結(jié)果

將三股含硝態(tài)氮廢水按比例混合，調(diào)整進(jìn)水pH及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在合適比例，開始連續(xù)進(jìn)水，檢測(cè)進(jìn)出水COD及硝態(tài)氮濃度，當(dāng)硝態(tài)氮去除率達(dá)到95%以上時(shí)，緩慢提升進(jìn)水負(fù)荷。

圖3為硝態(tài)氮的去除率變化曲線，圖4為 COD去除率變化曲線，圖5為進(jìn)出水pH的變化曲線。

由圖3、圖4中可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，硝態(tài)氮去除率和COD去除率逐漸升高，并且在后期仍保持良好的上升趨勢(shì)。而由圖5可以看出，為維持槽內(nèi)pH穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，隨著接種時(shí)間的延長(zhǎng)，需不斷降低進(jìn)水pH，進(jìn)一步說明了反硝化菌活性隨著時(shí)間的延長(zhǎng)慢慢提高。

(2)有機(jī)廢水為碳源階段試驗(yàn)結(jié)果

圖3 進(jìn)出水硝態(tài)氮去除效果

圖4 進(jìn)出水COD去除效果

圖5 進(jìn)出水pH變化情況

表3 植種期間裝置運(yùn)行表觀現(xiàn)象

在工業(yè)應(yīng)用中，如果用甲醇來做反硝化的碳源，會(huì)導(dǎo)致廢水處理成本的升高，因此采用高濃度的有機(jī)廢水作為碳源具有實(shí)際應(yīng)用意義。具體試驗(yàn)時(shí)在進(jìn)水中逐步加入RD有機(jī)廢水代替部分甲醇，直至最后完全代替甲醇。表3為進(jìn)出水COD及硝態(tài)氮的變化情況。

圖6為硝態(tài)氮的去除率變化曲線，圖7為 COD去除率變化曲線。

圖6 硝態(tài)氮去除效果

圖7 COD去除效果

由圖6及圖7可以看出，當(dāng)系統(tǒng)完全適應(yīng)以RD有機(jī)廢水做碳源時(shí)，初期出水硝態(tài)氮去除率維持在80%以下，但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，出水硝態(tài)氮濃度逐漸降低，硝態(tài)氮去除率逐漸上升，硝態(tài)氮去除率達(dá)到90%以上，COD去除率達(dá)到85%以上。而且從硝態(tài)氮去除率曲線和COD去除率曲線可以看出，硝態(tài)氮去除率和COD去除率仍處于上升階段。

試驗(yàn)表明由RD有機(jī)廢水代替甲醇做碳源來進(jìn)行反硝化反應(yīng)完全可行，RD廢水中的氯離子未對(duì)反硝化菌產(chǎn)生太大影響。因此在實(shí)際應(yīng)用中，ADFB厭氧流體化床可由RD廢水做碳源，降低運(yùn)行成本。

3 結(jié)語

通過本次試驗(yàn)結(jié)果及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，我們可以得出以下結(jié)論：

(1)ADFB厭氧流體化床處理技術(shù)其關(guān)鍵在于微生物植種啟動(dòng)階段，通過控制微生物植種過程使反硝化菌附著在載體上，形成獨(dú)特的生物膜是影響ADFB厭氧流體化床處理效果的關(guān)鍵。

(2)ADFB厭氧流體化床利用反硝化菌附著在細(xì)小的載體表面，大大增加系統(tǒng)污泥濃度，因此對(duì)含硝態(tài)氮廢水具有良好的去除效果，硝態(tài)氮去除率可達(dá)到95%以上。

(3)ADFB厭氧流體化床采用較高的回流比，對(duì)原水中高濃度的硝態(tài)氮起到稀釋作用，因此對(duì)負(fù)荷承受能力大，在高負(fù)荷下仍有良好的去除能力。同時(shí)，較高的回流將出水中的堿度帶入進(jìn)水，使得進(jìn)水pH值可以保持在較低的情況下，不需要額外加入堿液中和，節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用。

(4)利用高濃度RD有機(jī)廢水代替甲醇做碳源時(shí)，硝態(tài)氮去除效果基本不受影響，仍保持良好去除能力。

[1]錢正英,張光斗.中國(guó)可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究綜合報(bào)告及各專題報(bào)告[R].中國(guó)水利水電出版社,2001:2.

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①荊建波(1972- )，男，江蘇南京人，工程師，主要從事環(huán)境污水研究。②王兵(1986- )， 男，河南人，東南大學(xué)化學(xué)工程碩士。