高濃度有機工業(yè)廢水補充反硝化碳源的試驗研究

陳宏來

（江海職業(yè)技術學院，江蘇　揚州　225101）

高濃度有機工業(yè)廢水補充反硝化碳源的試驗研究

陳宏來

（江海職業(yè)技術學院，江蘇揚州225101）

部分南方城市污水反硝化碳源不足，使得出水很難達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A排放標準的要求。選擇聚酯廢水、啤酒廢水、印染廢水3種常見高濃度有機工業(yè)廢水作為外加碳源，采用SBR反應裝置，考察外加碳源對TN、CODCr去除效果的影響。結果表明，聚酯廢水作為外加碳源效果最佳，其反硝化速率最高，在連續(xù)投加方式下，聚酯廢水的反硝化速率最高達到2.43 mg［N］/（g［VSS］·h）。

低碳污水；反硝化碳源；高濃度有機工業(yè)廢水；聚酯廢水；啤酒廢水；印染廢水

當前，隨著社會經濟的發(fā)展與人們生活水平的提高，污水排放量日益增多，尤其是廢水中過量的氮、磷等元素的排放使得水體富營養(yǎng)化現象在加劇［1-2］，這就迫使城市污水處理廠提高脫氮除磷的能力。我國南方部分城市的低碳氮比城市污水，經生物處理后出水很難達到GB 18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A排放標準（ρ（TN）＜15 mg/L、ρ（TP）＜0.5 mg/L）［3-4］，由于超標的磷可以通過化學除磷單元去除，因此，低碳源條件下的除碳脫氮成為研究熱點。反硝化碳源是生物脫氮重要的影響因素之一［5-8］，目前國內外反硝化碳源試驗研究多集中在優(yōu)化傳統(tǒng)碳源，如在傳統(tǒng)脫氮工藝前加水解酸化單元［9］；開發(fā)非傳統(tǒng)碳源，如利用植物秸稈［10］、剩余污泥水解產物［11］、初沉污泥水解產物［12］等作為反硝化碳源。利用高濃度有機工業(yè)廢水作為反硝化碳源的試驗研究較少，本研究尋求利用生物降解性能較好、濃度較高的有機工業(yè)廢水作為碳源，進行反硝化試驗研究，在提高除碳脫氮效果的同時，實現以廢治廢。

1　材料與方法

1.1試驗材料

試驗用水取自揚州大學校園生活區(qū)化糞池污水，稀釋后水質情況如表1所示。

活性污泥：揚州市湯汪污水處理廠CAST工藝生物池內的新鮮污泥。

表1原水水質指標Tab.1　Raw water quality

外加碳源：①甲醇：作基礎研究試驗用，采用分析純商品甲醇，稀釋后配成質量分數為0.5%的甲醇溶液，CODCr的質量濃度為5 000 mg/L；②聚酯廢水：儀征化纖經氣提后的聚酯生產廢水，CODCr的質量濃度為6 000 mg/L；③啤酒廢水：青島啤酒廠（揚州有限公司）生產廢水，CODCr的質量濃度為3 000 mg/L；④印染廢水：揚州裕華織造公司生產廢水， CODCr的質量濃度為2 500 mg/L。

1.2試驗裝置

試驗用SBR裝置有3套，編號分別為A柱、B柱、C柱。每套裝置主要由SBR反應器（包括攪拌裝置、曝氣系統(tǒng)及自動控制設備）、原水箱、處理水箱等組成，如圖1所示。SBR反應器為柱型有機玻璃容器（外徑100 mm，壁厚5 mm，內徑90 mm，總高1 000 mm，超高200 mm），反應器采用機械葉輪攪拌；曝氣系統(tǒng)采用鼓風曝氣，空氣通過氣泵、曝氣管道經粘砂塊型微孔曝氣器進入反應器中，用空氣流量計來控制曝氣量；采用定時器控制運行周期，實現SBR反應器的間歇運行。

圖1SBR反應器

1.3試驗方法

SBR反應器運行工況：運行周期為8.0 h（包括進水之后缺氧攪拌1.0 h，曝氣4.0 h，缺氧攪拌2.0 h，沉淀0.5 h，排水之后閑置0.5 h）；在恒溫實驗室中進行，溫度為（30±1）℃；污泥齡為20 d， MLSS的質量濃度為3 000～4 000 mg/L，混合液的pH值為6.5～8.5；充水比為1/3，每周期排泥30 mL，排泥質量濃度為10 000～12 000 mg/L。A柱、B柱、C柱運行工況完全相同。

1.4分析方法

CODCr濃度采用重鉻酸鉀法，TN濃度采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，NH3-N濃度采用納氏試劑分光光度法，NO3--N濃度采用紫外分光光度法，pH值采用pH計，DO濃度采用便攜式溶氧儀。

2　結果與討論

2.1甲醇作為外加碳源的試驗研究

進行不同甲醇溶液投加量下除碳脫氮效果的試驗，確定其最佳投加量。試驗分別在3種不同的投加方式下進行（A柱為一次性投加、B柱為分三次均勻投加、C柱為連續(xù)投加）。甲醇溶液投加量為0、20、30、40、50 mL（約占處理水量的 0%、1.2%、1.8%、2.4%、3.0%）。

2.1.1一次性投加方式

在停曝攪拌反硝化階段開始時一次性投加甲醇溶液進入A柱，通過對各周期進、出水的水質分析，考察一次投加方式下甲醇溶液投加量對CODCr和TN去除效果的影響，結果如圖2所示。

圖2　一次性投加方式下甲醇溶液投加量對TN、CODCr去除效果的影響

由圖2a可知，穩(wěn)定階段出水TN的質量濃度在30 mg/L左右，這是因為進水低碳源，而又沒有外加碳源的緣故。隨著甲醇溶液投加量的增加，出水TN逐漸降低，投加量為20、30 mL時，出水TN的質量濃度仍在20 mg/L以上，出水不達標。當甲醇溶液投加量為40 mL時，出水TN的質量濃度仍在15 mg/L左右，不能穩(wěn)定達標，直到其投加量為50 mL時，出水TN的質量濃度小于15 mg/L，達到GB 18918-2002一級A排放標準。

由圖2b可知，穩(wěn)定階段出水CODCr的質量濃度在30～35 mg/L之間，也就是這部分CODCr很難被微生物所利用，隨著甲醇溶液投加量的增加，出水CODCr濃度逐漸升高，可能是由于甲醇溶液中雜質的存在，使得被微生物難利用的CODCr有所增加，但是出水CODCr的質量濃度都在50 mg/L以內。

因此，一次性投加方式下，甲醇溶液的最佳投加量為50 mL。

2.1.2分三次均勻投加方式

在停曝攪拌反硝化階段第0、40、80 min時分三次均勻投加甲醇溶液進入B柱，考察分三次投加方式下甲醇溶液投加量對CODCr和TN去除率的影響，結果如圖3所示。

圖3　分三次投加方式下甲醇溶液投加量對TN、CODCr去除效果的影響

由圖3a可知，隨著甲醇溶液投加量的增加，出水TN濃度逐漸降低，當投加量為20、30 mL時，出水TN的質量濃度仍在20 mg/L以上，當投加量為40 mL時，出水TN的質量濃度已小于15 mg/L。

由圖3b可知，甲醇溶液投加量為20～40 mL時，出水CODCr濃度基本不變，這是因為在投加量小于40 mL時外加碳源不能滿足反硝化的需求，因此隨著投加量的增加，TN去除率逐漸增加，出水CODCr濃度基本不變，但當其投加量達到50 mL時，發(fā)現出水CODCr濃度較投加量為40 mL時高，分析原因可能是甲醇投加量為50 mL時超過了反硝化的需求，所以導致此時TN去除率增加很小，出水CODCr濃度增加明顯。

因此，分三次均勻投加方式下，甲醇溶液的最佳投加量為40 mL。

2.1.3連續(xù)投加方式

在停曝攪拌反硝化階段開始時投加甲醇溶液進入高位輸液瓶，并通過輸液管及節(jié)流開關調節(jié)流量在2 h的時間段內連續(xù)均勻進入C柱?？疾旆秩瓮都臃绞较录状既芤和都恿繉ODCr和TN去除率的影響，結果如圖4所示。

圖4　連續(xù)投加方式下甲醇溶液投加量對TN、CODCr去除效果的影響

由圖4a可知，隨著甲醇溶液投加量的增加，出水TN濃度逐漸降低，當投加量為40 mL時，出水TN的質量濃度已小于15 mg/L。

由圖4b可知，甲醇溶液投加量為20～40 mL時，出水CODCr濃度基本不變，這是因為在甲醇溶液投加量小于40 mL時，外加碳源不能滿足反硝化的需求，因此隨著甲醇溶液投加量的增加，TN去除率逐漸增加，出水CODCr濃度基本不變，但當甲醇溶液投加量達到50 mL時，出水CODCr濃度較投加量為40 mL時高，分析原因可能是甲醇溶液投加量為50 mL時超過了反硝化的需求，導致此時TN的去除率增加很小，但出水CODCr濃度卻增加明顯。

因此，連續(xù)投加方式下，甲醇溶液的最佳投加量為40 mL。

2.2高濃度有機工業(yè)廢水最佳外加碳源試驗研究

在每個周期的缺氧攪拌2 h內，采用3種不同投加方式下投加碳源，考察污染物的去除效果。通過對投加甲醇溶液的試驗研究，確定在3種不同投加方式下甲醇溶液的3個最佳投加量，換算成3種高濃度有機廢水在對應不同投加方式下的投加量，以該投加量進行試驗研究。

2.2.1一次性投加方式

在相同碳源投加量下，聚酯廢水的投加量為40 mL，啤酒廢水的投加量為80 mL，印染廢水的投加量為100 mL，考察一次性投加方式對TN、CODCr的去除效果，結果如圖5所示。

由圖5a可知，針對同一試驗用水，在外加相同量碳源的條件下，對3種外加碳源連續(xù)運行了15個周期，發(fā)現投加聚酯廢水在運行3個周期后出水TN濃度就有了明顯的下降，由開始時超過25 mg/L降到15 mg/L左右，在運行6個周期后就達到了穩(wěn)定；投加啤酒廢水在運行6個周期后出水TN的質量濃度也有了明顯下降，由無外加碳源時的26 mg/L下降到20 mg/L以內，并且在運行9個周期后達到了穩(wěn)定；投加印染廢水在運行9個周期后出水TN濃度略有下降，之后穩(wěn)定在20 mg/L以上。

由圖5b可知，針對同一試驗用水，在外加相同量碳源的條件下，對3種外加碳源連續(xù)運行了15個周期，發(fā)現投加聚酯廢水在運行3個周期后出水CODCr質量濃度就降到了50 mg/L以內，在運行6個周期后達到了穩(wěn)定；投加啤酒廢水在運行6個周期后出水CODCr質量濃度也有了明顯的下降，達到了50 mg/L左右，并且在運行9個周期后，也達到了穩(wěn)定；投加印染廢水在運行9個周期后出水TN濃度略有下降，但降幅很小，之后出水CODCr的質量濃度穩(wěn)定在80 mg/L以上，可能是因為印染廢水中硫化物等雜質濃度較高，對微生物產生了抑制。

圖5　一次性投加方式對TN、CODCr去除效果的影響

經分析，一次性投加方式下，聚酯廢水、啤酒廢水、印染廢水的反硝化速率分別為：1.74、1.39、0.10 mg［N］/（g［VSS］·h）。因此，一次投加方式下，最佳外部碳源為聚酯廢水。

2.2.2分三次均勻投加方式

在相同碳源投加量下，聚酯廢水的投加量為30 mL，啤酒廢水的投加量為60 mL，印染廢水的投加量為80 mL，考察分三次均勻投加方式對TN、CODCr的去除效果，結果如圖6所示。

經分析，分三次均勻投加方式下，聚酯廢水、啤酒廢水、印染廢水的反硝化速率分別為：1.91、1.74、0.17 mg［N］/（g［VSS］·h）。因此，分三次均勻投加方式下，最佳外部碳源為聚酯廢水。

2.2.3連續(xù)投加方式

在相同碳源投加量下，聚酯廢水的投加量為30 mL，啤酒廢水的投加量為60 mL，印染廢水的投加量為80 mL，考察連續(xù)投加方式對TN、CODCr的去除效果，結果如圖7所示。

圖6　分三次投加方式對TN、CODCr去除效果的影響

圖7　連續(xù)投加方式對TN、CODCr去除效果的影響

經分析，連續(xù)投加方式下，聚酯廢水、啤酒廢水、印染廢水的反硝化速率分別為：2.43、2.09、 0.35 mg［N］/（g［VSS］·h）。因此，連續(xù)投加方式下，最佳外部碳源為聚酯廢水。

3　結論

（1）甲醇作為外加碳源的基礎試驗研究結果表明：在一次性投加方式、分三次均勻投加方式、連續(xù)投加方式下，0.5%甲醇溶液的最佳投加量分別約為50、40、40 mL，分別約占處理水量的3.0%、2.4%、2.4%。

（2）根據本試驗用水的除碳脫氮效果分析可知，在外加碳源的3種高濃度有機工業(yè)廢水中聚酯廢水效果最佳，其反硝化速率最高，在連續(xù)投加方式下，聚酯廢水的反硝化速率最高為2.43 mg［N］/（g［VSS］·h）。

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Experimental study of effect of additional carbon source on high concentration organic industrial wastewater treatment

CHEN Hong-lai
（Jianghai Polytechnic College，Yangzhou 225101，China）

The denitrification carbon source of urban sewage from cities in south China is insufficient，which cause the effluent water quality can not satisfied the requirement of level A grade 1 in GB 18918-2002 Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant.With three kinds of common high concentration organic industrial wastewater:polyester wastewater，brewery wastewater，and printing and dyeing wastewater，as the additional carbon source，an experiment to investigate the effect of additional carbon source on TN and CODCrremoval was carried out using SBR reactor.The results showed that，taking polyester wastewater as the additional carbon source could obtain the optimal wastewater treatment effect represented by the highest denitrification rate；under a continuous dosing mode，its highest denitrification rate reached 2.43 mg［N］/（g［VSS］·h）.

low-carbon sewage；denitrification carbon source；high concentration organic industrial wastewater；polyester wastewater；brewery wastewater；printing and dyeing wastewater

技術與經驗

X703.1；X505

A

1009-2455（2016）04-0042-05

陳宏來（1979-），男，江蘇儀征人，講師，市政工程碩士，研究方向為水處理技術，（電子信箱）1134940823@qq.com。

2016-04-25（修回稿）