好氧條件下pH的變化與氨氮去除率相關(guān)性關(guān)系研究

郭尚黎，田　曦，艾勝書，許開成，邊德軍

(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院水利與環(huán)境工程學(xué)院； 2.吉林省城市污水處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130012)

0　引言

硝化反應(yīng)進(jìn)行得是否充分，直接影響氨氮的去除效率。而近年來(lái)的研究中，一般都是從優(yōu)化或在線控制參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)全程硝化反硝化、短程硝化反硝化或同步硝化反硝化等的[12-14]。很少有學(xué)者根據(jù)pH的變化值來(lái)推測(cè)硝化反應(yīng)的情況。本文正是針對(duì)進(jìn)出水pH的差值來(lái)推測(cè)硝化反應(yīng)的情況，從而預(yù)測(cè)氨氮的去除效率。

pH值不僅直接影響著硝化反應(yīng)的進(jìn)行，而且影響活性污泥中微生物的種類、數(shù)量及其生命活動(dòng)、代謝方式和代謝產(chǎn)物的類別、表面特性，還與活性污泥的沉降特性和沉降過(guò)程密切相關(guān)。由于在本試驗(yàn)中反應(yīng)器內(nèi)長(zhǎng)期處于酸性狀態(tài)，因此，本文同時(shí)研究在反應(yīng)器內(nèi)長(zhǎng)期呈酸性的情況下對(duì)污水的處理效果。

1　試驗(yàn)材料與方法

1.1　試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖1所示：反應(yīng)器與沉淀池均為內(nèi)徑15 cm，高100 cm的有機(jī)玻璃柱，總有效容積16 L；反應(yīng)器壁上垂直設(shè)置一排間距為20 cm的取樣口，用以取樣、排水和排泥，反應(yīng)器底部設(shè)置曝氣砂頭供氧，并以轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量；頂部設(shè)置混勻攪拌器攪拌。進(jìn)水、出水及污泥回流均由控制蠕動(dòng)泵實(shí)現(xiàn)，底部進(jìn)水，頂部出水。反應(yīng)器溫度控制在(20±2)℃，采用連續(xù)流方式運(yùn)行。維持MLSS=3 000 mg/L左右，保持反應(yīng)器DO在2 mg/L左右，HRT=8 h，SRT=20 d，污泥回流比100%，回流污泥流量31.25 mL/min。

圖1　試驗(yàn)裝置

1.2　試驗(yàn)水質(zhì)及污泥的接種

原水采用人工配置模擬城市污水，以淀粉和乙酸鈉為碳源，投加NH4Cl和KH2PO4作為氮源、磷源，同時(shí)加入牛肉膏、蛋白胨，再加入NaOH和NaHCO3使pH值保持在7.4～8.4之間。配方見(jiàn)表1。試驗(yàn)所用接種污泥取自長(zhǎng)春市某污水廠曝氣池(見(jiàn)表2)。

表1　進(jìn)水配方表　單位：mg/L

表2　進(jìn)水水質(zhì)　單位：mg/L

1.3　分析項(xiàng)目和方法

2　結(jié)果與討論

2.1　好氧條件下進(jìn)出水pH值與進(jìn)出水的變化規(guī)律

圖2顯示了在好氧曝氣，進(jìn)水pH值在7.4～8.4的條件下，出水pH值的變化曲線。可以看出出水pH值平均在5.5左右，反應(yīng)器內(nèi)呈酸性。這是因?yàn)樵诤醚跗貧鈼l件下的硝化反應(yīng)過(guò)程中，釋放出H+離子，致使混合液中H+離子質(zhì)量濃度增高，從而使pH值下降。參與硝化反應(yīng)的氨氧化菌(AOB)和亞硝酸氧化菌(NOB)對(duì)pH值的變化十分敏感，兩者最佳的生長(zhǎng)環(huán)境在pH為7.2～8.2之間，因此，酸性條件下使AOB和NOB的活性降低，無(wú)法使硝化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。與此同時(shí)，由于是在好氧曝氣的條件下，理論上并不產(chǎn)生厭氧區(qū)，因此基本沒(méi)有反硝化的產(chǎn)生，也使得堿度無(wú)法恢復(fù)。需要特殊說(shuō)明的是，在第36天的數(shù)據(jù)中，進(jìn)水pH值為7.5，出水pH值為7.4，pH變化值過(guò)小，應(yīng)該是由于當(dāng)天的曝氣量下降，使溶解氧降低到了1 mg/L左右，使硝化反應(yīng)無(wú)法正常進(jìn)行。

圖2　進(jìn)出水pH值的變化規(guī)律

2.2　進(jìn)出水pH值的變化與氨氮去除率的相關(guān)關(guān)系

圖3　進(jìn)出水值的變化規(guī)律

圖去除率與pH的線性關(guān)系

2.3　反應(yīng)器內(nèi)長(zhǎng)期呈酸性的情況下對(duì)污水處理效果的影響

由于本試驗(yàn)采用連續(xù)流的方式運(yùn)行，使得反應(yīng)器內(nèi)長(zhǎng)期呈酸性。由圖5可見(jiàn)，在反應(yīng)器內(nèi)長(zhǎng)期呈酸性的情況下，對(duì)有機(jī)物的去除幾乎沒(méi)有影響，可以看出進(jìn)水COD在450～500 mg/L范圍內(nèi)時(shí)，出水COD質(zhì)量濃度基本上小于40 mg/L，去除率在87%～95%之間。

而反應(yīng)器內(nèi)長(zhǎng)期呈酸性，對(duì)TN的去除影響較大。由圖6可見(jiàn)，進(jìn)水TN質(zhì)量濃度在60～70 mg/L的范圍時(shí)，出水TN在40～60 mg/L，去除率僅在2%～30%之間，平均去除率為15%左右。分析其原因，主要有兩個(gè)方面：一方面是酸性條件下影響了硝化菌的繁殖與生長(zhǎng)，造成硝化反應(yīng)無(wú)法正常進(jìn)行，這與圖3中氨氮的去除率相對(duì)應(yīng)；另一方面，因?yàn)樵诤醚跗貧鈼l件下，理論上沒(méi)有厭氧區(qū)的形成，這樣基本就不會(huì)有反硝化反應(yīng)的發(fā)生，也使得TN去除效率不高。

圖5　進(jìn)出水COD的變化規(guī)律

圖6　進(jìn)出水TN的變化規(guī)律

3　結(jié)語(yǔ)

2)進(jìn)出水pH差值與氨氮的去除率有一定的線性關(guān)系，差值越大，去除率越高，說(shuō)明硝化反應(yīng)進(jìn)行得越充分。利用Origin軟件進(jìn)行線性擬合，可求得線性回歸方程：y=8.737 7x+25.637 23，R2=0.908 91(R為相關(guān)系數(shù))。因此，可以通過(guò)進(jìn)出水pH的差值來(lái)初步判斷氨氮的去除效率。

3)在反應(yīng)器內(nèi)部長(zhǎng)期呈酸性的情況下，對(duì)有機(jī)物的去除幾乎沒(méi)有影響，去除率在87%～95%之間。而對(duì)TN的影響較大，去除率僅在2%～30%之間。

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