短程硝化反硝化新型生物反应器的特性研究.pdf

短程硝化反硝化新型生物反应器的特性研究 ＊ 宋英豪 1,3 杨莎莎 2,4 赵宗升 2 贾立敏 1 1.北京市环境保护科学研究院, 北京 100037; 2.北京交通大学市政与环境工程系, 北京 100044;3.北京科技大学, 北京 100083;4.北京美华博大环境工程有限公司, 北京 100082 摘要 利用气提式反应器研究硝化过程中的亚硝酸积累现象, 并在运行 6 个月后将其与一升流式污泥床反应器相连 接, 研究硝化反硝化联合工艺的处理效果。 结果表明, 在硝化部分, 当进水氨氮浓度 98mg L, 游离氨 FA为 1. 07 mg L时, 亚 硝态氮 浓度 开始逐 渐上升, 亚硝化 率 NO - 2-N NO - X-N50。 实 验条 件下 氨氮 污泥 负荷 为 0. 53 kg kgd 时, 氨氮去除率较高且亚硝化率最大, 但当污泥负荷达到0. 85 kg kgd 时, 氨氮去除率降低。 升流式污 泥床反应器中形成明显的颗粒污泥, 在碳源充足的条件下 即 C N3, 最终出水效果显著提高。 关键词 气提式反应器 短程硝化反硝化 升流式污泥床反应器 颗粒污泥 ＊国家自然科学基金项目 20577003 ; 国家高科技研究发展计划 “863”项目 2006AA06Z320 。 0 引言 短程硝化反硝化生物脱氮工艺比传统硝化反硝 化有诸多优点 [ 1] ,对焦化 、 石化、 化肥以及垃圾渗滤液 等高氨氮、低碳源废水的生物脱氮处理具有重要意 义 [ 2] 。近年来该工艺一直是脱氮领域的研究重点和 热点 。有研究发现通过控制游离氨 FA 浓度 [ 3] 、 pH [ 4] 、 温度 [ 5] 及溶解氧 DO 浓度 [ 6] 等因素来抑制硝 酸菌活性, 从而使亚硝酸菌成为优势菌种 ,实现短程 硝化 。本文通过将气提式反应器与升流式污泥床反 应器联合运行, 研究气提式反应器内亚硝氮的积累, 以及和升流式污泥床 USB 反应器串联的工艺可行 性,反硝化部分的污泥性状及影响最终出水效果的关 键因素。 1 材料与方法 1. 1 短程硝化反硝化新型生物反应器组成 1. 1. 1 短程硝化反应器 气提式反应器 气提式反应器材料为有机玻璃 柱高125 cm, 有 效容积2 L 。上部为三相分离器 ,内设中心循环桶将 反应器分成内部升流区和外部降流区, 底部设曝气 头,用于供氧。废水由进水桶经蠕动泵进入升流区底 部,随气流上升; 至降流区, 随水流向下流动 ; 然后再 次进入升流区, 并由此产生液体的内循环。经生物作 用后, 液体进入设在反应器上部的沉淀区 ,其中的污 泥借助重力回流至反应区, 液体经出水管外排 ,无需 设沉淀池和污泥回流系统。高径比达 14, 较少的曝 气量便能达到较好的混合流化状态 ,同时还有一定的 充氧效果, 有利于短程硝化的实现。反应器内不需投 加填料和载体, 提高了容积利用率。反应器具有工艺 流程简单, 能耗低等优点 。 1. 1. 2 反硝化反应器 USB 反应器 USB 反应器 柱高120 cm , 有效容积2 L 基于 UASB 反应器的特点改进而成 ,上部为三相分离器 ,底 部进水来自气提式反应器出水并经蠕动泵进入,同时 用另一根进水管输送碳源。基于反硝化污泥易于颗 粒化 ,可提高微生物浓度 ,缩短HRT ,保持大量的活性 污泥和足够长的污泥龄。颗粒污泥沉降性能良好 ,有 较好的固液分离效果 ,并且三相分离器解决了悬浮污 泥的截留问题, 使得出水 SS 较少 。靠水流的上升搅 拌作用来实现污泥的不同床层与基质的充分接触 ,避 免附设沉淀分离装置 。 本实验将气提式反应器和 USB 反应器串联来研 究短程硝化反硝化工艺, 简化了工艺流程 。实验温度 为 20 5 ℃。由出水流量调节 HRT ,通过转子流量 计调节空气的流量来控制反应器内溶解氧浓度。工 艺流程见图 1。 图 1 反应装置及工艺流程 76 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 1. 2 实验方法 采用 人 工合 成 废水 , 主要 成 分为 NH4Cl 和 Na2CO3,少量 KH2PO4, 其中 N P 控制在 10 ～ 20 ∶ 1, 碱度按 m Na2CO3 ∶ m NH 4- N 7 ～ 8 投加 ,投加的 Na2CO3一方面作为碳源, 另一方面起到调节反应器 pH 的作用 。 气提式反应器的活性污泥取自方庄污水处理厂 二沉池回流污泥, 污泥成黑色, 絮状, 有臭味 , SV 为 32; USB 反应器污泥取自另一单独以亚硝酸盐为主 要基质运行6 个月的升流式污泥床反应器 。 2 结果与分析 2. 1 气提式反应器启动阶段 图2 所示为启动阶段出水三氮浓度的变化情况。 反应器启动阶段,MLSS 为1 800 mg L , 进水氨氮浓度 从30 mg L开始, 平均维持在45 mg L, HRT 为6. 7 h。 在污泥驯化的50 d中 ,前20 d氨氮去除率 100,出水 ρ NO - 3- N ρ NO - x- N 为 91～ 99, 亚硝氮几乎没 有积累, 这是由于在此期间曝气量较大 DO 约为 4 mg L ,使硝酸菌为此阶段的优势菌群。 第23～ 33 天 ,污泥随出水流失现象严重 ,氨氮去 除率有所下降 70左右 , 出水以 NO - 3- N 为主 ,自此 重新补投污泥,MLSS 为1 880 mg L , 并对反应器的沉 淀区进行改造, 以防污泥大量流失 。第 40 天开始 ,氨 氮去除率有所回升。 第59 天开始提高进水氨氮浓度, 在保持良好混 合状态下 , DO 浓度为2 mg L左右, 亚硝化率逐渐增 大,表明进水中高浓度游离氨开始对系统的硝化作用 产生抑制。Anthonisen 的实验结果表明 [ 7] , 游离氨对 硝酸菌的抑制浓度为0. 1～ 1. 0 mg L , 对亚硝酸菌的 抑制浓度为 10～ 150 mg L, 硝酸菌容易受到游离氨的 抑制 。 1出水NO - 2-N ; 2出水 NO - 3-N ; 3出水NH 4-N ; 4进水 NH 4- N 。 图 2 启动阶段出水三氮浓度随进水氨氮浓度的变化 第 76 天进水氨氮浓度超过98 mg L后 ,出水亚硝 氮浓度开始逐渐上升, 亚硝化率超过 50, 此时温度 为20 ℃, pH 值为8. 2, FA 为1. 07 mg L 。第 92 天起提 高进水氨氮浓度至168 mg L , 之后28 d将其维持在 186 mg L左右 ,亚硝化率平均在 67以上 , 氨氮去除 率在 85 以上。 2. 2 气提式反应器稳定运行阶段 不断提高进水氨氮浓度, 氨氮去除率可保持在较 高的水平。如图 3 所示 ,第 162 天和第 189 天当进水 氨氮浓度分别达到 253、308 mg L时, 则出水 NO - 2- N 分别增加到 222、258 mg L, 亚硝化率分别为 87和 88,氨氮去除率分别为 98和 96,此时氨氮污泥 负荷分别为 0. 52、 0. 54 kg kgd 氨氮容积负荷分别 为1. 1、1. 3 kg m 3d , 亚硝氮达到最大积累效果, 之后的16 d内亚硝化率略有下降 ,但未低于 79。第 206 天将 HRT 减小到4. 9 h , 之后氨氮去除率有所 下降 。 1出水 NO- 2-N ; 2出水 NO-3- N ; 3出水 NH4-N; 4进水NH 4-N ; 5亚硝化率; 6氨氮去除率。 图 3 稳定运行阶段出水三氮浓度随进水氨氮浓度的变化 第250 天进水NH 4- N 浓度达到415 mg L时, 最大 污 泥 负 荷 达 0. 85 kg kg d容 积 负 荷 为 2. 2 kg m 3d ,氨氮去除率降到最低为 31,说明FA 开始对亚硝酸菌产生抑制 , 亚硝化率变化不大 , 约 80。此时加大 DO 并增加 HRT 到5. 5 h , 氨氮去除 率未出现明显改观 。第 274 天开始逐渐降低进水 NH 4- N 浓度 ,并且 DO 维持在较高的水平, 氨氮去除 率的提高也不大 ,最高仅为 77, 可能由于经过前期 高负荷的冲击, 污泥状态变差 , 活性降低 。说明在较 高的氨氮浓度下 ,污泥负荷对氨氮的去除率及亚硝氮 的积累起决定性因素 。 2. 3 硝化 - 反硝化反应器串联运行阶段 第180 天开始将气提式反应器与 USB 反应器连 接,完成反硝化反应 ,此时污泥已有颗粒化倾向,气提 式反应器出水作为升流式反应器进水,另有一根进水 管接进碳源 乙酸钠 , 两根进水管保持同等流速, HRT 为4 h,根据气提式反应器出水三氮,大致维持C N 1. 95。如图 4 所示 ,反硝化出水 NO - 2- N 去除率在 77 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 70左右 ,NO - 3- N 去除率 90,NH 4- N 去除率相对 较低为 50 左右, 第 206 天将 C N 提升至 3 以上时, 出水 NO - 2-N 去除率有明显升高, 能达到 99以上, NH 4- N 去除率达 80以上 。 1进水NO- 2-N 浓度; 2出水NO - 2-N 浓度; 3进水 NO - 3-N 浓度; 4出水 NO- 3- N 浓度; 5进水 NH4-N 浓度; 6出水 NH 4-N 浓度。 图4 硝化-反硝化反应器串联运行阶段 USB 反应器进、出水三氮浓度变化 2 个反应器联合运行20 d后 ,污泥出现了较明显 的颗粒化现象, 污泥形状大多数为卵形 、椭圆或不规 则形状 ,表面及边界比较清晰 , 粒径变化范围为 1 ～ 6 mm 。颜色为灰白色, 一般认为颗粒污泥的颜色取 决于营养条件, 此颜色可能与钙离子有关 ,因为在弱 碱条件下 ,乙酸钠被氧化产生的二氧化碳部分转化为 碳酸盐,与钙离子形成 CaCO3, 附着在颗粒污泥的表 面,从而污泥呈灰白色。用 EDS X-线能谱分析仪 进 行颗粒污泥成分分析 ,元素组成以 CaCO3为主。 3 结论 1 气提式反应器中当进水氨氮浓度 98 mg L, FA 达1. 07 mg L时,亚硝化率超过 50。当氨氮污泥 负荷为0. 53 kg kgd , 容积负荷1. 2 kg m 3 d ,亚硝 氮达最大积累量 ,亚硝化率为 88,且氨氮去除率为 96以上 。当氨氮污泥负荷达0. 85 kg kg d , 容积 负荷2. 2 kg m 3d ,亚消化率和氨氮去除率均下降。 2 利用升流式反应器进行反硝化 , 污泥出现了 良好的颗粒化现象,C N 3 时, 有较好的出水效果 。 3 利用气提式反应器与升流式反应器串联工艺 进行短程硝化反硝化是可行的 。 参考文献 [ 1] 郑平, 徐向阳, 胡宝兰. 新型生物脱氮理论与技术. 北京 科学 出版社, 2004 115-116 [ 2] Voet J P .Removal of nitrogen from highly nitrogenous wastewater. JWPCF , 1975, 47 394 -398 [ 3] Surmacz G J, Cichon A , Miksch K . Nitrogen removal from wastewater with high ammonia nitrogen concentration via shorter a nitrification and denitrification. Wat. Sci. Tech. , 1997,36 10 73 -78 [ 4] Villaverde S , Garcia-Encina P A, Fdz -Polanco F. Influence of pH over nitrifying bio-film activity in submerged biofilers. Wat. Res. , 1997, 31 5 1180 -1186 [ 5] Hellinga C, Schellen A A J C, Mulder J W, et al. The SHARON process an innovative for nitrogen removal from ammonia-rich wastewater. Wat . Sci. Tech. , 1998,37 9 135 -142 [ 6] Mǜnch E V,Lant P ,Keller J.Simultaneous nitrification and denitrification in bench -scale sequencing batch reactors. Wat.Res. , 1996,30 2 277 -284 [ 7] Anthonisen A C, Loehr R C, Prakasam T B S , et al.Inhibition of nitrification of ammonia and nitrous acid.Journal of Water Pollution Control Fed, 1976, 48 5 835 -852 作者通信处 宋英豪 100037 北京市西城区北营房中街 57 号 北 京市环境保护科学研究院 E -mail seng-yh263. net 2007- 10-29 收稿 塑料袋有了环保标准 国务院办公厅关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知于 6 月 1 日正式实施, 为使这项政策更好地贯彻实施, 国家质量 监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会近日正式颁布了塑料购物袋的环保、安全和标识通用技术要求 、 塑料购物袋 、塑 料购物袋快速检测方法与评价3 项标准。 这 3项标准首先从环保角度界定塑料购物袋的最小厚度小于 0. 025 mm, 并应有环保声明, 如“ 为了保护环境和节约资源, 请 多次使用”等字样。 并明确说明降解塑料购物袋的含义指 在自然界如土壤等条件下, 或特定条件下如堆肥、厌氧消化和水性培 养液中, 在微生物作用下引起降解, 并最终完全降解变成二氧化碳或者甲烷、水及其所含元素的矿化无机盐以及新生物质的塑料 购物袋。 淀粉基塑料购物袋的含义是指 添加了淀粉原料制得的塑料购物袋, 且淀粉含量不小于 15。 据全国塑料协会塑料再生利用专业委员会副会长董金狮先生介绍, 这是我国首次从标准化的角度, 对塑料购物袋从环保、安 全、标识方面提出技术要求, 并对降解塑料购物袋和淀粉基塑料购物袋的概念进行了明确界定。 这一标准的实施, 为 6月 1 日起 在全国范围内限制使用超薄塑料袋提供了相关依据。 摘自“ 中国环境报” 78 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 Abstract Combining with the existing smelting conditions, it was carried out that checks on relevant parameters of the primary dedusting systems for the converters of Panzhihua Iron and Steel Group Company; it was also analyzed the existing problems of the systems according to the parameters of the original design.The measures for improving the dedusting systems were proposed and implemented, after which the dedusting systems could meet the demands on treating pollution. Keywords converter dedust flue gas venturi tube throat THE CHARACTERISTICS AND MEASUREMENT OF NOISE FROM PIPELINE OF PIPE GALLE - RY OXYGEN AREAS IN LARGE IRON AND STEEL PLANTS Yu Wuzhou Zeng Huaxiu Li Minna et al 68 Abstract Portable sound insulation noise -abatement tube is presented to make efficient pipe noise measurement and identification of pipelines of pipe gallery in oxygen area for a large iron steel plant, and the characteristics of pipe noise are analyzed. The results show that this is effective and reliable. What s more, pipe noise changes along pipe length due to the effect of valves and bendings, and different pipes emit noise with different levels and spectral characteristics.It is suggested in this paper that proper pipe lagging structures should be applied to pipe gallery with different pipelines according to their noise contributions. Keywords noise measurement pipe noise IMPROVEMENT ON DECOLORIZATION PROCESS OF ACTIVATED CHAR Zhang Mengcun 71 Abstract According to the problems of the traditional decolorization process of activated char, their causes were analyzed and a feeder of venturi tube was developed, which fundamentally solved the pollution of adding activated charcoal, the bump and the fusion speed. The decoloriza - tion time was decreased and the production efficiency was also raised. Keywords activated charcoal decolorization venturi tube feeder PILOT -SCALE TEST ON NITROTOLUENE WASTEWATER TREATMENT WITH MICRO-ELEC - TROLYSIS AND I-BAFYe Zhengfang Wang Zhongyou Mou Jinghai et al 73 Abstract Pilot scale test was made on the treatment of nitrotoluene wastewater by using micro -electrolysis and immobilizedmicroorganism- biological aerated filter I -BAFprocess. The resultsindicate that the process has high efficiency and low cost 0. 23 Yuan t wastewaterandit al - so has characteristics of steady running and powerful resistance to impact load. When total hydraulic retention time is 28 h, the removal rates of ni- trotoluene MNT, DNT and TNT, aniline and COD are 99, 85. 1 and 72. 8, respectively. Keywords immobilizedmicroorganisms biological aerated filter micro -electrolysis nitrotoluene wastewater CHARACTERISTICSTUDYONNEWBIOREACTORSHORT-RANGENITRIFICATION - DENITRIFICATIONSong Yinghao Yang Shasha Zhao Zongsheng et al 76 Abstract Some studies on nitrite accumulation in nitrification process by using air lift reactorwere pered. Treatment effect of combined processof nitrification-denitrification was also studied by combining air lift reactor with upflow sludge bed after it had been operating for six months. The results show that when concentration of influent ammonia was more than 98 mg L andfree ammonia reached 1. 07 mg L, concentra - tion of effluent nitrite started to rise and over 50of nitritation rate NO - 2-N NO - X-N could be achieved. Whenammonia sludge loading was close to 0. 53 kg kgd, ammonia removal rate was quite high and nitritation rate wasmaximum. But when sludge loading reached0. 85 kg kgd, ammonia removal rate fell. There was obvious particulate sludge in upflow sludge bed reactor. Treatment effect of ultimate effluent turned good ob - viously when carbon source was enough. Keywords air lift reactor short-range nitrification-denitrification upflow sludge bed reactor particulate sludge TREATMENT PROCESS OF OILY WASTEWATER DURING ROLLING PROCESS Wang Jiang Li Zhengyao Han Jingtao 79 Abstract The process of demulsification-floeculation-activated carbon adsorption is used in the treatment of the oily wastewater from a roll - ing mill. During the treatment, W25 is used as demulsifier and PAC as floeculant, then the water is filtered by activated carbon, whose effluent can reach the second -order emission standard. Keywords demulsifier wastewater treatment physicochemical s INNOVATION OF TREATMENT PROCESS OF WASTEWATER CONTAINING FLUORINE Zou Donglei Yang Zhongping Yuan Wenshuang et al 81 Abstract A complete set of wastewater treatment process is proposed according to the fact that there is a lower pH and a higher F-in the wastewater from the process of washing sand by hydrofluoric acid. The treatment process features simple operation and stable running, therefore, the efflunet still can meet the emission standard when the fluorine content of the influent is 1 560 mg L, and the removal rate of F is over 99. Keywords chemical precipitation wastewater containing fluoride technological innovation 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 4,August, 2008