盐度对氨氮去除效果的影响.pdf

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第33卷第4期东北电力大学学报V01．33．No．42013年8月JournalOfNortheastDianliUniversityAug．，2013文章编号：1005—2992(2013)04—0024—04盐度对氨氮去除效果的影响杨日光，张兰河2，孙俊超2，王山山2，张海丰2(1．东北电力大学科研产业处，吉林吉林132012；2．东北电力大学化学工程学院，吉林吉林132012)摘要：研究采用序批式生物反应器(SBR)处理模拟含盐废水，在乙醇作为碳源的条件下，当DO为2—3mg／L、温度为35±1℃、pH为7．5—8．5时，考察Nas0盐度对SBR工艺脱氮效果的影响。结果表明：SBR反应器经过30d的驯化，活性污泥氨氮去除率高于90％；在其基础上，SBR反应器中添加Na：sO，当Na：s0盐度增加到12g／L时，污泥系统的氨氮去除率降低至80％，亚硝态氮积累率达到90％。在一定盐度下可实现亚硝酸盐的积累，完成短程硝化反硝化。关键词：盐度；SBR；氨氮中图分类号：TQ914．3文献标识码：A近年来，为了缓解水资源日益短缺的局面，许多沿海城市开始利用海水冲厕⋯，由此产生的高盐度生活污水进入城市污水处理系统中，对原来的生物处理系统将造成影响。目前，国内外采用很多工艺对高盐度废水进行生物处理，但是得出的结论并不相同。例如，Hamoda等采用传统活性污泥法处理高盐废水研究发现，高盐条件下生物活性和有机物去除率均有提高，在NaC1浓度为0mg／L、10g／L和30g／L时，TOC去除率分别为96．3％、95．9％、99．2％。Dincer和Kargi采用生物转盘系统处理含盐废水，探讨了盐度与有机物去除率之间的关系。当NaC1浓度从5％提高到10％时，COD去除率从85％降低到60％。国内也对含盐废水进行了研究，张勇、于德爽等利用在生活污水中加不同的盐水比例(10％、20％、30％、50％)发现，当加入的海水比例低于30％(相当于盐度10500mg／L，C1—5700mg／L)时，海水盐度对生活污水中的有机物和氨氮的去除无影响。随着海水盐度的增加，不同的盐度对微生物的代谢产生不同的抑制作用，有机物的去除率和降解率下降明显，出水COD均高于60mg／L4J。间歇式活性污泥法(SequencingBatchReactorProcess，SBR工艺)因具有处理效率高、运行方式灵活、脱氮除磷效果好、不易发生污泥膨胀等优点而被广泛应用。利用SBR工艺处理高盐生活污水具有重大的理论和实用价值，可为污水处理厂的运行操作提供重要的理论依据，也可为海水的利用提供一定的参考价值。本实验采用SBR工艺处理含盐废水，在乙醇作为碳源的情况下，研究不同NaSO盐度的变化对SBR工艺氨氮去除效果的影响，得到SBR工艺处理高盐度生活污水的最佳工艺参数，为污水处理厂的运行操作提供依据。1实验材料与方法1．1实验装置本实验采用序批式间歇活性污泥法SBR反应器，实验装置示意图如图1所示。SBR反应器由透明收稿日期：2013—01—14基金项目：吉林省科技发展计划项目(社会发展重点项目20110405，20120404)；吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目(吉教科合字[2012]第95号)；吉林市杰出青年基金项目(20106306)；吉林市科技支撑社会发展计划项目(201232403)作者简介：杨日光(1954一)，男，吉林省吉林市人，东北电力大学科研产业处副研究员，主要研究方向：废水处理理论与工艺． 第4期张兰河等：盐度对氨氮去除效果的影响25有机玻璃制成，有效容积为2．5L。反应器底部装有微孔曝气器，采用小型曝气泵曝气，用转子流量计调节曝气量，控制溶解氧浓度，保持在0．3—0．5mg／L，采用一次性进水方式。每次按比例投加乙醇、氯化铵和磷酸二氢钾等营养物质，监测废水中的COD、NH4+一N和TP，这样可使每次实验的初始有机物浓度、氨氮浓度等水质指标便于控制。1．2实验用水实验用水采用人工合成废水，采用HC1和NaOH调节pH。废水主要成分：乙醇(COD在300—600mg／L)，硫酸镁50mg／L，磷酸二氢钠25mg／L，氯1氧化还原电位；2溶解氧仪；3DO传感器；4pH传感器；化铵35—50mg／L，氯化钙350mg／L，营养元素50RP传感器；6温度传感器；7pH计；8温控仪；9搅拌器；10曝气器；11取样121；12排泥口；13流量计0．5mg／L。营养元素含量：0．3g／LFeSO，0．116g／L图1SBR装置示意图H3BO3，0．038g／LCuSO4·5H2O，1．18g／LKI，0．169g／LMnSO4，0．115g／LZnSO4·7H2O，0．024g／LCoC12·6H2O。1．3实验用水分析项目与检测方法如表1所示。表1水质指标分析方法测试项目分析方法仪器测试项目分析方法仪器NH4+一N纳氏试剂光度法721分光光度计pHpH计pHs一2C型pH计NO；一N紫外分光光度法UV254紫外分光光度计DO溶解氧仪pH3310N0—NN一(1一萘基)～乙二胺光度法721分光光度计温度温度计水银温度计(O一100℃)COD重铬酸钾氧化法国标法MLSS重量法(烘干)干燥箱、电子天平2实验结果与讨论2．1活性污泥的培养实验所用的活性污泥取自于吉林市污水处理厂二沉池的回流污泥，其中所含的微生物种类丰富，易于培养。进行间歇培养时，每天换一次水，并进行曝气，测定MLSS、SVI指标的变化，同时观察污泥颜色的变化。当污泥培养由黑色变成黄褐色，沉降性能良好，SVI在80—100mIVg之间，有机物及氨氮去除效果稳定，加入不同浓度的人工合成废水开始驯化。图2表明驯化过程中氨氮去除效果的变化。驯化过程中污泥的形态和结构发生了一些变化。接种初期，污泥呈灰黑色，絮体较小；凝聚』生能欠佳。驯化25天后，污泥颜色由黑色经灰褐色变为黄褐色，并开始具有良好的絮凝性能，停止曝气后，污泥能迅速形成较大的絮体并沉降；混合液经沉淀后出水中悬浮物很少，水质较清澈，NH；一N的去除率达到90％左右。图3进一步表明，硝化反应结束后硝态氮浓度达到16mg／L，亚硝态氮浓度为3mg／L，这时的脱氮过程为全程硝化反硝化。在活性污泥处理高盐废水过程中，一方面活性污泥微生物生态系统进行选择，能够适应高盐环境的微生物生存下来；另一方面高盐驯化刺激了耐盐菌的生长，随着盐度的升高，其营养需求也增加。同时，在高盐条件下，一些不适应高盐环境的菌种迅速死亡溶解，能够补充污水中的营养物质。在营养充足的条件下，耐盐菌生长和繁殖很快，成为高盐条件下的优势菌种。 26东北电力大学学报第33卷▲进水亚硝态氮o-◆出水亚硝态氮oo厶进水硝态氮。∞莹．◆出水硝态氮olo◆赣鬈鬈％oo％oOoo~．．nL———L———L———上———_L——■■——_L———_L——__J04812162O242830时间，d图2氨氮随时间的变化规律图3硝态氮和亚硝态氮随时间的变化规律2．2NaSO盐度对氨氮去除效果的影响无机盐如C1一、SO：一、Na、K、Ca等离子均是微生物生长所必需的营养元素，在常规微生物的生长过程中起着促进酶反应，维持膜平衡和调节渗透压的作用，但是若这些离子浓度过高会对普通微生物产生毒性，从而影响生物工艺在高盐度有机废水的处理效果。当盐度每周期增加1g，每周期运行7d的条件下，NaSO盐县度越对氨氮去除效果的影响，如图3所示。由加图3可知，随着8Na4O盐度增加至12g／L，氨氮去除率下降至80％。这是由于微生物受到盐度变化的影响而对氨氮去除效果产生一定的影响，盐度的升高导致不能适应该盐环境的微生物被淘汰，适应环境的微生物生存下来，嗜盐菌和适应高盐环境的菌群成为优势菌群，活性污泥能够适应含盐环境，保持一定的氨氮去除效率_6j。增大含盐废水的比例后，因为微生物受到盐度的影响而对脱氮效果产生一定的波动，经过较短时间的适应后，活性污泥能够很快适应含盐环境，保持较高的脱氮效率。但是，当NasO盐度增加至l2L时，氨氮去除效果下降，这是由于过高的盐度导致微生物细胞渗透压升高，细胞脱水死亡。2．3NaSO盐度对亚硝酸盐积累率的影响影响短程硝化亚硝态氮积累的因素有很多，如游离氨(FA)、pH、温度、溶解氧(DO)等因素，本实验考察盐度对亚硝态氮积累的影响，结果如图5所示。瓣嘴普爿莹毫葵赣邑豢图4Na2S04盐度对氨氦去除效果的影响图5Na2S04盐度对亚硝态氮积累翠的影响硝化作用由两类细菌参与：一类是亚硝酸菌，其可以将NH；一N氧化成NO2-一N；另一类是硝酸菌，NO2-一N在硝酸菌的作用下可进一步氧化成NO；一N。由图4可知，随着NaSO盐度的增加(0—20g／L)，亚硝酸菌将氨氮氧化为亚硝态氮，亚硝态氮积累率由46％升高到87％左右，硝化反应过程中亚硝态氮的累积浓度在逐渐增加，说明在这一盐度范围内，硝酸菌受到盐度的抑制作用进一步增强，导致NOr—N向NO；一N的转化速率降低。当NasO盐度增加到12g／L时，亚硝态氮积累率达到最高值90％。这是由于盐度对活性污泥系统中的硝酸菌和亚硝酸菌的抑制作用不同，亚硝化菌的适应能力 第4期张兰河等：盐度对氨氮去除效果的影响27强，含盐污水的硝化过程更容易造成大量亚硝酸的积累，减少反硝化过程对碳源的需求量，从而在进水负荷不变的条件下提高了总氮去除率。因此，在一定盐度下可实现亚硝酸盐的积累，完成短程硝化反硝化。3结论(1)在乙醇作为碳源的条件下，SBR工艺经过25d的驯化，氨氮去除率可达到90％以上的去除率，活性污泥驯化成功。(2)盐度的升高能够导致不能适应环境的微生物被淘汰，嗜盐菌成为优势菌群。但是，当NasO盐度增加至12L时，氨氮去除效果开始下降，过高的盐度导致微生物细胞渗透压升高，细胞脱水死亡。(3)盐度对活性污泥系统中的硝酸菌和亚硝酸菌的抑制作用不同，在一定盐度下可实现亚硝酸盐的积累，实现短程硝化反硝化。当Na：s0盐度增加到12g／L时，亚硝态氮积累率达到最高值90％。参考文献[1]文湘华．含盐废水的生物处理研究进展[J]．环境科学，1999，20(3)：104—106．[2]HamodaMF，AtlarAL．EffectonhJighsodiumchlorideconcentrationsonactivatedsludgetreatment[J]．WaterScienceandTechnology，1995，31(9)：61—72．[3]DincerAR，KarsiF．Performanceofrotatingbiologicaldiscsystemtreatingsalinewastewater[J]．ProcessBiochemistry，2001，36(8—9)：901—906．[4]张勇，于德爽，王洪娟．SBR工艺处理高盐度生活污水试验[J]．环境工程，2008，26(1)：27—29．[5]俞远．污水生物处理新技术～sBR工艺[J]．河北师范大学：自然科学版，20o4，28(3)：285—288．[6]张雨山，王静．海水盐度对二沉池污泥沉降性能的影响[J]．中国给水排水，2000，16(2)：18—19．[7]于庆江，冯永顺．影响SBR工艺脱氮效果因素的研究[J]．科技情报开发与经济，2004，14(2)：152—153．[8]张兰河，张万友，韩利，杨涛，刘强．含盐废水SBR工艺短程硝化试验[J]．化工进展，2010，29(10)：1985—1989．EfectofsalinityontheremovaleficiencyofammonianitrogenYANGRi—guang，ZHANGLan-he，SUNJun．chao，。WANGShan-shan．ZHANGHa1．feng(1．DepartmentofResearchandIndustry，NortheastDianliUniversity，JilinJilin132012；2．SchoolofChemicalEngineering，NortheastDianliUniversity，JilinJilin132012)Abstract：Acontinuousexperimentwascarriedoutusingsequencingbatchreactorprocesstotreatwastewatercontainingsaline．TheeffectofNa2SO4onthedenitrificationwasinvestigatedwhenalcoholwasusedascarbonsourceundertheconditionofdissolvedoxygen(DO)of2—3mg／L，354-1oCandpH7．5—8．5．Theresultsshowedthatremovaleficiencyofammonianitrogenwashigherthan90％afterthedomesticationof30d，andthenNa2SO4wasaddedtotheSBRsystem．Andfurthermore，removalefficiencyofammonianitrogenwasde—creasedto80％andaccumulationeficiencyofnitritenitrogenwas90％whenNa2SO4salinitywasincreasedto12Lintheactivatedsludgesystem．Accumulationofnitritenitrogencouldbeaccomplishedandshort—cutnitrificationanddenitrificationcouldbeachievedundercertainsalinity．Keywords：Salinity；SBR；Ammonianitrogen