低碳氮比污水對同步硝化反硝化脫氮的影響

1、 肖靜,許國仁(哈爾濱工業(yè)大學,城市水資源國家重點實驗室,黑龍江哈爾濱150090 考察了低溶解氧含量連續(xù)曝氣的序批式反應器內,低C/N污水對氮去除的影響,評價了氮的去除效率。結果表明,m TN和NH4+-N 的去除率在去除率下降為13.66%和平衡的硝化和反硝化反應m(C/m(N為3.94時,出收稿日期:2012-04-23基金項目:國家高技術研究發(fā)展計劃(863項目(2009AA064704;國家自然科學基金重點項目(51038003;新世紀優(yōu)秀人才項目(NCET-08-161作者簡介:肖靜(1980-,女,博士研究生,研究方向為污水脫氮技術聯(lián)系電話:186*;E-mail:mdiffer

2、ent含過量氮富營養(yǎng)化,嚴重起人們廣泛的的形式存在于生最常用的方法,過程中不需要升微生物來源廣、是一種工藝簡單途的脫氮方法傳統(tǒng)生物脫通過硝化轉化為菌將NO3-N和而達到從污水中生物學和生物化生物脫氮技術的工藝就是研究較多的新型脫氮技術之一。允許硝化反應和反硝化反應發(fā)生在同一操作條件下且在同一反應器內,與傳統(tǒng)的生物脫氮工藝相比,同步硝化反硝化工藝具有明顯的優(yōu)越性:能夠有效地保持反應器中pH穩(wěn)定;耗堿量小,需氧量、消耗碳源量和產(chǎn)泥量可分別減少25%、40%和50%等6-7。因此,引起廣泛的關注。器,通過時間程序2L。反應器底空氣壓縮機(海,空氣管路上設有氣量的大小,液混合的程度。NH4Cl、KNO

3、3、做為碳源,微量II(ZnSO4·7H2O、5H2O、H3BO3和試驗過程中主要檢測項目包括COD和NH4+-N、NO3-N、NO2-N、TP、TN含量等,另外還包括污泥沉降比(SV、pH、水溫和MLSS、MLVSS、DO含量等。試驗中的水質分析方法均依照文獻8進行。主要考察低C/N的進水對氮去除的影響。進水第38卷第11期2012年11月Vol.38No.11Nov.,201277 DOI:CNKI:33-1127/P.20121107.1145.017 網(wǎng)絡出版時間:2012-11-07 11:45網(wǎng)絡出版地址:NH4+-N的質量濃度維持在60mg/L左右,通過向污水中投加淀粉

4、的量改變進水的COD,以調節(jié)m(C/ m(N分別為1.05、1.98、2.95、3.94。試驗中以的實測結果為準。DO的質量濃度維持在0.5mg/L左右,pH 為7.58.0,HRT為7h。進水方式為限制曝氣式瞬時進水,依次進行曝氣7h、沉淀1.0h、排除處理水,閑置2h后開始下一周期的運行。系統(tǒng)穩(wěn)定后,測定1個運行周期內各污染物成分的變化情況 。COD 由圖顯著,m相接近,m(C/m(N為2.95的則與3.94有相似的趨勢,2者COD的去除率均達到了95%以上,說明盡管進水的COD并不相同,但是都達到了很高的去除率。m(C/m(N對COD的去除沒有影響,此結果與其他的研究者得到的結論一致9-

5、10。系統(tǒng)在從運行開始至100min時,m(C/m(N為3.94的系統(tǒng)已經(jīng)去除了70.30%的COD。直到反應周期結束,320min的時間內去除了剩余的COD的27%。m(C/m(N為2.95的系統(tǒng)在短時間內的去除效果并沒有比m(C/m(N為3.94的好,但是在運行周期從開始至140min的期間內,COD去除率從0迅速升到63.09%,之后呈現(xiàn)平穩(wěn)下降的趨勢。m(C/m(N為1.05與1.98的COD去除效果遠遠低于m(C/m(N為2.95和3.94時,并且在系統(tǒng)運行期間有較大幅的波動。最后,2者的去除率分別為57.23%和70.26%。分析原因可知,在反應初始,系統(tǒng)內的COD迅速降低,是由于

6、稀釋作用、活性污泥的快速吸附作用和微生物的利用共同作用的結果。通過泥水的接觸,污水中的有機物被吸附到微生物細胞的表面。一部分被吸附的有機物會被微生物水解為可溶性的小分子有機物,此時系統(tǒng)內的COD就會出現(xiàn)微生降低。含量COD/(mg·L-1去除率/%圖2(b去除率圖2在1個運行周期內NH4+-N的去除Fig.2NH4+-N removal within a run cycle(TN/(mg·L-1t/min圖3(aTN含量變化第38卷第11期78由圖2和圖 與TN 的去除m (C/m (N為別為54.7%和分別達到27.8至3.94時,周期量濃度分別為少量的NO x -N 化

7、為氮氣。但m (C/m (N為(N為2.95和比較相近,在系別達到35.9%、min 內去除的60%以上,剩余進水m (C/率分別是30.6%分別為43.8個運行過程中,在反應結束時,2mg/L 和51.6和Ng 在他們的研究中觀察到依賴于生物細胞的同化作用去除的進水TN 約為15%20%11。因此,可以推測m (C/m (N為1.05和1.98的2個系統(tǒng)內TN 的去除歸功于微生物的同化作用,由于碳源的缺乏和DO 含量的逐漸升高,反硝化反應無法進行,因此系統(tǒng)中累積了大量NO 2-N 和NO 3-N ?？傮w而言,試驗中沒有觀察到明顯的隨著C/N 增加TN 去除也增加的趨勢,但是就TN 去除而言,

8、4種不同C/N 表現(xiàn)出明顯的兩兩相似,并且差異顯著,同時TN 的去除也說明了在持續(xù)曝氣情況下反應器內存在著反硝化現(xiàn)象,即發(fā)生了同步硝化反硝化反應。系統(tǒng)內硝化反應和反硝化反應的速率按照方程(1和(2來計算。方程(3用來計算同步硝化反硝化的效率,2003年由Katie 等提出12。統(tǒng)計數(shù)據(jù)總結在表1中。r n =q V ,i i (NH 4+-N-e (NH 4+-N/V ,(1r d =q V ,i i (TN-e (TN/V ,(2E (SND=1-r (NO x -N/o (NH 4+-N。(3式中,r n 和r d 分別為硝化和反硝化反應速率,q V ,i為進水體積流量,i (NH 4+-

9、N和e (NH 4+-N進出水+后則是利用細胞內部的儲存碳源。反硝化反應的速率取決于所利用的碳源,隨著這種順序而降低。很多研究者認為,高效的同步硝化反硝化發(fā)生在硝化反應速率與反硝化反應速率達到平衡并且系統(tǒng)內產(chǎn)生的NO 2-N 和NO 3-N 較少的時候14-15。因此,進水m (C/m (N分別為2.95和3.94的試驗條件下的系統(tǒng)得到了較高效的同步硝化反硝化效率,與表1中計算所得結果一致,分別為86.56%和94.72%。Chiu 等在其研究中得出,當m (C/m (N分別為11.1和19.7的時候,同步硝化反硝化效率分別達到了98.7%和97.1%9;Pochana and Keller

10、在初始m (C/圖3(b去除率圖3在1個運行周期內TN 去除Fig.3TN removal within a run cycle去除率/%t /min肖靜等,低碳氮比污水對同步硝化反硝化脫氮的影響79 Xiao Jing,Xu Guoren(State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,ChinaThe effect of sewage with low chemical oxygen demand and nitrogen (C

11、/Non nitrogen removal was investigated in a sequencing batch reactorsystem operated in continuous aeration mode at low dissolved oxygen concentration.The efficiency of nitrogen removal was evaluated.Results demonstrated that above 95.0%removal efficiencies of organic matter was achieved while the in

12、fluent m (C/m (Nwere adjusted to 2.95and 3.94.The removal efficiencies of TN and ammonia (NH 4+-Nremoval with a m (C/m (Nof 2.95were the max value at 47.4%and 54.7%.Decreased m (C/m (Nto 1.98and 1.05,TN removal efficiencies were 13.66%and 16.26%respectively.By analyzing the data,denitrification was

13、indeed influenced by C/N,especially lower influent C/N,causing low TN removal efficiency.Moreover,an unbalanced nitrification and denitrification resulted in low efficiency of simultaneous nitrification and denitrification (SND.The highest simultaneous nitrification and denitrification efficiency we

14、re achieved at m (C/m (Nof 3.94leaving small amount NO x -N in the effluent.low C/N;COD removal;nitrogen removal;SNDm (N為14.5的時候,得到了大約80%的同步硝化反硝化率16?？偠灾?一個高效的同步硝化反硝化系統(tǒng),不但要有平衡的硝化反應與反硝化反應,還要有較高的硝化速率和反硝化速率 。就COD 的去除而言,進水m (C/m (N分別為2.95和3.94的系統(tǒng)并未受到影響,2者的去除率均達到了95%以上;降低m (C/m (N分別至1.05和1.98時,COD 的去除受到了

15、明顯的影響,系統(tǒng)運行期間有較大幅的波動,最后去除率結束于57.23%和70.26%。硝化反應速 在低C/N 的C/N 對其低C/N 進C/N 的增加大幅遠高于m (C/m 反硝化反應速不平衡,從而降m (C/m (N為94.72%,m (C/m 1Ghafari S,Hasan from water and 2008,99:2TchobanoglousG,Treatment and 3趙丹,任南琪,筑大學學報,4Shinya M,biofilm:Effects of oxygen on J.BiochemicalEngineering Journal,2007,37:98-107.5Ahn Y

16、H.Sustainable nitrogen eliminationbiotechnologies:a review.Process Biochemistry,2006,41:1709-1721.6Ohandja DG,Li J F,Ji J,et al.Simultaneous nitrification-denitrificationachieved by an innovative internal-loop airlift MBR:comparative studyJ.Bioresource Technology,2008,99:5867-5872.7Gibbs B,ThirdKA,N

17、ewlandM,et al.Long-term aeration managementfor improved N -removal via SND in a sequencing batch reactor J.Water Res.,2005,393:523-3530.8國家環(huán)境保護總局水和廢水監(jiān)測分析方法編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法M.4版.北京:中國環(huán)境科學出版社,2002.9Chiu Y C,Lee L L,Chang C N,et al.Control ofcarbon and ammoniumratio for simultaneous nitrificationanddenitrification in a sequencing Biod