前置反硝化生物濾池處理化工企業(yè)生化尾水
某化工企業(yè)主要生產(chǎn)殺菌劑、除草劑、中間體等農(nóng)化品,產(chǎn)生的廢水氮含量較高,經(jīng)廠區(qū)污水廠現(xiàn)有預(yù)處理—生化工藝處理后,仍未達(dá)到當(dāng)?shù)?span>GB 31571—2015的直接排放標(biāo)準(zhǔn)要求,生化出水COD較低,但硝態(tài)氮濃度較高。
污水脫氮方法主要有物理化學(xué)法與生物脫氮法。生物法能耗較低、化學(xué)試劑投入較少,在污水處理中特別是大、中型污水處理廠廣泛應(yīng)用。曝氣生物濾池集生物氧化和截留懸浮固體于一體,同時(shí)填充載體材料對(duì)水流可起到強(qiáng)制紊流的作用,強(qiáng)化微生物和污染物的富集與傳質(zhì),實(shí)現(xiàn)污水污染物的高效去除。
前置反硝化生物濾池結(jié)合了A/O工藝和曝氣生物濾池工藝的特點(diǎn),具有良好的脫氮效果,被廣泛用于尾水的深度處理中。實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備該工藝不但出水穩(wěn)定、投加碳源量少、節(jié)約藥劑成本,同時(shí)流程相對(duì)簡(jiǎn)單,省去中間沉淀池,節(jié)約建筑成本。
很多研究者對(duì)前置反硝化生物濾池脫氮效率的影響因素進(jìn)行分析。研究表明硝化液回流比、碳氮比及水力負(fù)荷直接影響系統(tǒng)的脫氮效果。
筆者針對(duì)某化工企業(yè)生化尾水硝態(tài)氮濃度高、COD低的特點(diǎn),提出采用前置反硝化生物濾池工藝,兩端濾池均用聚氨酯為填料,探討停留時(shí)間、回流比及碳氮比等參數(shù)對(duì)該生化出水脫氮效果的影響,并進(jìn)行小試調(diào)試,為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)裝置由2個(gè)濾池串聯(lián)而成,前端為缺氧生物濾池,后端為好氧生物濾池,水流方向均為升流。污水由缺氧生物濾池底部進(jìn)入,從上端溢流堰自流至好氧生物濾池底部,隨后從好氧生物濾池頂部溢流堰排出,出水部分回流至缺氧池。缺氧池和好氧池柱體高45 cm,直徑10 cm,柱體采用有機(jī)玻璃制成,容積均為3.5 L,兩濾池均填充聚氨酯輕質(zhì)填料。缺氧池溶解氧控制在0.5 mg/L以下,好氧池隔板處設(shè)有1個(gè)曝氣口,通過氣體流量計(jì)控制池內(nèi)溶解氧為2~4 mg/L。前置反硝化生物濾池實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1所示。
1.2 實(shí)驗(yàn)用水
模擬配水:用自來水進(jìn)行配水,氨氮由氯化銨配制,硝酸鹽氮由硝酸鈉配制,COD由甲醇配制,加入少量稀鹽酸或碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)配水pH至7~8。
實(shí)際廢水:取自安徽某化工企業(yè)污水站生化出水,污水站生化段原有工藝為厭氧—兼氧—好氧,實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備原有廢水處理工藝啟動(dòng)后污水站出水水質(zhì)為COD≤80 mg/L、TN 110~160 mg/L,其中硝酸鹽氮占比在90%以上,pH為6.5~7.0??梢钥闯鲈撐鬯?/span>TN超標(biāo)較嚴(yán)重(排放標(biāo)準(zhǔn)≤15 mg/L)。由于前置反硝化脫氮過程中碳源明顯不足,因此實(shí)驗(yàn)過程投加少量甲醇作為外加碳源,并加入少量碳酸鈉調(diào)節(jié)廢水pH至7~8。
1.3 實(shí)驗(yàn)方案
實(shí)驗(yàn)分為3個(gè)階段。第1階段以模擬配水為實(shí)驗(yàn)用水,進(jìn)行裝置掛膜啟動(dòng)。
好氧生物濾池啟動(dòng):首先向反應(yīng)器內(nèi)加入500 mL活性污泥,進(jìn)水水質(zhì)COD為80 mg/L,NH3-N為30 mg/L,控制DO為2~4 mg/L,HRT為12 h,出水COD去除率穩(wěn)定在70%,氨氮去除率穩(wěn)定在90%以上,說明好氧生物濾池掛膜成功。
缺氧生物濾池啟動(dòng):首先向反應(yīng)器內(nèi)加入500 mL活性污泥,進(jìn)水COD為400 mg/L,NO3--N為100 mg/L,控制DO<0.5 mg/L,pH在7~8,HRT為12 h,出水COD去除率穩(wěn)定在90%以上,TN去除率穩(wěn)定在80%以上,說明缺氧生物濾池掛膜成功。
好氧生物濾池和缺氧生物濾池均掛膜成功后,組裝前置反硝化生物濾池反應(yīng)器(見圖 1),控制硝化液回流比為1:1,HRT為12 h,定期監(jiān)測(cè)進(jìn)出水水質(zhì),水質(zhì)穩(wěn)定后則認(rèn)為前置反硝化生物濾池啟動(dòng)成功。
第2階段以實(shí)際廢水為實(shí)驗(yàn)用水,考察運(yùn)行參數(shù)對(duì)前置反硝化生物濾池工藝處理性能的影響。分別進(jìn)行不同水力停留時(shí)間、硝化液回流比、碳氮比實(shí)驗(yàn)。每次調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)后運(yùn)行3~5 d,穩(wěn)定后開始采樣測(cè)試,連續(xù)采樣15 d,結(jié)束后進(jìn)行下一參數(shù)實(shí)驗(yàn)。
第3階段,實(shí)際廢水于前置反硝化生物濾池系統(tǒng)中,在最佳運(yùn)行參數(shù)條件下小試運(yùn)行。
1.4 分析方法
DO采用hqd-ldo型溶解氧測(cè)定儀(美國哈希公司)測(cè)定;pH采用pHS-3C pH計(jì)(雷磁公司)測(cè)定;COD采用HJ 828—2017《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定重鉻酸鹽法》測(cè)定;NO3--N采用HJ/T 346—2007《水質(zhì)硝酸鹽氮的測(cè)定紫外分光光度法》測(cè)定;NH4+-N采用HJ 535—2009《水質(zhì)氨氮的測(cè)定納氏試劑分光光度法》測(cè)定;TN采用HJ 636—2012《水質(zhì)總氮的測(cè)定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》測(cè)定。
2 結(jié)果與討論
考察運(yùn)行參數(shù)對(duì)前置反硝化生物濾池工藝處理性能的影響時(shí),實(shí)驗(yàn)用水為某化工廠生化尾水,缺少足夠的營養(yǎng)源,因此根據(jù)水樣COD和TN,按一定比例投加甲醇補(bǔ)充碳源(1 g甲醇=1.5 g COD),并加入少量碳酸鈉調(diào)節(jié)廢水pH至7~8,配制好后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
2.1 水力停留時(shí)間(HRT)
水力停留時(shí)間是生物濾池的重要工藝參數(shù),直接影響污水在濾池內(nèi)與生物膜的反應(yīng)接觸時(shí)間,進(jìn)而決定對(duì)污水的處理效果。投加甲醇控制m(COD):m(TN)=4,控制回流比為100%,調(diào)節(jié)HRT依次為8、6、5 h,每次調(diào)節(jié)參數(shù)后運(yùn)行3~5 d,穩(wěn)定后開始采樣測(cè)試,連續(xù)采樣15 d,考察HRT對(duì)前置反硝化生物濾池處理生化尾水脫氮效果的影響,結(jié)果見圖 2。
由圖 2可見,隨著HRT的減小,COD去除率總體呈下降趨勢(shì),但仍能保持在85%以上,TN去除率總體也呈下降趨勢(shì),HRT為8 h和6 h時(shí)去除率相差不大,均在90%左右,但HRT縮短至5 h時(shí)TN去除率下降明顯,為78.9%。
TN主要通過缺氧池的反硝化作用去除,水力停留時(shí)間縮短后,有機(jī)物尚未被完全降解便被水流帶走,使得異養(yǎng)反硝化菌對(duì)碳源的利用率不足,TN去除效果降低。綜合考慮土建成本及處理效果,HRT設(shè)為6 h較佳。
2.2 回流比
投加甲醇控制m(COD):m(TN)=4,控制HRT為6 h,調(diào)節(jié)回流比依次為50%、100%、200%,實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備考察回流比對(duì)前置反硝化生物濾池脫氮效果的影響,結(jié)果見圖 3。
由圖 3可以看出,隨著回流比從1:2提高至2:1,系統(tǒng)對(duì)COD的去除率先增大后減小,其中回流比為100%時(shí)系統(tǒng)對(duì)COD的去除率可達(dá)到88.5%;系統(tǒng)對(duì)硝酸鹽氮及TN的去除效果也表現(xiàn)為先增加后減小,其中回流比為100%時(shí),TN去除率達(dá)到89.5%。
上述結(jié)果表明,適當(dāng)?shù)南趸夯亓鞅葘?duì)COD及TN的去除有利,馬秋瑩等和李汝琪等的研究也得到相似結(jié)論?;亓鞅葟?/span>50%提高至100%,稀釋了缺氧反硝化生物濾池的進(jìn)水濃度,同時(shí)進(jìn)入反硝化池的硝酸鹽和亞硝酸鹽增加,促使反硝化菌利用更多的有機(jī)物進(jìn)行脫氮,COD和TN去除率均得以提高;但當(dāng)回流比提高至200%時(shí),一方面產(chǎn)生較大的水力負(fù)荷,縮短了污水在系統(tǒng)中的停留時(shí)間,加大濾層的過流速度和水力剪切,使生物膜容易脫落而被水流帶出,另一方面導(dǎo)致回流液攜帶至缺氧反硝化生物濾池的DO增加,進(jìn)而使反硝化反應(yīng)受到抑制,因此COD和TN去除效果均下降。在前置反硝化生物濾池運(yùn)行中,選擇回流比為100%較佳。
2.3 碳氮比
控制HRT為6 h,回流比為100%,通過投加甲醇補(bǔ)充碳源,調(diào)節(jié)碳氮比分別為3、4、5,考察碳氮比對(duì)前置反硝化生物濾池脫氮效果的影響,結(jié)果見圖 4。
由圖 4可以看出,碳氮比由3提高至5,COD、NO3--N及TN的去除率總體呈上升趨勢(shì);碳氮比從3升至4,去除率提高較為明顯,碳氮比從4提高至5時(shí),去除率提高趨勢(shì)趨于平緩。
當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物濃度較低時(shí),對(duì)于反硝化生物濾池,碳源會(huì)成為限制因素,COD和TN去除效果較差。而逐步提高碳氮比會(huì)有效提升去除效果。但碳氮比過高時(shí)進(jìn)水中的有機(jī)物濃度高,即使COD去除效果好,出水COD也會(huì)相應(yīng)提高,且增加藥劑成本。綜合考慮污水處理效果及運(yùn)行成本,選用碳氮比為4較佳。
2.4 實(shí)際廢水運(yùn)行效果
該化工廠生化尾水pH為6.5~7,COD約為50 mg/L,NO3--N約為100 mg/L,TN約為110 mg/L。將前置反硝化生物濾池裝置HRT設(shè)為6 h,回流比100%,同時(shí)根據(jù)廢水COD及TN投加甲醇,控制碳氮比為4,補(bǔ)加少許碳酸鈉控制pH為7~8,運(yùn)行30 d,具體運(yùn)行效果見圖 5。
從運(yùn)行效果來看,實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備前置反硝化生物濾池的運(yùn)行效果穩(wěn)定,COD去除率在85%~92%,TN去除率在87%~93%,出水COD穩(wěn)定在80 mg/L以下,TN可穩(wěn)定在15 mg/L以下,達(dá)到當(dāng)?shù)嘏欧艠?biāo)準(zhǔn)要求。
(1)研究了前置反硝化生物濾池的停留時(shí)間、回流比及碳氮比等參數(shù)對(duì)某化工企業(yè)生化尾水脫氮效果的影響。隨著HRT從8 h縮短至5 h,COD及TN去除率總體呈下降趨勢(shì);適當(dāng)增加硝化液回流比有利于提高系統(tǒng)脫氮效率,隨著回流比由50%提高至200%,系統(tǒng)對(duì)COD及TN的去除率表現(xiàn)為先增大后減??;隨著碳氮比由3提高至5,COD、NO3--N及TN去除率總體呈上升趨勢(shì)。
(2)綜合考慮污水處理效果、投資及運(yùn)行成本,設(shè)置HRT為6 h,回流比為100%,同時(shí)根據(jù)廢水COD及TN情況投加甲醇,控制碳氮比為4,補(bǔ)加少許碳酸鈉控制pH7~8,運(yùn)行30 d。從運(yùn)行效果來看,采用前置反硝化生物濾池處理某化工廠生化尾水,取得良好的脫氮效果,出水COD可穩(wěn)定在80 mg/L以下,TN可穩(wěn)定在15 mg/L以下,已達(dá)到當(dāng)?shù)嘏欧艠?biāo)準(zhǔn)要求。純水設(shè)備,實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備,蘭州去離子水設(shè)備,蘭州水處理設(shè)備,超純水設(shè)備,醫(yī)用GMP純化水設(shè)備。銀川純水設(shè)備。
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