顆粒污泥+好氧污泥處理焦化廢水中氨氮的研究

樊紅輝 任小朋

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽 618000)

顆粒污泥+好氧污泥處理焦化廢水中氨氮的研究

樊紅輝 任小朋

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽 618000)

采用好氧污泥協(xié)同微氧顆粒污泥技術(shù)對(duì)焦化廢水中的氨氮進(jìn)行處理，研究了其去除效果及影響因素，結(jié)果表明，微氧顆粒污泥+好氧污泥工藝對(duì)焦化廢水中的氨氮有很好的去除效果，去除率可達(dá)80%以上；好氧階段曝氣時(shí)間和pH值對(duì)氨氮去除效果的影響較大，而整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后停止運(yùn)行1個(gè)月，對(duì)氨氮的去除效果無明顯影響。

焦化廢水，氨氮，EGSB反應(yīng)器，微氧顆粒污泥，好氧污泥

焦化廢水中氨氮污染物的含量較高，我國(guó)焦化產(chǎn)業(yè)每年排放的氨氮量達(dá)到數(shù)萬噸。眾所周知，氨氮是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素；此外，廢水中氨氮具有不穩(wěn)定性，在亞硝化菌的作用下會(huì)轉(zhuǎn)化成具有致畸、致癌作用的亞硝酸鹽[1-3]。因此，焦化廢水中氨氮的去除至關(guān)重要。然而，目前國(guó)內(nèi)外常用的焦化廢水的處理方法仍采用普通生物處理，這些處理方法雖然能保證酚、氰等污染物處理效果基本達(dá)標(biāo)，但對(duì)出水中化學(xué)需氧量(COD)和氨氮的排放，卻很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[4-6]。顆粒膨脹污泥床(EGSB反應(yīng)器)設(shè)有的回流系統(tǒng)和高效的傳質(zhì)效果，對(duì)焦化廢水中難降解污染物質(zhì)的去除起到重要作用。同時(shí)，采用微氧技術(shù)向EGSB反應(yīng)器中充入適量氧氣，使EGSB反應(yīng)器內(nèi)形成厭氧與好氧共存的微氧環(huán)境，這種微氧顆粒膨脹污泥床技術(shù)對(duì)焦化廢水中難降解污染物質(zhì)以及氨氮的去除提供了可能[7，8]。本課題組前期采用兩級(jí)微氧EGSB反應(yīng)器系統(tǒng)對(duì)焦化廢水進(jìn)行處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該工藝對(duì)COD的去除效果較高，但是對(duì)氨氮的去除效果不理想[7]。分析原因可能是微氧EGSB反應(yīng)器中的微氧條件以及相對(duì)較高上升流速，不能保證反應(yīng)器內(nèi)足夠的硝化菌?？紤]到硅藻土對(duì)廢水中氮污染物有吸附作用，因此本實(shí)驗(yàn)采用微氧顆粒污泥與硅藻土結(jié)合的技術(shù)，并由好氧活性污泥與其協(xié)同處理的技術(shù)研究對(duì)焦化廢水中的氨氮進(jìn)行去除。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本研究采用微氧顆粒污泥(加有硅藻土)+好氧活性污泥的技術(shù)，去除廢水中的氨氮。將適量硅藻土加至圖1的EGSB反應(yīng)器(微氧)中，焦化廢水首先由該EGSB反應(yīng)器處理后，取部分處理水注入圖2的量筒進(jìn)行第二階段的好氧去除研究。實(shí)驗(yàn)所用EGSB反應(yīng)器高度為2.3 m，有效容積為18 L。其中，反應(yīng)區(qū)高為1.7 m，內(nèi)徑為100 mm，有效容積為12 L；沉淀區(qū)高為0.6 m，內(nèi)徑為140 mm，有效容積為6 L。具體的工藝流程如圖1所示。該工藝的曝氣頭設(shè)在回流柱中，借助回流作用保證反應(yīng)器內(nèi)的微氧條件。實(shí)驗(yàn)的好氧處理階段是在量筒小實(shí)驗(yàn)中完成，如圖2所示。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

1)微氧顆粒污泥。實(shí)驗(yàn)所用微氧顆粒污泥包括兩種：一種是本課題組在前期微氧EGSB反應(yīng)器處理焦化廢水研究中已經(jīng)培養(yǎng)馴化成功的顆粒污泥；另一部分是后期培養(yǎng)的消化污泥。前期污泥由市政消化污泥經(jīng)焦化廢水馴化所得；后期污泥由焦化廠泥餅及污水處理廠消化污泥共同培養(yǎng)所得。

2)焦化廢水。取自太原煤氣化集團(tuán)第二焦化廠的調(diào)節(jié)池內(nèi)焦化廢水，該水質(zhì)基本參數(shù)為：COD濃度為1 100 mg/L～2 900 mg/L，氨氮濃度為50 mg/L～260 mg/L，pH值為8.3～9.2。

3)好氧活性污泥。實(shí)驗(yàn)所用好氧活性污泥是在溫度選取35 ℃時(shí)，將焦化廠泥餅和市政消化污泥，以及生活污水接種所得的種泥，經(jīng)過20 d培養(yǎng)出的消化污泥，該活性污泥呈棕褐色，并且呈絮狀體。

1.3 分析項(xiàng)目及方法

氨氮(NH3-N)：納式試劑光度法；溶解氧(DO)：碘量法。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

1)好氧污泥協(xié)同微氧顆粒污泥對(duì)焦化廢水中氨氮去除效果的研究。

顆粒污泥(微氧)處理階段，采用連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水的運(yùn)行方式，pH控制在8.7～9.2，MLSS平均值取31.7 g/L，進(jìn)水T取23 ℃～29 ℃，曝氣量取10 000 mL/min，反應(yīng)器內(nèi)水溫由水浴鍋控制在25 ℃左右。另外，第1天向反應(yīng)器中投加硅藻土60 g，第2天開始每天投加6 g，當(dāng)整個(gè)微氧、好氧系統(tǒng)將氨氮去除效果達(dá)標(biāo)后，中止繼續(xù)加入硅藻土。在好氧活性污泥系統(tǒng)中，采用間歇進(jìn)水、間歇出水的方式，MLSS平均值取21.65 g/L，實(shí)驗(yàn)T取30 ℃，進(jìn)水pH設(shè)定為8，曝氣量取2 000 mL/min，每天連續(xù)曝氣18 h以保證反應(yīng)器中DO濃度大于2 mg/L。停止曝氣后靜沉30 min,取上清液分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3，圖4。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，好氧污泥協(xié)同微氧顆粒污泥技術(shù)對(duì)氨氮的總?cè)コ蔬_(dá)到87%～99%，出水中氨氮濃度降至0.2 mg/L～10 mg/L，滿足氨氮濃度低于15 mg/L該一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，采用好氧污泥協(xié)同微氧顆粒污泥技術(shù)處理焦化廢水，可使出水中氨氮濃度達(dá)標(biāo)。

2)曝氣時(shí)間在好氧污泥處理階段對(duì)氨氮處理效果的影響。

取微氧EGSB反應(yīng)器出水500 mL，將其pH值調(diào)至8.0，注入好氧量筒內(nèi)進(jìn)行好氧處理，反應(yīng)溫度控制在30 ℃，曝氣量取2 000 mL/min，曝氣T依次取2 h，6 h，18 h及24 h。研究曝氣時(shí)間長(zhǎng)短不同，好氧系統(tǒng)對(duì)氨氮去除效果的影響。同樣的方法取3次水樣做該實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，曝氣時(shí)間為2 h，6 h，18 h，24 h，氨氮去除率分別為15%～22%，24%～47%，88%～97%，96%～99%。在好氧系統(tǒng)中，氨氮的去除率跟曝氣時(shí)間有關(guān)，并隨曝氣時(shí)間的增加而提高，當(dāng)曝氣時(shí)間為18 h～24 h時(shí)，氨氮的去除效率高，去除效果好。分析該原因?yàn)椋悍磻?yīng)過程中曝氣時(shí)間的適度增加，可以提高好氧系統(tǒng)中DO的含量，當(dāng)該含量達(dá)到適宜的范圍，將利于好氧階段硝化細(xì)菌的硝化作用，最終達(dá)到氨氮得以高效去除的效果。

3)pH值在好氧活性污泥系統(tǒng)中對(duì)氨氮去除效果的影響。

從微氧EGSB反應(yīng)器中取出水水樣1 500 mL，將該水樣平均分為3份，3份水樣的pH值分別調(diào)為5.8，8.0，9.5之后，注入3個(gè)相同的好氧系統(tǒng)中。反應(yīng)T均取30 ℃，曝氣量取2 000 mL/min，曝氣T取18 h。觀察研究好氧處理系統(tǒng)中，不同pH值對(duì)氨氮去除效果有無影響。同樣的方法取3次水樣做該實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示pH值取5.8，8.0，9.5時(shí)，氨氮去除率分別為52%～59%，86%～93%，53%～62%。當(dāng)pH值取8.0時(shí)，系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除率明顯超出pH值取5.8或9.5。分析該原因?yàn)椋涸诤醚醴磻?yīng)過程中，硝化菌發(fā)揮作用的最佳pH范圍為8.0～8.4。若pH值低于或者高于這個(gè)范圍，硝化菌的活性都會(huì)大幅度降低，從而降低好氧階段對(duì)氨氮的去除率。

4)短期的系統(tǒng)停止運(yùn)行，對(duì)好氧污泥協(xié)同微氧顆粒污泥技術(shù)去除氨氮效果的影響。

當(dāng)好氧污泥協(xié)同微氧顆粒污泥技術(shù)去除氨氮的效果達(dá)到高效、穩(wěn)定運(yùn)行后，繼續(xù)運(yùn)行1周，之后將整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行1個(gè)月。再次重新啟動(dòng)該系統(tǒng)，觀察系統(tǒng)停止運(yùn)行對(duì)氨氮去除效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7，該數(shù)據(jù)是系統(tǒng)重啟3 d后開始取水樣測(cè)得。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，微氧顆粒污泥階段氨氮的去除率為8%～36%，好氧污泥階段氨氮的去除率為76%～99%，好氧污泥協(xié)同微氧顆粒污泥技術(shù)對(duì)氨氮的總?cè)コ蕿?7%～99%。測(cè)定數(shù)據(jù)開始的前3天，好氧階段對(duì)氨氮的去除率低于80%，而從第4天起，氨氮去除率提高至80%以上，去除率也保持穩(wěn)定。分析該原因?yàn)椋?個(gè)月對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的停止運(yùn)行，對(duì)微氧顆粒污泥處理效果沒有明顯影響，但會(huì)影響到好氧污泥的活性，該好氧污泥會(huì)在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)其活性。總的來說，好氧污泥協(xié)同微氧顆粒污泥技術(shù)在短期內(nèi)停止運(yùn)行，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)去除氨氮效果沒有明顯影響。

3 結(jié)語

1)好氧污泥協(xié)同微氧顆粒污泥技術(shù)處理焦化廢水時(shí)，對(duì)廢水中氨氮的去除效果較好，并能保證出水氨氮濃度滿足GB 8978-1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。2)在好氧污泥協(xié)同微氧顆粒污泥技術(shù)處理焦化廢水時(shí)，好氧系統(tǒng)曝氣時(shí)間對(duì)氨氮去除效果的影響較大，當(dāng)曝氣時(shí)間為18 h～24 h時(shí)，氨氮去除效果最佳。3)在好氧污泥協(xié)同微氧顆粒污泥技術(shù)處理焦化廢水時(shí)，好氧系統(tǒng)pH值對(duì)氨氮去除效果的影響較明顯，好氧系統(tǒng)最適宜的pH值應(yīng)控制在8.0～8.4。4)當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后停止運(yùn)行1個(gè)月，對(duì)整個(gè)工藝的再次啟用及處理效果不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，并且好氧污泥活性的恢復(fù)比較快。

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Study on ammonia nitrogen treatment in coking wastewater with granular sludge+ aerobic sludge

FAN Hong-hui REN Xiao-peng

(Sichuan Vocational College of Building, Deyang 618000, China)

The paper processes the ammonia nitrogen in coking wastewater with granular sludge+ aerobic sludge, and studies its demolishing effect and influencing factors. Results show that: granular sludge+ aerobic sludge technology has good effect for demolishing ammonia nitrogen in coking wastewater, and its demolishing effect reaches 80%; aeration time and pH value has great impact upon ammonia nitrogen demolishment at aerobic phase, and will have no impact upon ammonia nitrogen after one-month stable system operation.

coking wastewater, ammonia nitrogen, EGSB reactor, microaerobic granular sludge, aerobic sludge

1009-6825(2014)31-0135-03

2014-08-23

樊紅輝(1985- )，女，碩士，助教

X703

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