高濃度氨氮廢水的短程硝化研究

1、高濃度氨氮廢水的短程硝化研究    論文網(wǎng)   作者：蒙愛紅，左劍惡，楊洋   2010-10-26 14:05:31       摘要：采用6 L的完全混合式反應器(CSTR)進行了高濃度氨氮廢水的短程硝化研究。在溫度為35、反應器內平均DO濃度為0.52.5mg/L、pH值為77.8的條件下連續(xù)運行141d的試驗結果表明：在第26天時實現(xiàn)了短程硝化，從第73天開始出水中檢測不出NO3-；在增加了連續(xù)污泥回流的情況下，反應器

2、出水中也一直檢測不到NO3-；在進水氨氮容積負荷達到1.2kgNH3-N/(m3·d)時，氨氮去除率仍保持在95%以上。掃描電鏡的觀察結果表明污泥中的細菌以短桿菌和球菌為主。 關鍵詞：短程硝化 完全混合式反應器 氨氧化細菌  1 試驗裝置、材料與方法 試驗裝置及工藝流程如圖1所示。 廢水經(jīng)由進水泵從水箱中提升進入反應器底部，經(jīng)反應后從出水口進到沉淀池中，沉淀后的上清液排走，污泥則經(jīng)污泥泵回流進入反應器底部。空氣通過氣泵，經(jīng)氣體流量計控制氣量后進入反應器。反應器置于恒溫水浴(35±1) 中。試驗中采用了pH在線控制，通過自動投加Na2CO3溶液將pH值控制在7.07

3、.8。CSTR反應器由有機玻璃加工而成，呈圓柱狀，高45cm，內徑為14cm，有效容積為6L。進水口位于反應器底部，曝氣管從中部取樣口(距底部19cm)進入反應器，出水口距反應器底部39cm。原水的配制：在自來水中加入一定量的氯化銨作為基質，同時加入一定量的磷酸二氫鉀和微量元素。接種顆粒污泥取自北京紅牛維他命飲料有限公司的曝氣池(污泥的SS為14.2g/L，VSS為11.4g/L，VSS/SS0.8)。在反應器中接種約2.5L污泥后的SS和VSS分別為6.3和4.7g/L。分析時，COD測定：COD速測儀；pH值：pH計；SS和VSS：標準稱重法；氨氮：納氏試劑分光光度法；NO2-N和NO3-

4、N：離子色譜法和N-(1-萘基)-乙二胺光度法；溶解氧：溶解氧儀。 2試驗結果 2.1運行結果根據(jù)反應器的運行情況，可將試驗過程分為兩個階段：啟動期(第123天)和提高負荷期(第24141天)。在提高負荷期又可分為無回流階段(第2440天)、間歇回流階段(第4193天)和連續(xù)回流階段(第94141天)。整個運行過程中進、出水氨氮濃度及出水NO2-N和NO3-N濃度的變化如圖2所示。從圖2可以看出，在整個運行過程中多數(shù)情況下出水的氨氮濃度800mg/L，而在第125139天時則基本保持在50mg/L以下。此外，出水NO2-N濃度在第84天以前一直保持上升趨勢，后期則由于受進水氨氮濃度下降的影響，

5、也相應地有所下降，而出水中的NO3-N先是逐漸升高，然后再下降，到第26天時出水中的NO3-N濃度已經(jīng)低于NO2-N濃度，NO2-N濃度與NO2-N、NO3-N濃度之和的比值達到了0.57，說明此時該反應器已成功實現(xiàn)了短程硝化。此后，NO3-N濃度一直在持續(xù)下降，到第73天時已經(jīng)檢測不到NO3-N，在試驗后期即使增加了污泥回流，出水中也沒有檢測到NO3-N，這表明反應器中幾乎完全淘汰了硝化細菌。     氨氮去除率和容積負荷的變化如圖3所示。由圖3可以看出，隨著反應器運行時間的延長，容積負荷也逐漸提高，啟動初期容積負荷僅為0.02kgNH3-N/(m3·

6、d)，到啟動期結束時(第23天)達到了0.1kgNH3-N/(m3·d)左右；在第72123天基本保持在0.60.8kgNH3-N/(m3·d)；此后進一步提升負荷，最高時達到了1.4kgNH3-N/(m3·d)。從圖3可以看出，氨氮去除率出現(xiàn)了4次較大的下降，分別出現(xiàn)在第37天、第68天、第86天以及第111117天之間，其原因主要是反應器內污泥濃度的降低導致了生物學活性下降。反應器內MLSS的變化如圖4所示。 從圖4可以看出，反應器內的MLSS波動較大。在反應器運行過程中污泥的增長量始終跟不上污泥的流失量，所以在沒有污泥回流(第41天以前)的情況下，反應器中污

7、泥濃度呈下降趨勢，MLSS從接種時的6300mg/L一直降到了300mg/L。為保證反應器內具有足夠的污泥量，在第4193天改按人工間歇回流污泥的方式運行。反應器外排的污泥都被收集起來并加以培養(yǎng)，當反應器內的MLSS1000mg/L時再把這些污泥補充到反應器中以保證反應器內的污泥濃度。從第94天開始增加了沉淀池和污泥回流系統(tǒng)(如圖1中虛線部分所示)，反應器的運行改為連續(xù)污泥回流，所以從第41141天反應器內平均MLSS基本維持在2000mg/L。反應器內平均DO濃度變化見圖5。 從圖5可以看出，反應器中DO濃度主要控制在兩個水平，即在第121天以前反應器內DO為1mg/L左右，從第122141

8、天則主要控制在2mg/L左右。進、出水總氮的變化見圖6。 由圖6可以看出，在反應器運行的141d中進、出水總氮濃度始終存在一定的差異，這說明并非所有被氧化的氨氮都轉化成了NO2-N。其相差部分可能是被用于合成新的細胞物質，但計算表明用于合成的氨氮非常少，仍有部分氨氮以其他方式消失了，由于反應器內DO濃度較低，消失的這部分氨氮有可能與其他氮素轉化途徑有關，比如好氧反硝化、由自養(yǎng)硝化細菌引起的反硝化或同時硝化反硝化(SND)等，這些仍有待進一步證實。2.2污泥狀況反應器運行到第87天時從排泥中取樣進行掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)泥中細菌數(shù)量較多(以短桿菌和球菌為主)，但其表面似乎包裹著一層粘性物質。從細菌形

9、態(tài)看，球菌可能是亞硝化球菌屬(Nitrosococcus)的細菌，而桿菌則可能是亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)的細菌。 3討論 有、無污泥回流的運行試驗結果均表明，泥齡的長短并不影響短程硝化的實現(xiàn)，即使在比1. 5d更長的泥齡條件下硝化細菌仍逐漸被淘汰出反應器，從而實現(xiàn)了NO2-N的穩(wěn)定積累。在連續(xù)進行污泥回流的情況下仍能夠穩(wěn)定地實現(xiàn)短程硝化，表明該工藝有望進一步直接應用于處理低濃度氨氮廢水中。 4結論 以自行配制的高氨氮廢水為進水，以普通活性污泥為種泥，在溫度為35、CST R反應器平均DO濃度為0.52.5mg/L、pH值為77.8的條件下連續(xù)運行，在無污泥回流的狀況下從第26

10、天開始出水中的NO2-N濃度超過了NO3-N濃度，成功地實現(xiàn)了短程硝化；反應器在增加間歇污泥回流的條件下運行，出水中NO3-N濃度仍一直呈下降趨勢，約30d后出水中檢測不出NO3-N；當反應器采用連續(xù)污泥回流的方式運行時，反應器出水中也一直檢測不到NO3-N，表明在泥齡較長的運行條件下也能夠成功地實現(xiàn)短程硝化；反應器在進水氨氮容積負荷達到1.2kg/(m3·d)時，氨氮去除率仍保持在95%以上；掃描電鏡的觀察結果表明污泥中的細菌以短桿菌和球菌為主。 參考文獻： 1Mulder A.Anaerobic ammonium oxidation discovered in adenitrif

11、ying fluidized bed reactorJ.FEMS Microbiology Ecology，1995，16:177-184.2Hellinga C.The sharon process:an innovative method for nitrogen remov al from ammonium-rich waste waterJ.Wat Sci Tech,1998,37(9):135-142.3Verstraete W,Philips S.Nitrification-denitrification processes and technologies in new cont

12、extsJ.Environmental Pollution，1998，102(S1):717-726.4國家環(huán)境保護局.水與廢水檢測分析方法(第3版)M.北京：中國環(huán)境科學出版社，1997.5Helmer C.Nitrogen loss in a nitrifying biofilm systemJ.Wat Sci Tech,1999,39(7):13-21.6Bock E I,Stueven R，Zart D.Nitrogen loss caused by denitrifying nitrosomonas cells using ammonium or hydrogen as electron donors and nitrite as electron acceptorJ.Arch Microbiol,1995,163:16-20.7Helmer C.Simultaneous nitrificati