水力停留時間對接觸氧化處理高氨廢水的影響

程 磊 石芳永 孫英杰

在高氨廢水處理中,硝化過程屬于控制反應,控制硝化反應處于短程硝化階段,有助于提高硝化速率和氨氮容積負荷,具有降低反應器體積和工程造價的技術優勢,同時降低了堿度投加量,減少運行費用。本研究以配制高氨廢水為處理對象,采用二級接觸氧化工藝,研究了水力停留時間(HRT)對工藝的影響。

1 試驗裝置與方法

1.1 試驗裝置

本試驗采用硝化柱內填充盾式軟性填料的二級接觸氧化工藝,高氨廢水硝化試驗裝置見圖1。試驗裝置中兩個接觸氧化反應器為圓柱形,實際容積為5.0 L,有效容積為3.5 L。

1.2 試驗條件

硝化反應器進水NH3-N濃度在600 mg/L左右。碳源和堿度由NaHCO3提供,按堿度足夠投加,另加入 P,Fe,Mo,Mg等微量元素,其中P的濃度要達到TN的 0.5%以上,即超過3 mg/L[2],DO＞2 mg/L。

1.3 分析方法

廢水流量,計量泵;空氣流量,玻璃轉子流量計;pH值,酸度計;溶解氧(DO),溶解氧儀;COD,標準重鉻酸鉀法;堿度(CaCO3),鹽酸滴定法;NH3-N,納氏試劑比色法;NO2-N,鹽酸α-萘胺比色法。

2 試驗結果與討論

2.1 HRT對氨氮去除率的影響

由圖2可以看出,隨著HRT的延長,出水中NH3-N濃度逐漸降低,11.6 h時去除率達到92%,24 h為97.73%,時間延長了12.4 h而去除率僅增加5.7%,可見延長HRT,氨氮去除率增加很小。在HRT為11.6 h時,出水中NH3-N濃度接近50 mg/L。因此在出水達標的前提下,水力停留時間可控制在12 h,此時NH3-N的容積負荷在1.10 kg/(m3·d)左右。

2.2 HRT與亞硝酸積累的關系

由圖3可以看出,HRT在10.6 h～24 h之間時,亞硝酸的積累量很大,實現了短程硝化。從圖3中也可以看出,NO2-N在已轉化的氨態氮中的比例隨著HRT的延長呈下降趨勢,由95.02%降至84.67%,降低約10%。一般認為,在硝化過程中亞硝酸的形成是限速步驟,而氨一經氧化為亞硝酸即轉化為硝酸,從本試驗結果看,在NH3-N轉化為硝酸氮的過程中,亞硝酸的氧化受到水力停留時間的影響,如果HRT短,則會出現亞硝酸氮的積累。HRT可選12 h～13 h。

影響短程硝化的因素有很多,如溫度、pH值、氨氮濃度、DO、泥齡、有害物質等[3]。一般認為,亞硝酸細菌要求的最適pH在7～8.5之間,最適的溫度要大于30℃;硝酸細菌最適pH在 6～7.5之間,最適溫度在20℃～30℃之間。潘桂珉[4]在煤氣廢水亞硝化型硝化的研究中發現,FA對硝酸菌更敏感,0.6 mg/L的FA就足以使硝酸菌受到嚴重的抑制,微量的FA就可使硝酸菌的活性受到損害,但亞硝酸菌對FA的承受能力就大得多,5 mg/L以上FA才能對其活性有影響,40 mg/L以上亞硝酸菌才受到嚴重的損害,Anthouisen[5]也報道過硝酸菌受抑制的FA范圍為0.1 mg/L～1.0 mg/L的類似結論。本試驗中溫度為30℃,pH值為8.0,NH3-N濃度為600 mg/L,游離氨FA的濃度為 31.2 mg/L,因此,可以認為高氨廢水的短程硝化主要是由pH和高氨氮造成的高游離氨A抑制硝酸細菌作用造成的。

2.3 HRT對堿度的影響

根據理論計算,完全硝化的堿度需要量為7.07 g/gN(以CaCO3計),由圖4可看出,試驗中隨著 HRT的延長,堿度/N呈上升的趨勢,堿度耗用量低于全程硝化、高于短程硝化,3.57＜堿度/N＜7.12。堿度耗用量的減少一部分是由于出水中NH3-N濃度的升高,硝化脫氨量的減少進而使耗用堿量減少引起;另一部分則主要是由出水中NO2-N所占比例上升引起,由于NH3-N轉化為NO2-N所耗用的堿量小于轉化為NO3-N,因此可節省部分堿度。

3 結語

1)在NH3-N濃度為600 mg/L,pH值為7.5～8.5,DO＞2 mg/L,溫度為(30±1)℃等條件下,水力停留時間宜控制在12 h以上,NH3-N的容積負荷宜控制在1.10 kg/(m3·d)。據此參數,采用二級接觸氧化硝化脫氨,出水可以達到GB 13458-2001的二級標準(NH3-N＜50 mg/L)。2)尿素廠預處理后廢水可以實現短程硝化,短程硝化主要是由pH和高氨氮造成的高游離氨FA抑制硝酸細菌作用造成的。3)氨氮轉化為硝酸氮的過程中,亞硝酸的氧化受到水力停留時間的影響,適當的HRT內,會出現亞硝酸的積累。

[1]孫英杰.尿素廠高氨廢水預處理——氨吹脫試驗研究[J].環境科學與管理,2006,32(2):110-111.

[2]化方法:日本專利.昭55-109497[P].1980-08-22.

[3]施永生.亞硝酸型生物脫氮技術[J].給水排水,2000,26(11):21-23.

[4]潘桂珉.煤氣廢水亞硝化型硝化的研究[J].水處理實驗技術,1994,20(4):230-235.

[5]Anthonisen A.C.Inhibition of nitrification by ammonia and nitrous acid[J].JWPCF,1976,48(5):835-852.