厭氧脫硝流體化床技術處理硝態氮廢水研究

荊建波 王兵(南京中衡元環保設備有限公司， 江蘇 南京 211200)

厭氧脫硝流體化床技術處理硝態氮廢水研究

荊建波 王兵(南京中衡元環保設備有限公司， 江蘇 南京 211200)

開發研制了ADFB厭氧脫硝流體化床，分別研究了用甲醇及高濃度有機廢水作為碳源的情況下該流體化床對廢水中的硝態氮及COD去除效果。結果表明，ADFB厭氧脫硝流體化床在運行穩定的情況下，對廢水中的硝態氮及COD去除率分別可達到95%和85%以上。

生物脫氮；厭氧脫硝；流體化床；硝態氮廢水

0 引言

氮是自然界中主要的一種組成元素。氮在自然界里不斷地進行遷移、轉化和循環，除分子態氮外，所有氮素循環的中間產物均可對人類和環境產生不利影響，其中，以氨氮、硝酸鹽和亞硝酸鹽的危害最大，主要表現在造成水體的富營養化水質惡化；消耗水體中的溶解氧，增加給水處理的困難；亞硝酸根的致癌作用；對地下水造成污染等等[1-4]。因此，廢水脫氮受到人們的廣泛關注，提高氮的去除率，降低水體中的氮含量也成為提高居民飲用水質量，改善水體環境的重要措施之一。

硝酸裝置、催化劑裝置等產生的含硝酸廢水含有高濃度的硝酸氮，廢水呈強酸性，只經過簡單的堿中和后排入水環境，不能消除硝酸氮的危害。為解決這一問題，某化工企業與南京中衡元環保設備有限公司合作，利用中衡元公司的ADFB厭氧脫硝流體化床技術對高濃度硝態氮廢水進行脫氮試驗，為今后處理該廢水提供技術儲備。

1 實驗材料與方法

ADFB厭氧脫硝流體化床試驗裝置如圖1所示，配水調節至合適pH后加入營養元素，經恒流蠕動泵泵入床體回流系統中進入床體底部，上升至床體頂部出水。

圖1 試驗裝置圖

1.1 廢水水質

本次試驗水樣取自某化工企業三股含硝態氮廢水，并結合該企業一股高COD有機廢水，試驗時按工藝排水量比例將三股硝態氮廢水混合后，按COD：NO3--N＞3：1加入有機廢水，然后加入酸或堿調至合適pH備用。

表1 幾股廢水水質

1.2 運行參數

表2 裝置運行條件

1.3 試驗步驟

(1)原水調配

在生產穩定條件下取水樣，按工藝排水量比例混合，檢測單股廢水及混合廢水的pH、COD、NO3--N。考慮到工藝污水的復雜性，初始以甲醇做碳源，后期污泥接種完成后使用防老劑RD廢水為碳源。另外還需添加少量磷營養源。各營養源投加比例為COD：NO3--N＞3：1， COD：P=300：1。

(2)系統流量調節

將粒徑為0．2～0．4mm載體裝填至裝置主體的三分之一高度，開啟進水閥門，當載體膨脹高度達到30%時，定為適宜流量。此時回流量應達到200%-400%。

(3)污泥接種

使用某污水場二沉池濃縮污泥為接種污泥。污泥接種量應盡量的多，以縮短啟動所需的時間。

(4)負荷調節

初始負荷為1kg NO3--N/(m3·d)，待系統穩定后逐步調節，增加量以每次25%為宜。負荷提高后，以NO3--N去除率穩定在90%以上視為系統運行穩定。

1.4 分析方法與儀器

硝態氮測定采用二磺酸酚比色法，每24h采樣檢測一次，COD測定采用重鉻酸鉀法，每24h采樣檢測一次，pH測定采用便攜式pH計測定，每1h檢測一次。

2 試驗結果與討論

2.1 污泥植種階段

試驗啟動初期，進水pH調節在6．0～6．5左右，按時監測出水pH，若pH高于8，則進水pH降低0．5，以保證系統內pH 在7～8之間，根據氣泡量和進出水pH來對植種的污泥活性進行直觀的判斷。表3和圖2為植種期間表觀現象和圖片。

圖2 系統植種成熟時產氣情況

2.2 系統正常運行階段

該試驗先以甲醇為碳源，有利于污泥順利接種；接種完成后引入高濃度RD有機廢水來代替甲醇作為碳源，進一步考察ADFB對硝態氮廢水的脫氮效果。

(1)甲醇為碳源階段試驗結果

將三股含硝態氮廢水按比例混合，調整進水pH及營養物質在合適比例，開始連續進水，檢測進出水COD及硝態氮濃度，當硝態氮去除率達到95%以上時，緩慢提升進水負荷。

圖3為硝態氮的去除率變化曲線，圖4為 COD去除率變化曲線，圖5為進出水pH的變化曲線。

由圖3、圖4中可以看出，隨著時間的延長，硝態氮去除率和COD去除率逐漸升高，并且在后期仍保持良好的上升趨勢。而由圖5可以看出，為維持槽內pH穩定在一定范圍內，隨著接種時間的延長，需不斷降低進水pH，進一步說明了反硝化菌活性隨著時間的延長慢慢提高。

(2)有機廢水為碳源階段試驗結果

圖3 進出水硝態氮去除效果

圖4 進出水COD去除效果

圖5 進出水pH變化情況

表3 植種期間裝置運行表觀現象

在工業應用中，如果用甲醇來做反硝化的碳源，會導致廢水處理成本的升高，因此采用高濃度的有機廢水作為碳源具有實際應用意義。具體試驗時在進水中逐步加入RD有機廢水代替部分甲醇，直至最后完全代替甲醇。表3為進出水COD及硝態氮的變化情況。

圖6為硝態氮的去除率變化曲線，圖7為 COD去除率變化曲線。

圖6 硝態氮去除效果

圖7 COD去除效果

由圖6及圖7可以看出，當系統完全適應以RD有機廢水做碳源時，初期出水硝態氮去除率維持在80%以下，但是隨著時間的延長，出水硝態氮濃度逐漸降低，硝態氮去除率逐漸上升，硝態氮去除率達到90%以上，COD去除率達到85%以上。而且從硝態氮去除率曲線和COD去除率曲線可以看出，硝態氮去除率和COD去除率仍處于上升階段。

試驗表明由RD有機廢水代替甲醇做碳源來進行反硝化反應完全可行，RD廢水中的氯離子未對反硝化菌產生太大影響。因此在實際應用中，ADFB厭氧流體化床可由RD廢水做碳源，降低運行成本。

3 結語

通過本次試驗結果及應用經驗，我們可以得出以下結論：

(1)ADFB厭氧流體化床處理技術其關鍵在于微生物植種啟動階段，通過控制微生物植種過程使反硝化菌附著在載體上，形成獨特的生物膜是影響ADFB厭氧流體化床處理效果的關鍵。

(2)ADFB厭氧流體化床利用反硝化菌附著在細小的載體表面，大大增加系統污泥濃度，因此對含硝態氮廢水具有良好的去除效果，硝態氮去除率可達到95%以上。

(3)ADFB厭氧流體化床采用較高的回流比，對原水中高濃度的硝態氮起到稀釋作用，因此對負荷承受能力大，在高負荷下仍有良好的去除能力。同時，較高的回流將出水中的堿度帶入進水，使得進水pH值可以保持在較低的情況下，不需要額外加入堿液中和，節約了運行費用。

(4)利用高濃度RD有機廢水代替甲醇做碳源時，硝態氮去除效果基本不受影響，仍保持良好去除能力。

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①荊建波(1972- )，男，江蘇南京人，工程師，主要從事環境污水研究。②王兵(1986- )， 男，河南人，東南大學化學工程碩士。