内循环生物流化床硝化过程的选择特性研究

论述与研究

内循环生物流化床硝化过程的选择特性研究

王志盈,　袁林江,　彭党聪,　刘超翔

(西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055)

摘　要:　采用下向流内循环生物流化床反应器(DBFB ),分别在高浓度氨和低溶解氧条件下

探讨了亚硝化过程的稳定性。试验结果表明:通过高浓度游离氨对硝化菌选择性抑制所获得的亚硝酸盐积累是不稳定的;在0.5～1.0mg/L 溶解氧下,DO 成为增殖的限制基质,可实现亚硝酸盐的稳定积累;当进水N H 3-N 为300mg/L 时,出水N H 3-N <20mg/L ;在保证氨氮去除率>90%的前提下,使出水硝态氮中亚硝酸盐比例稳定在80%以上。亚硝化选择过程完成后亚硝酸菌成为生物膜中的优势菌群。 关键词:　DBFB ;　硝化;　亚硝酸盐积累;　生物脱氮

中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1000-4602(2000)04-0001-04

Experimental Study on the Selection Characteristic of Nitrif ication

in Dow n -Flow Biological Fluidized Bed (DBFB)

WAN G Zhi 2ying ,　YUAN Lin 2jiang ,　PEN G Dang 2cong ,　L IU Chao 2xiang

(School of Envi ron.and M unic.Eng.,Xi ’an U niv.of A rchitec.and Tech.,Xi ’an

710055,Chi na )

Abstract :　A DBFB reactor was used to discuss the stability of nitrozation under high concentra 2tion of ammonia and low concentration of DO res pectively.The experimental results showed that the nitrite accumulation obtained from selective inhibition of high concentration free ammonia to nitrifier was unstable.DO became growth -limiting substrate ,and nitrite accumulation could be realized at

DO concentration of 0.5～1.0mg/L.When N H 3-N concentration in influent was 300mg/L ,that

in effluent was lower than 20mg/L.Under prerequisite for ammonia removal efficiency of more than 90%,the ratio of nitrite to the sum of nitrite and nitrate in the effluent was above 80%.Nitro 2somonas dominated in the biofilm after accomplishment of nitrozation selection.

K eyw ords :　DBFB ;　nitrification ;　nitrite accumulation ;　biological nitrogen removal 基金项目:国家自然科学基金资助项目(59878042)

在传统硝化—反硝化脱氮过程中,从硝酸盐(NO -3)或亚硝酸盐(NO -2)都可以进行反硝化,而硝化过程中由NO -2转化为NO -3要消耗一定的溶解氧,然后在反硝化过程中NO -3再转化为NO -2的重

复转化要消耗更多的有机碳源。如果控制这一转化过程,使NO -2全部或大部分不转化成NO -3,由NO -2直接反硝化,就形成了所谓的短程硝化—反硝

化。其优点有:①需氧量减少了25%左右,可降低

中国给水排水

2000Vol.16 CHINA WA TER &WASTEWA TER No.4

能耗。②反硝化过程中有机碳源需要量减少40%左右。③在高氨环境下,N H +4的硝化速率和NO -2的反硝化速率均比NO -2的氧化速率和NO -3的反硝化速率快,因而水力停留时间可缩短,反应器容积也可相应减小。④亚硝酸菌和硝酸菌的表观产率系数分别为0.04～0.13gVSS/gN 和0.02～0.07gVSS/gN

,NO -2反硝化菌和NO -

3反硝化菌表观产

率系数分别为0.345gVSS/gN 和0.765gVSS/gN ,因此短程硝化—反硝化在硝化过程中可少产污泥33%～35%左右,在反硝化过程中可少产污泥55%左右。由此可见,对于焦化、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,短程硝化—反硝化具有重要的意义。

实现短程硝化—反硝化的关键步骤是将硝化过程控制在亚硝化阶段,本文分别在高浓度氨和低溶解氧条件下,探讨了硝化过程的选择特性及其实现方法,为高氨低碳源废水的高效、低能耗处理提供一定的依据。

1　研究方法111　试验装置及材料

采用下向流内循环生物流化床(DBFB )作为硝化反应器进行试验(见图1),载体为多孔性轻质无机盐Perlita G ,粒径为1.1mm

。

1.流化床

2.进水

3.进气

4.DO 监测仪

5.出水

6.排泥

7.溢流

图1　试验装置示意图

112　废水

采用人工配水,由N H 4Cl 、NaH 2PO 4、Na 2CO 3和

微量元素组成,废水中的N ∶P 控制在(10～20)∶1,碱度按7～8gNa 2CO 3/gN H 3-N 的比例投加。113　分析方法

氨氮,纳氏试剂比色法;亚硝酸盐氮,N -1-奈基-乙二胺比色法;硝酸盐氮,紫外分光光度法;

DO ,膜电极法;亚硝酸菌和硝酸菌数,MPN 法;硝化

速率,血清瓶体外间歇试验法[p H 7.5,(28±1)℃]。

2　结果与讨论

211　氨氮浓度对硝化过程选择性的影响21111　系统初期运行与稳定硝化的实现

系统运行初期,出水亚硝酸盐氮占整个硝态氮的78%～80%,氨氮的转化率均在95%以上。这是由于亚硝酸菌优先在载体上生长繁殖,而硝酸菌则因适应能力比前者弱,生长较慢[1],硝化能力相应小于后者,因而造成了亚硝酸盐氮的初期积累。随着运行时间的增加,硝酸菌逐步适应和增殖,硝酸盐氮浓度开始上升,亚硝酸盐氮逐渐下降。第17d 时进水氨氮浓度为150mg/L ,出水硝酸盐氮浓度上升到120mg/L ,亚硝酸盐氮积累率降低到15%。可见,在溶解氧充足、环境适宜的条件下,生物膜上硝酸菌和亚硝酸菌的数量及硝化能力最终会达到平衡,从而实现N H +4→NO -3的稳定转化过程。21112　高浓度氨下的运行特征

进一步将进水氨氮浓度从150mg/L 提高到300mg/L ,出水亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度随进水氨氮浓度变化见图2中的Ⅰ部分。可以看出,进水氨氮浓度超过200mg/L 后,亚硝酸盐氮浓度开始逐渐上升,随着进水浓度的迅速提高,亚硝酸盐氮积累率也越来越大。当进水氨氮浓度为300mg/L 时,出水亚硝酸盐氮浓度增加到150mg/L ,积累率达56%,表明进水中的高浓度游离氨对系统的硝化作用产生了抑制

。

图2　高浓度氨对亚硝酸盐氮积累的影响

一些研究表明,亚硝酸菌和硝酸菌对游离氨的

敏感度不同,硝酸菌容易受到游离氨的抑制。游离氨对硝酸菌和亚硝酸菌的抑制浓度分别为0.1～