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        污水處理生化池堿度與NH3-N關(guān)系研究

        2022-11-29 10:40:42
        地下水 2022年6期
        關(guān)鍵詞:碳酸鈣影響實(shí)驗(yàn)

        姚 薇

        (烏魯木齊水文勘測(cè)局,新疆 烏魯木齊 830001)

        0 引言

        隨著社會(huì)的發(fā)展,越來(lái)越多的廢水產(chǎn)生,其處理方式成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)話題。各種新的污水處理技術(shù)與處理工藝成為專家學(xué)者的熱點(diǎn)研究課題。

        陳治池等人[1]以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),研究總結(jié)數(shù)學(xué)模型在污水處理、資源利用等方面的優(yōu)勢(shì)所在。邱勇等人[2]基于Prophet時(shí)序模型,以實(shí)際工程為例,對(duì)污水處理相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量、定性的分析。郝曉地等人[3]以碳中和為研究背景,以實(shí)際工程為例,研究污水處理技術(shù)對(duì)碳中和的影響,并提出相關(guān)改進(jìn)意見。李廣英等人[4]以某地區(qū)污水處理廠為研究對(duì)象,采用層次分析法,分析其污水處理效率。曹嘉琪等人[5]基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法,分析某地區(qū)污水處理效率。

        本研究采用新疆某地區(qū)河水進(jìn)行實(shí)驗(yàn),研究堿度和pH值對(duì)水體NH3-N去除率的影響,在最優(yōu)堿度條件下,研究堿度與NH3-N含量之間的關(guān)系。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 實(shí)驗(yàn)用水及原料

        本研究采用新疆某地區(qū)河水進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其化學(xué)需氧量為145.3 mg/L,實(shí)驗(yàn)過程中所需的碳酸鈣購(gòu)于某地區(qū)市場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)用水相關(guān)濃度如表1所示。

        表1 實(shí)驗(yàn)用水相關(guān)濃度

        1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

        本研究采用新疆某工程中使用的一體化水處理設(shè)備,該設(shè)備主要由絮凝劑投加設(shè)備,復(fù)試渦流發(fā)生器,氣浮池,污泥斗,生化池和動(dòng)態(tài)膜裝置組成。其設(shè)備相關(guān)參數(shù)及組件如表2所示。

        表2 設(shè)備相關(guān)參數(shù)及組件

        首先,從新疆某湖抽取實(shí)驗(yàn)用水,將實(shí)驗(yàn)用水引入干粉投料池,在其中加入絮凝劑。將實(shí)驗(yàn)用水?dāng)嚢杈鶆?,使其充分反?yīng)。將攪勻后的實(shí)驗(yàn)用水引入氣浮池,在此處對(duì)實(shí)驗(yàn)用水中的固體與氣體進(jìn)行分類,將其中的固體引入污泥斗,其中的液體經(jīng)過過濾后引入生化池。液體經(jīng)過裝置處理后,對(duì)其水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè),待其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后,將其排放至湖中。

        基于《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》,對(duì)實(shí)驗(yàn)用水的水質(zhì)進(jìn)行分析。堿度分析采用堿度計(jì)進(jìn)行測(cè)量,實(shí)驗(yàn)方法采用滴定法。NH3-N含量采用納氏試劑光度法進(jìn)行測(cè)定。pH和紫外分別采用pH計(jì)和可見光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 不同生化階段NH3-N含量和堿度變化

        分別測(cè)定5個(gè)不同的生化池的NH3-N含量和堿度。圖1為各生化池NH3-N含量和堿度的變化圖。

        由圖1可知,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)設(shè)備的處理后,實(shí)驗(yàn)用水的堿度、NH3-N含量和pH值均呈下降趨勢(shì)。由于在生化池處理實(shí)驗(yàn)用水的過程中,會(huì)發(fā)生硝化反應(yīng),使NH3-N含量逐漸減小。根據(jù)城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)可得,污水排放NH3-N含量最小值為5 mg/L。當(dāng)實(shí)驗(yàn)用水位于5生化池時(shí),其NH3-N含量最小,為10.1 mg/L,大于污水排放標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的最小值,未達(dá)到排放要求。NH3-N含量的減少率為55.3%,遠(yuǎn)小于前人相關(guān)研究。這是由于生化池中的pH與堿度均呈下降趨勢(shì),在去除NH3-N的同時(shí),生化池中會(huì)發(fā)生其他反應(yīng),從而影響實(shí)驗(yàn)用水的pH與堿度。而堿度會(huì)影響實(shí)驗(yàn)用水的pH值,NH3-N含量主要與實(shí)驗(yàn)用水的pH值有關(guān),導(dǎo)致NH3-N含量的減少率較低。

        圖1 各生化池NH3-N含量和堿度的變化圖

        2.2 堿度對(duì)生化池出水NH3-N含量的影響

        由上述分析可知,去除NH3-N的同時(shí),生化池中會(huì)發(fā)生其他反應(yīng),從而影響實(shí)驗(yàn)用水的pH與堿度。而堿度會(huì)影響實(shí)驗(yàn)用水的pH值,NH3-N含量主要與實(shí)驗(yàn)用水的pH值有關(guān),導(dǎo)致NH3-N含量的減少率較低。堿度會(huì)影響實(shí)驗(yàn)用水的NH3-N含量。本節(jié)通過對(duì)生化池中投放碳酸鈣,以控制生化池中的堿度,研究堿度對(duì)實(shí)驗(yàn)用水NH3-N含量的影響。圖2為不同堿度下的NH3-N去除效果。

        由圖2可知,隨著堿度的增大,實(shí)驗(yàn)用水的NH3-N含量和NH3-N去除率無(wú)明顯的上升或下降趨勢(shì)。出水NH3-N含量呈先上升,后下降的趨勢(shì)。進(jìn)水NH3-N含量呈波動(dòng)趨勢(shì),總體含量保持在22.3~26.3mg/L。NH3-N去除率隨堿度的增大呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)堿度小于220 mg/L時(shí),堿度的增大對(duì)實(shí)驗(yàn)用水的NH3-N含量及NH3-N去除率有一定的積極影響,隨著堿度的增大,NH3-N含量逐漸減小,NH3-N去除率逐漸增大。當(dāng)堿度大于220 mg/L時(shí),隨堿度的增大,NH3-N含量逐漸增大,NH3-N去除率逐漸減小,但是其NH3-N含量最大值小于未投放碳酸鈣的NH3-N含量,NH3-N去除率最小值大于未投放碳酸鈣的NH3-N去除率。當(dāng)堿度為220 mg/L時(shí),是NH3-N去除的最優(yōu)堿度,此時(shí),由最小NH3-N濃度為3.1 mg/L,NH3-N去除率為88.3%。根據(jù)城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)可得,污水排放NH3-N含量最小值為5 mg/L,在堿度為220 mg/L時(shí),碳酸鈣投放量為3.8 kg/h,NH3-N含量小于規(guī)范所規(guī)定的最大值,達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

        2.3 最優(yōu)堿度下NH3-N去除效果

        根據(jù)2.2節(jié)分析可得,在堿度為220 mg/L時(shí),碳酸鈣投放量為3.75 kg/h,NH3-N含量最小,為NH3-N去除率的最優(yōu)堿度。因此,基于以上最優(yōu)堿度,研究時(shí)間變化對(duì)NH3-N含量的影響。連續(xù)7天對(duì)生化池NH3-N含量進(jìn)行測(cè)試,在此期間,每小時(shí)投放3.8 kg碳酸鈣,以保持生化池內(nèi)的堿度,使生化池保持在最優(yōu)堿度。NH3-N含量隨時(shí)間的變化圖如圖3所示。

        由圖3可知,當(dāng)堿度較高時(shí),NH3-N含量較低;當(dāng)堿度較低時(shí),NH3-N含量較高。在最優(yōu)堿度下,實(shí)驗(yàn)用水的NH3-N含量變化趨勢(shì)較為平緩,保持在23.3~27.3 mg/L之間。堿度變化的趨勢(shì)略大于NH3-N含量變化趨勢(shì),維持在206~225 mg/L,說(shuō)明碳酸鈣對(duì)于實(shí)驗(yàn)用水的堿度變化影響顯著。由于在加入碳酸鈣后,實(shí)驗(yàn)用水會(huì)發(fā)生硝化反應(yīng),可顯著降低NH3-N含量,同時(shí)降低實(shí)驗(yàn)用水的堿度。當(dāng)時(shí)間為3 d時(shí),NH3-N含量有最大值,為4.1 mg/L,當(dāng)時(shí)間為2 d時(shí),NH3-N含量有最小值,為2.4 mg/L。在進(jìn)行測(cè)試的7 d內(nèi),NH3-N含量均在城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的范圍內(nèi),達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn),說(shuō)明在最優(yōu)堿度下,NH3-N含量降低效果較好。

        圖3 NH3-N含量隨時(shí)間的變化圖

        2.4 堿度消耗和NH3-N去除關(guān)系

        由2.3節(jié)分析可得,當(dāng)堿度較高時(shí),NH3-N含量較低;當(dāng)堿度較低時(shí),NH3-N含量較高。為分析堿度與NH3-N之間的關(guān)系,將其數(shù)量關(guān)系進(jìn)行擬合,如圖4所示。

        圖4 堿度消耗和NH3-N去除關(guān)系

        由圖4可知,實(shí)驗(yàn)用水的NH3-N含量的變化量與堿度的變化量呈線性正相關(guān)關(guān)系,隨NH3-N含量的增量的增大,堿度的增量逐漸增大。其擬合關(guān)系式為y=2.38+6.47x,相關(guān)系數(shù)為0.99,相關(guān)性良好。根據(jù)NH3-N含量的變化量與堿度的變化量關(guān)系式可得,每處理1 gNH3-N需要6.47 kg的堿度。根據(jù)室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范可得,每處理1gNH3-N需要7.14kg的堿度。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的堿度消耗量與規(guī)范中的理論值差距較小,所以,此關(guān)系式可用于NH3-N的處理過程,為NH3-N污水的處理過程提供理論指導(dǎo)。

        2.5 堿度對(duì)NH3-N去除效果的機(jī)理

        由圖1可得,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)設(shè)備的處理后,實(shí)驗(yàn)用水的堿度、NH3-N含量和pH值均呈下降趨勢(shì)。由

        于在生化池處理實(shí)驗(yàn)用水的過程中,會(huì)發(fā)生硝化反應(yīng),使NH3-N含量逐漸減小。pH值會(huì)影響水體內(nèi)的相關(guān)酶的活性,而酶的活性會(huì)影響實(shí)驗(yàn)用水NH3-N的含量,從而降低實(shí)驗(yàn)用水中NH3-N的含量。實(shí)驗(yàn)用水的堿度主要受碳酸根、氫氧化物和各類鹽的影響。在處理廢水的過程中,上述物質(zhì)需在水體中保持處理廢水過程中的酸堿環(huán)境,在此基礎(chǔ)上,還需為其無(wú)機(jī)碳源做出貢獻(xiàn)。由前人研究可得,無(wú)機(jī)碳源是影響水體內(nèi)微生物的主要物質(zhì),其缺失會(huì)導(dǎo)致水體內(nèi)的菌類失活。硝化速率還與鹽的種類有關(guān),相關(guān)研究表明,當(dāng)采用碳酸根時(shí),其硝化速度大于采用氫氧化鈉的硝化速率。本研究采用碳酸鈣作為調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)用水堿度的物質(zhì),既可以提高其硝化速率,也可為水體內(nèi)的菌類提供無(wú)機(jī)碳源。由圖1可得,利用碳酸鈣調(diào)節(jié)水體的堿度,可有效降低NH3-N含量,添加碳酸鈣后,水體的NH3-N去除率達(dá)到87.8%。

        3 結(jié)語(yǔ)

        本研究采用新疆某地區(qū)河水進(jìn)行實(shí)驗(yàn),研究堿度和pH值對(duì)水體NH3-N去除率的影響,在最優(yōu)堿度條件下,研究堿度與NH3-N含量之間的關(guān)系,結(jié)論如下:

        (1)在生化池處理實(shí)驗(yàn)用水的過程中,會(huì)發(fā)生硝化反應(yīng),使NH3-N含量逐漸減小。當(dāng)實(shí)驗(yàn)用水位于5生化池時(shí),其NH3-N含量最小,為10.1 mg/L,大于污水排放標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的最小值,未達(dá)到排放要求。由于生化池中的pH與堿度均呈下降趨勢(shì),在去除NH3-N的同時(shí),生化池中會(huì)發(fā)生其他反應(yīng),從而影響實(shí)驗(yàn)用水的pH與堿度。而堿度會(huì)影響實(shí)驗(yàn)用水的pH值,NH3-N含量主要與實(shí)驗(yàn)用水的pH值有關(guān),導(dǎo)致NH3-N含量的減少率較低。

        (2)隨著堿度的增大,出水NH3-N含量呈先上升,后下降的趨勢(shì)。進(jìn)水NH3-N含量呈波動(dòng)趨勢(shì),總體含量保持在22.3~26.3 mg/L。NH3-N去除率隨堿度的增大呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)堿度小于220 mg/L時(shí),堿度的增大對(duì)實(shí)驗(yàn)用水的NH3-N含量及NH3-N去除率有一定的積極影響,隨著堿度的增大,NH3-N含量逐漸減小,NH3-N去除率逐漸增大。當(dāng)堿度為220 mg/L時(shí),是NH3-N去除的最優(yōu)堿度,此時(shí),由最小NH3-N濃度為3.1 mg/L,NH3-N去除率為88.3%達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

        (3)當(dāng)堿度較高時(shí),NH3-N含量較低;當(dāng)堿度較低時(shí),NH3-N含量較高。在最優(yōu)堿度下,實(shí)驗(yàn)用水的NH3-N含量變化趨勢(shì)較為平緩,保持在23.3~27.3 mg/L之間。堿度變化的趨勢(shì)略大于NH3-N含量變化趨勢(shì),維持在206~225 mg/L,說(shuō)明碳酸鈣對(duì)于實(shí)驗(yàn)用水的堿度變化影響顯著。當(dāng)時(shí)間為3 d時(shí),NH3-N含量有最大值,為4.1 mg/L,當(dāng)時(shí)間為2 d時(shí),NH3-N含量有最小值,為2.4 mg/L。在進(jìn)行測(cè)試的7天內(nèi),NH3-N含量達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn),說(shuō)明在最優(yōu)堿度下,NH3-N含量降低效果較好。

        (4)實(shí)驗(yàn)用水的NH3-N含量的變化量與堿度的變化量呈線性正相關(guān)關(guān)系。根據(jù)NH3-N含量的變化量與堿度的變化量關(guān)系式可得,每處理1 gNH3-N需要6.47 kg的堿度。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的堿度消耗量與規(guī)范中的理論值差距較小,為NH3-N污水的處理過程提供理論指導(dǎo)。

        (5)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)設(shè)備的處理后,實(shí)驗(yàn)用水的堿度、NH3-N含量和pH值均呈下降趨勢(shì)。由于在生化池處理實(shí)驗(yàn)用水的過程中,會(huì)發(fā)生硝化反應(yīng),使NH3-N含量逐漸減小。pH值會(huì)影響水體內(nèi)的相關(guān)酶的活性,從而降低實(shí)驗(yàn)用水中NH3-N的含量。在處理廢水的過程中,上述物質(zhì)需在水體中保持處理廢水過程中的酸堿環(huán)境,還需為其無(wú)機(jī)碳源做出貢獻(xiàn)。無(wú)機(jī)碳源是影響水體內(nèi)微生物的主要物質(zhì),其缺失會(huì)導(dǎo)致水體內(nèi)的菌類失活。硝化速率還與鹽的種類有關(guān),當(dāng)采用碳酸根時(shí),其硝化速度大于采用氫氧化鈉的硝化速率。

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