污水生物脱氮工艺研究

污水生物脱氮工艺研究

短程硝化是将传统的硝化反应控制在亚硝化阶段,与传统工艺相比,短程硝化反硝化需氧量减少25% ,碳源需求减少40% ,具有节省曝气能耗、缩短反应时间、减少污泥生成量、减少反应器有效容积和节约基建费用等优点 ,因此如何实现与维持稳定的短程硝化成为目前污水生物脱氮领域的研究热点。

硝化菌是一种自养菌,生长缓慢,对环境因子变化十分敏感,采用微生物固定化技术可解决硝化菌流失问题,提高系统中硝化菌浓度,已得到广泛的研究和应用。但是大部分实验还都停留在传统的以包埋材料为载体的“滴下造粒法”和“成型切断法”阶断,由于载体材料自身(微球和包埋块)的限制,活性填料在机械强度、传质、稳定性和处理效率等方面都存在一定的问题,更为主要的缺陷是这些填料不具有较好的水力学特征,无法充分发挥填料的硝化活性。因此,开发出稳定性好、处理效率高、传质效果好的固定化生物活性填料对氨氮废水的处理具有十分重要意义。

本研究从污水处理厂获取的剩余污泥经筛选富集培养得到的硝化菌群(混合菌)为菌源,采用包埋法制备的固定化填料为载体,重点研究了溶解氧(dissolved oxygen,DO) 对活性填料发生短程硝化的影响,利用高游离氨(free ammonia,FA)对亚硝酸盐氧化菌(nitrite oxidizing bacteria,NOB)产生抑制作用使氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)成为优势菌群(混合菌),实现了在高氨氮负荷下序批次反应器(SBR)短程硝化的快速启动及稳定运行,填料中的实验还考察该新型活性填料的抗冲击负荷能力。

1 材料与方法

1. 1实验用水

实验用水采用人工模拟配水,按氨氮浓度为100 mg·L - 1 时各基质组分质量浓度为:NH4 Cl 382. 81mg·L - 1 ,NaHCO3 1 272. 02 mg·L - 1 ,KH2 PO4 112 mg·L - 1 ,CaCl2 ·2H2 O 111 mg·L - 1 ,MgSO4 15 mg·L - 1 ,FeSO4 ·7H2 O 11. 1 mg·L - 1 ,NaCl 500 mg·L - 1 ,进水投加的微量元素:H3 BO3 14 mg·L - 1 ,MnCl2 ·4H2 O 990 mg·L - 1 ,CuSO4 ·5H2 O 250 mg·L - 1 ,CoCl2 ·6H2 O 240 mg·L - 1 ,ZnSO4 ·7H2 O 430 mg·L - 1 ,NiCl2 ·6H2 O 190 mg·L - 1 ,NaMoO4 ·2H2 O 220 mg·L - 1 (每1 L 进水投加1 mL 微量元素溶液,以满足微生物生长需求),进水氨氮浓度发生变动时,其他组分按比例增减。

1. 2 分析项目及测试方法

NH 4+ -N:纳氏试剂分光光度法;NO2- -N:N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法;NO3- -N:紫外分光光度法;pH值:PHS-2C 实验室pH 计;DO:德国WTW inoLab Oxi 7310 实验室台式溶氧仪;

1. 3 菌种的来源及活性填料的制备

本实验包埋所用菌源来自于北京市某污水处理厂二沉池剩余污泥,经筛选富集培养后的硝化菌群。具体做法如下:首先将剩余污泥过度曝气,利用气体扰动作用和异氧菌的内源呼吸代谢使污泥絮体解体;然后将解体污泥用纱布进行过滤去除无机颗粒杂质,保留滤液;最后对

滤液进行选择性培养,培养液配方如1. 1 所述,在实验室发酵罐中培养20 d 后,离心浓缩至污泥含水率90% 左右,细菌浓缩液与质量分数为2% 活性炭混合均匀(活性炭质量/ 包埋液总质量),形成混合液A,将一定质量的聚乙烯醇加入到去离子水中,添加质量分数为2% 的CaCO3 粉末混合(CaCO3 粉末质量/ 包埋液总质量),在105 ℃下加热溶解30 min,搅拌均匀,冷却至35 ~ 40 ℃形成混合液B,A 与B 混合均匀形成包埋液。采用具有一定水力学特征的网状载体,根据聚乙烯醇-硼酸二次交联方法 ,放入饱和硼酸溶液中1. 5 h 后,调节硼酸溶液pH 到8 ~ 10,交联24 h,将其取出,切割后洗净表面残留物质,得到网状新型生物活性填料,该填料比重:1. 01 ~ 1. 03,直径:10 mm,高:10 mm,堆积密度:250 kg·m - 3 ,比表面积:950 m2 ·m - 3 。

1. 4 实验装置

实验采用有机玻璃制成的SBR 反应器,内径:185 mm,有效高度:700 mm,有效体积:18. 8 L。将恒温棒放在反应器中调节温度,利用微孔曝气器进行曝气。

2 结果与讨论

2. 1 温度对启动短程硝化的影响

生物硝化反应可以在4 ~ 45 ℃范围内均可进行,AOB 与NOB 生长的最适宜温度并不相同。HELLINGA 等认为,实现与维持短程硝化的最佳温度为30 ~ 35 ℃。而YANG 等应用SBR 中试系统通过对硝化反硝化过程进行实时控制,温度在11 ~ 25 ℃范围内均达到稳定的短程脱氮效果,平均亚硝化率在95% 以上。本实验将温度控制在(31 ±1)℃范围内启动并实现硝化活性填料的短程硝化反应。

2. 2 DO 对启动短程硝化的影响

WIESMANN 的研究表明,AOB 和NOB 氧饱和常数分别为0. 3、1. 1 mg·L - 1 ,即AOB 对O2 的亲和能力比NOB 要强得多, 当DO 浓度为0. 3 ~1. 1 mg·L - 1 时,AOB 的比增长速率比NOB 大,增值快。与传统活性污泥硝化相比,包埋后的活性填料氧传质阻力更大,溶解氧更难穿透进填料内部,王应军等研究包埋颗粒短程硝化采用的DO 为2. 5 mg·L - 1 ,本实验采用已经恢复活性的填料为研究对象,在不同的DO 值0. 5、1. 0、1. 5、2. 0、2. 5、3. 0、3. 5 和4. 0 条件下,取样测定并计算出亚硝酸盐积累率与氨氮去除负荷。实验结果如图3 所示。

在DO 小于1. 0 时,亚硝酸盐积累率高达96% 以上,但是氨氮的去除负荷仅为0. 2 kg NH4+ -N ·(m3 ·d) - 1 ,在逐步提高DO 时,积累率呈下降趋势,但是去除速率呈直线上升,