乙酸鈉外加碳源SBBR工藝脫氮效果的實驗研究

安麗娜，薛 軍，司徒淑娉（.佛山市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東 佛山 58000； .沈陽化工大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院，遼寧 沈陽 04）

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乙酸鈉外加碳源SBBR工藝脫氮效果的實驗研究

安麗娜1，薛 軍2，司徒淑娉1
（1.佛山市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東 佛山 528000； 2.沈陽化工大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110142）

摘要：選取乙酸鈉為外加碳源，采用SBBR工藝處理低C/N比城市生活污水。當(dāng)外加碳源后的C/N比值增加至7.0左右時，對原水NH4+-N去除率最高為89.31%，外加碳源后的C/N為7.12時，TN的去除率最好，為71.27%。結(jié)果表明，外加乙酸鈉碳源后的SBBR工藝對于低C/N生活污水脫氮性能十分良好。出水水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的“一級標(biāo)準(zhǔn)A標(biāo)準(zhǔn)”，出水作為回用水。

關(guān)鍵詞：乙酸鈉；SBBR工藝；低C/N

對于低C/N比城市污水，按原有設(shè)計水質(zhì)運行的二級污水處理廠大多數(shù)不能達(dá)標(biāo)排放，使污水廠資源和資金浪費較大。碳源（carbon source）是在微生物生長過程中為微生物提供碳素來源的物質(zhì)，是影響反硝化細(xì)菌活性的重要因素之一。反硝化菌以亞硝酸鹽或硝酸鹽作為電子受體，將污水中有機物作為碳源充當(dāng)電子供體，通過同化和異化作用將含氮污染物轉(zhuǎn)化為有機氮化合物和氣態(tài)氮。當(dāng)污水本身所含有機碳源極低時，要想獲得較好脫氮效率就需要外加碳源。

生物法脫氮分為硝化、反硝化兩部分：硝化過程是在好氧條件下，氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮或硝酸氮；反硝化過程是在缺氧環(huán)境下將硝化過程中產(chǎn)生的亞硝酸氮或硝酸氮轉(zhuǎn)化為氮氣。反硝化過程需要充足的有機碳源作為電子供體，保證反應(yīng)的順利進(jìn)行。而我國常見的都是低碳氮比的污水，因此碳源一直是生物脫氮的控制因素［1］。

本試驗選取乙酸鈉外加碳源，控制外加碳源后C/N比值處于同一范圍，處理低C/N比城市生活污水，進(jìn)行脫氮特性的對比研究，觀察投加不同外加碳源后SBBR反應(yīng)器的處理效果，以確定外加碳源的脫氮處理效果，并考察投加最佳外加碳源后SBBR反應(yīng)器的實際運行效果，以確保出水TN質(zhì)量濃度的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)［2］。

1　實驗部分

1.1實驗裝置

采用有機玻璃材料制成，總?cè)莘e為9.5 L，有效容積為8 L，如圖1所示。

1.2試驗用水

實驗用水為模擬低C/N比生活污水，試驗進(jìn)水保持COD濃度為110.24～160.35 mg/L，TN濃度為26.24～71.55 mg/L，進(jìn)水C/N比在1.54～4.64之間，使得碳源不足，反硝化過程無法進(jìn)行，因此設(shè)定系統(tǒng)在厭氧階段末期、好氧階段初期添加外加碳源，以保證SBBR系統(tǒng)的正常運行。

圖1　實驗裝置示意圖Fig.1 Schematic plot of test device

1.3水質(zhì)分析方法

本試驗中各項目檢測方法按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》第四版（國家環(huán)保總局2002年）中規(guī)定的分析方法進(jìn)行檢測。試驗檢測項目及分析方法如表1所示。

表1　檢測項目及分析方法Table 1　Test and analysis method

1.4乙酸鈉的性質(zhì)分析

乙酸鈉（ Sodium acetate ）化學(xué)式 CH3COONa 3H2O，無色無味的結(jié)晶體，密度 1.45 g/cm3，熔點58 ℃，123 ℃時失去結(jié)晶水。在空氣中可被風(fēng)化，可燃。易溶于水，稍溶于乙醇，不溶于乙醚。但是通常濕法制取的有醋酸的味道。水中發(fā)生水解。無水物的密度1.528 g/cm3，熔點324 ℃。溶于水，呈弱堿性。乙酸鈉可用作照相、印染、化學(xué)試劑及肉類防腐等。其制法有以下兩種：由碳酸鈉或氫氧化鈉和醋酸作用而制得；也可用木材干餾的副產(chǎn)品醋石與碳酸鈉作用制得［3］。

2　工藝原理

實驗用水為模擬低C/N比生活污水，沒有充足的碳源，SBBR反應(yīng)器中的反硝化細(xì)菌無法在缺氧條件下發(fā)揮脫氮的作用，通過添加乙酸鈉作為反硝化反應(yīng)的電子供體，提高反應(yīng)器中的C/N比值，增強系統(tǒng)的脫氮效果。進(jìn)水C/N比在1.54～4.64之間，使得碳源不足，反硝化過程無法進(jìn)行，因此設(shè)定系統(tǒng)在厭氧階段末期、好氧階段初期添加外加碳源，以保證SBBR系統(tǒng)的正常運行。

采用乙酸鈉為外加碳源，控制外加碳源進(jìn)水量為1 L，改變碳源的投加量，使實驗進(jìn)水COD值增加，碳氮比會相應(yīng)變化，控制外加碳源后進(jìn)水C/N比在7.0左右，觀察系統(tǒng)內(nèi)對反硝化脫氮的影響。通過測量每次試驗進(jìn)出水氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮以及總氮的質(zhì)量濃度變化，觀察外加碳源對 SBBR系統(tǒng)脫氮性能的影響［4］。

3　運行效果分析

3.1對NH4+-N的影響

SBBR反應(yīng)器中，外加碳源保持C/N在7.0左右情況下NH4+-N進(jìn)出水濃度和去除率變化如圖2所示。

圖2　不同外加碳源C/N下NH4+-N質(zhì)量濃+度與去除率的變化Fig.2 Removal effection and rates of NH4-N under different C/N

由圖 2可知，外加碳源 NH4+-N質(zhì)量濃度在15.32 ～31.45 mg/L之間變化，雖然浮動較大，但是出水NH4+-N質(zhì)量濃度比較穩(wěn)定，氨氮的去除率均在80%以上，出水NH4+-N質(zhì)量濃度均小于3 mg/L。在厭氧階段末期由于COD質(zhì)量濃度過低反應(yīng)停滯，因此選用乙酸鈉作為外加碳源，控制瞬時進(jìn)水量為1 L，隨著外加碳源后C/N的變化，控制C/N比在7.0左右，出水NH4+-N質(zhì)量濃度逐漸降低，去除率也一直保持在較高的水平。出水 NH4+-N質(zhì)量濃度均在3 mg/L以下，平均為1.25 mg/L，平均去除率為85.7%。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，出水 NH4+-N質(zhì)量濃度滿足《國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.2對TN的影響

SBBR反應(yīng)器中，外加碳源C/N下TN質(zhì)量濃度和去除率變化曲線如圖3所示。

圖3　不同外加碳源C/N的TN進(jìn)出水質(zhì)量濃度與去除率的變化Fig.3 Removal effection and rates of TN under different C/N

由圖3可知，外加乙酸鈉做碳源情況下TN質(zhì)量濃度在17.12～26.58 mg/L之間浮動，隨著進(jìn)水TN質(zhì)量濃度不斷波動，出水TN質(zhì)量濃度也上下浮動。厭氧階段末期，選用乙酸鈉作為外加碳源，控制瞬時進(jìn)水量為1 L，隨著外加碳源后C/N的升高，出水TN質(zhì)量濃度降低，去除率也因進(jìn)水TN質(zhì)量濃度的波動而不斷變化，待SBBR系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，去除率保持在較高的水平。出水TN質(zhì)量濃度平均為12.65 mg/L，平均去除率為43.36%，最高去除率達(dá)到71.27%。

3.3各種形態(tài)N的變化

在硝化系統(tǒng)內(nèi)，亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌普遍存在，并生活在一起構(gòu)成互生關(guān)系。兩種細(xì)菌在反應(yīng)時間上存在先后順序，首先是亞硝化細(xì)菌將氨氧化成亞硝酸鹽并從中獲得能量，在此基礎(chǔ)上硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽從中獲得能量［5］。

SBBR反應(yīng)器中，外加碳源乙酸鈉提高進(jìn)水C/N 的NH4+-N、NO2--N、NO3--N質(zhì)量濃度的出水濃度變化曲線如圖4所示。

圖4　外加碳源乙酸鈉C/N的NH4+-N、NO2--N、NO3--N質(zhì)量濃度的出水情況Fig.4 Removal effection of NH4+出-N水、情NO 況2--N、NO3--N Nunder different C/N

由圖4可知，研究SBBR同步硝化反硝化過程中各種氮的連續(xù)變化情況，SBBR表現(xiàn)出很好的同步硝化反硝化特性。從圖4中可以看出，外加碳源后，出水主要以NO3--N為主，系統(tǒng)內(nèi)NH4+-N的濃度逐漸減小，進(jìn)水的NO2--N和NO3--N在厭氧階段發(fā)生反硝化反應(yīng)被去除。在后續(xù)的曝氣時間長，使一部分NO2--N轉(zhuǎn)化為NO3--N，一部分進(jìn)行了反硝化反應(yīng)。通過對氮的轉(zhuǎn)變形態(tài)的研究，NO3--N發(fā)生反硝化反應(yīng)時NO2--N和NH4+-N的值都降到最低趨近于零。

綜上所述，乙酸鈉作為外加碳源，進(jìn)水量為1 L，當(dāng)外加碳源后 C/N比值增加至7.0左右時，對原水NH4+-N去除率最高為89.31%，并且外加碳源后的C/N無論是3.48或者11.79都對NH4+-N的去除率在80%以上，說明只要外加入少量乙酸鈉，即可繼續(xù)促使反應(yīng)進(jìn)行，并且能夠達(dá)到脫氮目標(biāo)；對于TN的處理效果，外加碳源后的C/N為7.12時，TN的去除率最好，為71.27%。綜上所述，外加乙酸鈉碳源后SBBR工藝對于低C/N生活污水脫氮性能十分良好。

4　結(jié) 論

（1）通過外加碳源投加試驗，可知只要外加入少量外加碳源，當(dāng)控制外加碳源后C/N比，即可繼續(xù)促使反應(yīng)進(jìn)行，并且能夠達(dá)到脫氮目標(biāo)。

（2）通過乙酸鈉作為外加碳源，當(dāng)外加碳源后C/N比值增加至7.0左右時，對原水NH4+-N去除率最高為89.31%，并且外加碳源后的C/N無論是3.48或者11.79都對NH4+-N的去除率在80%以上，說明只要外加入少量乙酸鈉，即可繼續(xù)促使反應(yīng)進(jìn)行，并且能夠達(dá)到脫氮目標(biāo)；對于TN的處理效果，外加碳源后的C/N為7.12時，TN的去除率最好，為71.27%。綜上所述，外加乙酸鈉碳源后SBBR工藝對于低C/N生活污水脫氮性能十分良好。

（3）外加碳源實驗過程處理模擬低 C/N生活污水的的出水水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的“一級標(biāo)準(zhǔn)A標(biāo)準(zhǔn)”，一級標(biāo)準(zhǔn)的A標(biāo)準(zhǔn)是城鎮(zhèn)污水處理廠出水作為回用水的基本要求。

參考文獻(xiàn)：

［1］蔣山泉，等.序批式生物膜（SBBR）工藝同步脫氮除磷研究［J］.四川大學(xué)學(xué)報（工程科學(xué)版），2008，40（1）∶64-68.

［2］彭碩佳，鄒洪，張永祥，等.低溫低C/N比復(fù)合A2/O啟動實驗研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2013，36（2）∶142-146.

［3］譚佑銘，羅啟芳.不同碳源對固定化反硝化菌脫氮的影響［J］.衛(wèi)生研究，2003，32（2）∶95-97.

［4］倪寶云.SBBR法處理城市污水的試驗特性研究［D］.太原理工大學(xué)，2010.

［5］邱兆富，周琪，楊殿海，等.低碳氮比城市污水短程生物脫氮試驗研究［J］.工業(yè)水處理，2006，26 （11）∶ 35-38.

Experimental Study on Denitrification Effect of
SBBR With Sodium Acetate as External Carbon Source

AN Li-na1，XUE Jun2，SITU Shu-ping1
（1.Foshan Environmental Monitoring Center，Guangdong Foshan 528000，China；
2.Shenyang University of Chemical Technology，Liaoning Shenyang 110142，China）

Abstract：In this experiment，sodium acetate was used as an external carbon source，and the low C/N ratio domestic sewage was treated by using SBBR.The results show that when the C/N ratio increases to 7.0 after adding carbon source，the highest removal rate of NH4+-N of raw water is 89.31%；and when the C/N ratio increases to 7.12，the removal efficiency of TN is the best，71.27%.SBBR has quite well denitrification performance for the low C/N ratio domestic sewage after adding carbon source.The effluent water as recycle-water conforms to one-class A permitted criteria of “Discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant” （GB18918-2002）.

Key words：Sodium acetate；SBBR；Low C/N

中圖分類號：TQ 028

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0022-03

基金項目：沈陽市科技計劃項目，項目號：1053125-1-33。

收稿日期：2015-09-10

作者簡介：安麗娜（1987-），女，遼寧省葫蘆島市人，助工，理學(xué)碩士，2014年畢業(yè)于沈陽化工大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)，研究方向：從事環(huán)境監(jiān)測類技術(shù)工作。E-mail：384158941@qq.com。