固定生物膜SND工藝處理焦化廢水的特性研究.pdf

1、隨著排放指標(biāo)的日益嚴(yán)格，出現(xiàn)了很多氨氮廢水處理新技術(shù)，尤其是在生物脫氮領(lǐng)域。近年很多學(xué)者發(fā)現(xiàn)所謂同步硝化反硝化現(xiàn)象，以往類(lèi)似同步硝化反硝化工藝(SND)工藝研究所采用的序批式反應(yīng)器，難以避免系統(tǒng)處理效果不穩(wěn)定的問(wèn)題。本文以固定生物膜SND反應(yīng)器為研究對(duì)象，著重考察生物脫氮降解反應(yīng)速率的特性。 通過(guò)對(duì)各種現(xiàn)有的廢水處理工藝進(jìn)行分析，認(rèn)為同步硝化反硝化工藝應(yīng)用前景廣闊，但是目前工藝的降解反應(yīng)機(jī)理尚不完善。根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，本文先后

2、探討了焦化廢水生物脫氮工藝和廢水生物降解的反應(yīng)特性。本試驗(yàn)所采用反應(yīng)器的水力學(xué)特性接近推流，固定微生物的載體采用具有良好生物親和性的竹質(zhì)材料。研究過(guò)程發(fā)現(xiàn)，對(duì)于固定生物膜SNDT藝而言，溶解氧量是影響廢水有機(jī)物降解速率最主要的因素。系統(tǒng)進(jìn)口段從完全不曝氣到充分曝氣的過(guò)程中，廢水有機(jī)污染物的降解效果相差達(dá)到54.62﹪，且系統(tǒng)進(jìn)口段DO的最佳水平為3.5～4.0mg/L。其他各因素對(duì)工藝有機(jī)污染物處理效果影響的重要性依次為：pH值＞HRT

3、＞進(jìn)水COD濃度。在正交試驗(yàn)中，進(jìn)水NH4+-N濃度對(duì)有機(jī)物去除率的影響很小，當(dāng)進(jìn)水NH4+-N濃度在30～360mg/L范圍內(nèi)變化，有機(jī)物去除率的極差僅為4.38﹪。在正交試驗(yàn)選定的最佳工藝條件下，本研究系統(tǒng)的平均有機(jī)物去除率可以達(dá)到92.44﹪，且效果穩(wěn)定。 針對(duì)廢水中氨氮污染物，課題進(jìn)一步通過(guò)大量的試驗(yàn)，探討氨氮去除效果，以及各種環(huán)境因素對(duì)于系統(tǒng)效率的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)于本系統(tǒng)而言，要使出水NH4+-N濃度低于15m

4、g/L，系統(tǒng)HRT應(yīng)介于40.1h～56.3h；而出水COD要滿(mǎn)足國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)HRT應(yīng)維持在48.4h左右，在此條件下NH4+-N和COD去除率可以達(dá)到95﹪和93﹪左右。試驗(yàn)采用焦化廢水進(jìn)水碳源相對(duì)不足，通過(guò)外加甲醇作為補(bǔ)充碳源，系統(tǒng)出水中總氮含量明顯改善。可見(jiàn)對(duì)于氨氮含量較高的廢水，碳源充足是非常關(guān)鍵的，如果廢水C/N過(guò)低，廢水中的氨氮污染物經(jīng)過(guò)氧化階段后往往不能完全進(jìn)行反硝化。試驗(yàn)結(jié)果還顯示，廢水部分氨氮含量是通過(guò)短程硝

5、化反硝化途徑去除的，可以在一定程度上節(jié)省外加碳源的用量。在最佳的甲醇加入量條件下，系統(tǒng)總脫氮效率達(dá)到93﹪以上，出水NOx--N濃度低于3mg/L。 通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了氨氮的底物抑制作用。結(jié)果顯示，對(duì)于本試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)出水NH4+-N達(dá)標(biāo)排放，進(jìn)水NH4+-N濃度不能超過(guò)300mg/L左右。試驗(yàn)中觀察到一定的亞硝態(tài)氮積累的現(xiàn)象，說(shuō)明氨氮對(duì)于亞硝酸氧化菌的抑制作用相對(duì)于氨氧化菌更加顯著。試驗(yàn)可知氨氧化菌受到明顯抑制作用的游離氨

6、閥值約為20～25mg/L，而亞硝酸氧化菌受到抑制作用的閥值約介于13～18mg/L。由于本課題采用的工藝是在同一個(gè)反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)硝化和反硝化，系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水pH值顯示出很好的承受能力，在pH6.5～8.5范圍內(nèi)都可以保持一定的氨氧化率和反硝化率。由于同一個(gè)反應(yīng)器中不同功能的微生物發(fā)揮各自的硝化作用和反硝化作用，在堿度上可以部分實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，出水pH值相對(duì)穩(wěn)定，變化幅度限于6.8～7.2。 對(duì)于廢水生物降解系統(tǒng)，降解反應(yīng)速率研究一直是學(xué)

7、者們關(guān)注的另一個(gè)方面。由于生物降解反應(yīng)通常是復(fù)雜的微生物群同時(shí)對(duì)多種基質(zhì)進(jìn)行降解，而且微生物活性的影響因素眾多，因而反應(yīng)現(xiàn)象也十分復(fù)雜。本課題對(duì)有機(jī)污染物和氨氮降解進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果顯示，好氧硝化反應(yīng)屬于相互影響的雙底物反應(yīng)模型。氨氮是抑制性底物，最大反應(yīng)速率(rm)、半速率常數(shù)(Km)和氨的抑制常數(shù)(KI)分別為30.05mg/(L·h)、99.93mg/L、355.60mg/L，有抑制作用存在的最大反應(yīng)速率僅為無(wú)抑制作用時(shí)最大反應(yīng)

8、速率的48.26﹪。對(duì)本研究中采用的不同氨氮含量的進(jìn)水，溶氧的半速率常數(shù)KO2介于31.40～35.53mg/L之間。試驗(yàn)結(jié)果顯示，亞硝態(tài)氮屬于抑制性產(chǎn)物，而且允許出現(xiàn)的最大產(chǎn)物濃度cp，max為245.68mg/L。過(guò)高的有機(jī)物含量對(duì)好氧氨氧化反應(yīng)不利影響顯著，但不屬于非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。有機(jī)物對(duì)于反硝化菌的最大反應(yīng)速率(rm)和半速率常數(shù)(Km)分別為56.50mg/(L·h)和3388.49mg/L。反硝化菌屬于兼性菌，當(dāng)溶解氧含量