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SBR工艺中短程硝化反硝化的过程控制

发布于:2015-07-16 23:11:16 来自:环保工程/水处理 [复制转发]
  与传统的生物脱氮相比,亚硝酸型生物脱氮具有节约能耗,减少外加碳源,提高反应速率,节省基建投资,减少污泥量等特点[1]。硝化过程是由两类自养型硝化细菌完成的,将NH3-N转化为NO2--N的一类菌被称为Nitrosomonas,将NO2--N转化为NO3--N的被称为Nitrobacter[2],实际上这两类菌的微生物学特征存在一定的差距,这为SBR中通过过程控制实现淘汰硝化菌,将硝化控制在NO2--N的阶段提供了可能性。

   1. 实验装置与方法

  实验室有大、小两套SBR装置。小反应器有效容积0.8L,用来对pH值、DO等控制参数进行对比实验,摸索有利于实现短程硝化反硝化的条件。然后按照选出的最佳条件在有效容积12L的大反应器中对一个周期内的NH3-N、NO2--N以及NO3--N进行以小时为单位的跟踪,以验证实验结果。首先在12L的大反应器中对污泥进行驯化,参照SHARON、ANAMMOX等一些工艺的运行条件[3][4][5][6],驯化期间进水NH3-N100mg/L;COD400mg/L,pH始终维持在7.5~8.5,DO维持2mg/L左右;1个月后测定中间时刻5hr和出水水质指标,发现了运行周期内有明显的NO2--N积累,TN和COD去除率分别达到60%~70%和80%以上。以相近的污泥浓度(12L的大反应器中污泥浓度3.2g/L~3.5g/L)取适量污泥在小反应器内进行实验。每个周期内小反应器排水0.4L进水0.4L,大反应器排水6L进水6L,所有实验均在20~25℃内进行。实验室以有机氮水自配,[NH3-N]=11000mg/L,作为外加碳源的玉米水COD=26000mg/L,BOD/COD=0.6,各项水质分析指标均按照标准方法进行。

   2. 实验结果

  2.1 小反应器实验结果

  2.1.1 DO的影响

  进水NH3-N100mg/L;COD400mg/L;pH始终维持在7.5~8.5,出水数据见表1。可以看出:在较低DO条件下,有利于NO2--N的积累,DO过高容易将NO2--N氧化成NO3--N;而且过高的DO将会加速有机碳源的氧化速率,使后半程的反硝化反应得不到充足的碳源,阻碍反硝化反应的进行;但如果DO过低,硝化反应不完全,1#出水ηTN过低,仅为53.5%。综合DO对ηTN和NO2--N的积累考虑,选定DO维持在0.5mg/L~1.0mg/L。

  表1 不同DO下出水水质

编号

DO(mg/L)

NH3-N(mg/L)

NO2--N (mg/L)

NO3--N (mg/L)

ηTN(%)

ηCOD(%)

NO2--N/NO3--N

1#

0.2左右

37.4

16.6

0.5

53.5

61.5

33.2

2#

0.5~1.0

0.7

34.0

0.9

64.3

76.5

37.8

3#

1.0~2.0

0

23.6

5.2

71.2

86.2

4.5

  2.1.2 pH的影响

  进水条件依然保持NH3-N100mg/L;COD400mg/L;DO维持0.5~1.0mg/L;pH分别维持在7.5~7.8,7.8~8.0,8.0~8.2,8.2~8.5,出水数据见表2。实验过程中pH用固体Na2CO3和5%的硫酸调节。可以看出:pH维持在7.5~7.8时1#出水ηTN过低,仅为45.6%,综合pH对ηTN和NO2--N的积累考虑,选定pH维持在8.0~8.2。

  表2 不同pH下出水水质

编号

pH

NH3-N(mg/L)

NO2--N (mg/L)

NO3--N (mg/L)

ηTN(%)

NO2--N/NO3--N

1#

7.5~7.8

0

24.0

30.4

45.6

0.8

2#

7.8~8.0

0

21.9

5.1

72.7

4.3

3#

8.0~8.2

0

22.6

3.6

73.2

6.3

4#

8.2~8.5

0

18.2

15.7

66.1

1.2

  2.1.3不同C/N的影响

  进水条件依然保持NH3-N100mg/L,DO维持0.5~1.0mg/L,pH维持8.0~8.2,按进水COD分别为200mg/L,400mg/L,800mg/L(C/N=2,4,8)运行,出水数据见表3。1#出水NO2--N的积累较2#和3#差,说明C/N小于4不利于NO2--N的积累;对比2#和3#出水,从NO2--N的积累以及ηTN来看两者相差不大,3#略好于2#,因此仍选用最佳C/N=8。需要说明的是,如果工程实践中如果废水的C/N低于4,应该向废水补充碳源,但从经济的角度考虑,不宜过多地补充碳源以追求达到C/N=8,到底选用多大的C/N还要综合技术和经济等因素考虑。

  表3 不同C/N下出水水质

编号

C/N

NH3-N

NO2--N

NO3--N

ηTN

NO2--N/NO3--N

1#

2

0

9.4

19.7

70.9

0.5

2#

4

0

22.6

3.6

73.2

6.3

3#

8

0

19.6

2.9

77.5

6.7

  2.2 运行周期内氮元素的跟踪试验

  根据0.8L小反应器确定的进水NH3-N100mg/L,COD800mg/L,DO维持0.5~1.0mg/L,pH维持8.0~8.2运行12L大反应器,二周后出水水质基本稳定后对反应周期内对各种形态氮进行跟踪,结果见表4。根据表4作图1,并计算出表5反应周期的每1hr时间间隔内各种形态氮的变化量。

  表4反应器水质跟踪数据

时间(hr)

NO2--N(mg/L)

NO3--N(mg/L)

NH3-N(mg/L)

TN(mg/L)

ηNH3-N(%)

ηCODcr(%)

ηTN(%)

0

0.2

6.3

50

56.5

0

0

0

1

9.6

3.0

38.8

51.4

61.2

86.2

48.6

2

14.5

3.1

30.3

47.9

69.7

88.7

52.1

3

19.5

3.6

17.6

40.7

82.4

88.8

59.3

4

24.8

5.7

2.3

32.8

97.7

88.3

67.2

5

22.9

9.4

0

32.3

100

87.0

67.7

6

18.8

12.7

0

31.5

100

88.7

68.5

7

12.1

16.4

0

28.5

100

89.2

71.5

8

9.6

17.6

0

27.2

100

90.0

72.8

9

6.2

16.3

0

22.5

100

90.1

77.5

10

4.4

15.9

0

20.3

100

90.6

79.7


  

  表5 反应周期的每1hr时间间隔内各种形态氮的变化量(mg/L)

时间(hr)

NO2--N

NO3--N

NH3-N

TN

0~1

9.4

-3.3

-11.2

-5.1

1~2

4.9

0.1

-8.5

-3.5

2~3

5.0

0.5

-12.7

-7.2

3~4

5.3

2.0

-15.3

-8.0

4~5

-5.9

5.8

-2.3

-2.4

5~6

-18.1

12.0

0

-6.1

6~7

-0.7

1.0

0

0.3

7~8

1.5

-1.8

0

-0.3

8~9

-1.4

-0.6

0

-3.5

9~10

1.2

-3.1

0

-3.5


   3. 结论

  (1)通过小反应器对比实验,确定了SBR工艺实现短程硝化反硝化的优化条件是pH 8.0~8.2、DO 0.5mg/L~1.0mg/L,C/N≥4。需要说明的是,与小反应器采用曝气头与空压机结合曝气不同,大反应器采用的是曝气板与大反应器结合曝气,由于废水压头有70cm水柱,曝气量调节没有小反应器方便,以至在反应进行到5hr~6hr后虽然曝气量没有改变,但反应器内DO却上升到2mg/L左右,因此由图1可以看出,这一阶段NO3--N的浓度有所上升,超过了NO2--N的水平,这也说明在整个运行周期中DO对NO2--N的积累起到了很大的作用。

  (2)对表5进行分析可以得到以下结论:

  ①6hr~7hr,NO3--N的浓度达到了最大值,而6hr~8hr内TN几乎没有变化。(第7hr的TN为24.5mg/L,而第6hr和第8hr的TN均为24.2mg/L;实际上在没有外加N源的情况下,反应器内TN的水平只有可能保持不变或减少,所以基本可以认为第7hr的TN测定值24.5mg/L属于实验误差)根据微生物反应动力学规律,随着底物浓度C越大,反应速度dC/dt也会增加,而在NO3--N的浓度达到最大之后的一段时间内并TN没有减少,可以判定整个反应过程中不可能由NO3--N直接反硝化脱氮。也就是说NO3--N必须先转化为NO2--N,再由后者实现脱氮。

  ②在反应的7hr~10hr,NO3--N的浓度相对较大,而这段时间内NO3--N转化为NO2--N的量仅为24.4mg/L-18.9mg/L=4.5mg/L,说明说这一反应的速度是很慢的;而0hr~7hr内NO3--N的浓度相对较小的情况下转化为NO2--N的量就更少了,由此可以推断在整个系统内以短程硝化反硝化作用为主。也就是说通过pH、DO、C/N等反应条件的控制,在SBR中实现了短程硝化反硝化。
  • shaaa111
    shaaa111 沙发
    说到点子上了,支持一下,正做着这样的转变
    2015-07-24 10:08:24

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这个家伙什么也没有留下。。。

水处理

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