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高浓度氨氮废水的短程硝化研究

发布时间:2010-9-10 10:11:48  中国污水处理工程网

摘 要:采用6 L的完全混合式反应器(CSTR)进行了高浓度氨废水的短程硝化研究。在温度为35℃、反应器内平均DO浓度为0.5~2.5mg/L、pH值为7~7.8的条件下连续运行141d的试验结果表明:在第26天时实现了短程硝化,从第73天开始出水中检测不出NO3-;在增加了连续污泥回流的情况下,反应器出水中也一直检测不到NO3-;在进水氨容积负荷达到1.2kgNH3-N/(m3•d)时,氨去除率仍保持在95%以上。扫描电镜的观察结果表明污泥中的细菌以短杆菌和球菌为主。

1、试验装置、材料与方法

试验装置及工艺流程如图1所示。

废水经由进水从水箱中提升进入反应器底部,经反应后从出水口进到沉淀池中,沉淀后的上清液排走,污泥则经污泥回流进入反应器底部。空气通过气,经气体流量计控制气量后进入反应器。反应器置于恒温水浴[(35±1) ℃]中。试验中采用了pH在线控制,通过自动投加Na2CO3溶液将pH值控制在7.0~7.8。

CSTR反应器由有机玻璃加工而成,呈圆柱状,高45cm,内径为14cm,有效容积为6L。进水口位于反应器底部,曝气从中部取样口(距底部19cm)进入反应器,出水口距反应器底部39cm。
  
原水的配制:在自来水中加入一定量的氯化铵作为基质,同时加入一定量的磷酸二氢钾和微量元素。
  
接种颗粒污泥取自北京红牛维他命饮料有限公司的曝气池(污泥的SS为14.2g/L,VSS为11.4g/L,VSS/SS=0.8)。在反应器中接种约2.5L污泥后的SS和VSS分别为6.3和4.7g/L。
  
分析时,COD测定:COD速测仪;pH值:Ph计;SS和VSS:标准称重法;氨:纳氏试剂分光光度法;NO2--N和NO3--N:离子色谱法和N-(1-萘基)-乙二胺光度法;溶解氧:溶解氧仪。有高浓度氨氮废水需要处理的单位,也可以到污水宝项目服务平台咨询具备类似污水处理经验的企业。

2 试验结果

2.1 运行结果
  
根据反应器的运行情况,可将试验过程分为两个阶段:启动期(第1~23天)和提高负荷期(第24~141天)。在提高负荷期又可分为无回流阶段(第24~40天)、间歇回流阶段(第41~93天)和连续回流阶段(第94~141天)。
  
整个运行过程中进、出水氨浓度及出水NO2--N和NO3--N浓度的变化如图2所示。
    
从图2可以看出,在整个运行过程中多数情况下出水的氨浓度<800mg/L,而在第125~139天时则基本保持在50mg/L以下。此外,出水NO2--N浓度在第84天以前一直保持上升趋势,后期则由于受进水氨浓度下降的影响,也相应地有所下降,而出水中的NO3--N先是逐渐升高,然后再下降,到第26天时出水中的NO3--N浓度已经低于NO2--N浓度,NO2--N浓度与NO2--N、NO3--N浓度之和的比值达到了0.57,说明此时该反应器已成功实现了短程硝化。此后,NO3--N浓度一直在持续下降,到第73天时已经检测不到NO3--N,在试验后期即使增加了污泥回流,出水中也没有检测到NO3--N,这表明反应器中几乎完全淘汰了硝化细菌。


去除率和容积负荷的变化如图3所示。
  
由图3可以看出,随着反应器运行时间的延长,容积负荷也逐渐提高,启动初期容积负荷仅为0.02kgNH3-N/(m3·d),到启动期结束时(第23天)达到了0.1kgNH3-N/(m3·d)左右;在第72~123天基本保持在0.6~0.8kgNH3-N/(m3·d);此后进一步提升负荷,最高时达到了1.4kgNH3-N/(m3·d)。从图3可以看出,氨去除率出现了4次较大的下降,分别出现在第37天、第68天、第86天以及第111~117天之间,其原因主要是反应器内污泥浓度的降低导致了生物活性下降。

反应器内MLSS的变化如图4所示。

从图4可以看出,反应器内的MLSS波动较大。在反应器运行过程中污泥的增长量始终跟不上污泥的流失量,所以在没有污泥回流(第41天以前)的情况下,反应器中污泥浓度呈下降趋势,MLSS从接种时的6300mg/L一直降到了300mg/L。为保证反应器内具有足够的污泥量,在第41~93天改按人工间歇回流污泥的方式运行。反应器外排的污泥都被收集起来并加以培养,当反应器内的MLSS<1000mg/L时再把这些污泥补充到反应器中以保证反应器内的污泥浓度。从第94天开始增加了沉淀池和污泥回流系统(如图1中虚线部分所示),反应器的运行改为连续污泥回流,所以从第41~141天反应器内平均MLSS基本维持在2000mg/L。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。
  
反应器内平均DO浓度变化见图5。

从图5可以看出,反应器中DO浓度主要控制在两个水平,即在第121天以前反应器内DO为1mg/L左右,从第122~141天则主要控制在2mg/L左右。进、出水总的变化见图6。

由图6可以看出,在反应器运行的141d中进、出水总浓度始终存在一定的差异,这说明并非所有被氧化的氨都转化成了NO2--N。其相差部分可能是被用于合成新的细胞物质,但计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,由于反应器内DO浓度较低,消失的这部分氨有可能与其他素转化途径有关,比如好氧反硝化、由自养硝化细菌引起的反硝化或同时硝化反硝化(SND)等,这些仍有待进一步证实。

2.2 污泥状况
  
反应器运行到第87天时从排泥中取样进行扫描电镜观察,发现泥中细菌数量较多(以短杆菌和球菌为主),但其表面似乎包裹着一层粘性物质。从细菌形态看,球菌可能是亚硝化球菌属(Nitrosococcus)的细菌,而杆菌则可能是亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)的细菌。

3 讨论
有、无污泥回流的运行试验结果均表明,泥龄的长短并不影响短程硝化的实现,即使在比1. 5d更长的泥龄条件下硝化细菌仍逐渐被淘汰出反应器,从而实现了NO2--N的稳定积累。在连续进行污泥回流的情况下仍能够稳定地实现短程硝化,表明该工艺有望进一步直接应用于处理低浓度氨废水中。

4 结论

①以自行配制的高氨废水为进水,以普通活性污泥为种泥,在温度为35℃、CST R反应器平均DO浓度为0.5~2.5mg/L、pH值为7~7.8的条件下连续运行,在无污泥回流的状况下从第26天开始出水中的NO2--N浓度超过了NO3--N浓度,成功地实现了短程硝化;
  
②反应器在增加间歇污泥回流的条件下运行,出水中NO3--N浓度仍一直呈下降趋势,约30d后出水中检测不出NO3--N;当反应器采用连续污泥回流的方式运行时,反应器出水中也一直检测不到NO3--N,表明在泥龄较长的运行条件下也能够成功地实现短程硝化;
  
③反应器在进水氨容积负荷达到1.2kg/(m3·d)时,氨去除率仍保持在95%以上;
  
④扫描电镜的观察结果表明污泥中的细菌以短杆菌和球菌为主。来源:谷腾水网

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