間歇曝氣下高濃度硝酸氮的反硝化實驗研究

1、間歇曝氣下高濃度硝酸氮的反硝化實驗研究摘要：用甲醇、醋酸鈉和消化污泥上清液作碳源，在序批式形式下進展高濃度硝酸鹽的反硝化。實驗發(fā)現(xiàn)，間歇曝氣有助于進步反硝化污泥的沉降性能，而厭氧條件下，污泥的沉降性能差。污泥濃度45gVSS/L下，3種碳源都能有效地進展反硝化。最大硝酸鹽去除率為0.486gN3-N/gVSSd。開場階段亞硝酸鹽濃度增加，但用醋酸鹽和消化污泥上清液作碳源，其濃度最終下降為零。關(guān)鍵詞：反硝化活性污泥序批式間歇曝氣厭氧消化污泥上清液由于水體中含氮物的增多，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，氮污染已引起世界各國的廣泛重視。世界范圍內(nèi)長期的水資源短缺，從根本上要依靠污水凈化、水循環(huán)以及高級廢水生物處理

2、技術(shù)的推廣應(yīng)用?；屎托竽翗I(yè)被認為是主要的氮污染源，但工業(yè)廢水也是氮污染不可無視的一個因數(shù)。此外，許多市政污水處理廠在功能上還不能滿足氮污染物的去除。在高濃度下含氮污染物的去除是廢水生物處理的開展方向，同時要控制好污泥的沉降性能。能否高效去除含氮污染物和獲得良好的污泥沉降性能又取決于溶解氧的濃度、曝氣時間和頻率，以及污水中是否含有足夠的磷1。傳統(tǒng)的除氮方法是污水硝化后再反硝化。反硝化需要碳源，通常在碳源缺乏的情況下可以投加甲醇、有機酸、厭氧消化污泥等2,3。由于厭氧消化污泥的高堿度有助于硝化與反硝化過程中pH的穩(wěn)定，也可降低處理本錢4。本文分析討論在高濃度下，用甲醇、乙酸鈉和厭氧消化污泥作碳源

3、的反硝化實驗結(jié)果，以及間歇曝氣反硝化污泥沉降性能的影響。1實驗材料和方法1.1反響器反響器見圖1。在反響器不同高度上裝有閥門，以控制反響器內(nèi)的液體體積從1L到圖1反響器簡圖7.5L。反響器內(nèi)還裝有攪拌器和兩個氣體噴嘴，一個用于空氣，一個用于二氧化碳或N2，環(huán)境溫度控制在233。1.2長期實驗反硝化污泥的培養(yǎng)：培養(yǎng)液由NaN3(500g/L的N)、甲醇1250g/L及等量的NaH2P4和NaHP4(10g/L的P)組成。污泥取自重慶塘家橋污水處理場，污泥含有7.42gVSS/L，VSS/TSS比率為0.81。取2L污泥于反響器內(nèi)，用培養(yǎng)液稀釋到7.5L，在慢攪拌速度下(60r/in)培養(yǎng)23h；

4、在此期間，每隔110in用空氣曝氣10in；最后關(guān)掉攪拌器，靜置沉降45in，棄取上清液，然后參加等量培養(yǎng)液重復(fù)以上過程。在兩個星期培養(yǎng)后，將靜置沉降的污泥分為3份，參加到3個獨立反響器中培養(yǎng)兩個星期。從這時起，第一個反響器按以上方法在好氧和厭氧條件下運行，第二個和第三個反響器在完全厭氧條件下運行，第三個反響器作污泥儲池。剩余污泥每隔一星期排除兩次到三次，以保持停留時間在10d左右。實驗持續(xù)11個星期，最后測定污泥體積指數(shù)SVI和VSS/TSS比率。1.3短期實驗在短期實驗中測定氮去除率。定量的污泥來自第一和第二個反響器，含45gVSS/L。培養(yǎng)液除了將N-N3設(shè)置為750g/L外，其他成份同

5、長期實驗。分別用H3H、H3Na和厭氧消化污泥作反硝化的碳源，H3H、H3Na濃度與厭氧消化污泥中的碳量一致見表1。表1厭氧硝化污泥中揮發(fā)性脂肪酸VFA的濃度揮發(fā)性脂肪酸乙酸丙酸異丁酸丁酸異戊酸戊酸全部VFA總碳總碳硬度/ga3NH3-NpH濃度/gL-18176366845157416324406231101139019.5486.75.722結(jié)果與分析2.1長期實驗每個星期的第一天和最后一天分別測定污泥指數(shù)SVI和VSS/TSS比率，取平均值，結(jié)果如圖2所示。圖2(a)厭氧條件下的污泥體積指數(shù)和VSS/TSS(b)間歇曝氣條件下的污泥體積指數(shù)和VSS/TSS在厭氧條件下，污泥的VSS/TS

6、S比率在82%87%內(nèi)變動，污泥中無機質(zhì)含量不超過18%。在整個實驗期間，污泥絮體大沉降性能差，有的絮體上升至液面。污泥指數(shù)體積SVI在61131內(nèi)變動。圖3第周短期實驗結(jié)果.甲醇；.醋酸鈉；.消化污泥上清液；a、b、.厭氧；d、e、f.間歇曝在間歇曝氣條件下，污泥的VSS/TSS比率在78%84%內(nèi)變動，污泥中無機質(zhì)含量到達22%。在整個實驗期間，污泥絮體小，沉降性能好，無上福污泥指數(shù)體積SVI低于厭氧條件下的SVI，污泥絮體直徑不超過1。在實驗期間，揮發(fā)性懸浮固體濃度VSS在厭氧反響器為46g/L，間歇曝氣反響器為811g/L，這可能是由于污泥沉降性能的不同導(dǎo)致?lián)]發(fā)性懸浮固體的流失。2.2

7、短期實驗在長期實驗第1、7和11周測定的短期實驗的結(jié)果見圖3、4、5。短期實驗中所用的污泥來自長期實驗中在厭氧和間歇曝氣條件下培養(yǎng)的反硝化污泥。使用來自厭氧條件下培養(yǎng)的污泥，并在厭氧條件下運行。用甲醇作碳源，其硝酸鹽去除率不變圖3a，4a，5a，甲醇與硝酸鹽的比值也相當穩(wěn)定圖3，4，5。其他兩種碳源也是如此見圖35。相反，3種碳源使用間歇曝氣培養(yǎng)的污泥，其硝酸鹽去除率要高于厭氧條件的硝酸鹽去除率見圖3d，4d，5d。說明間歇曝氣不僅改善了污泥的沉降性能，也進步了硝酸鹽的去除率。/N比大約為2，硝酸鹽去除率30%50%，說明厭氧消化上清液中的揮發(fā)性脂肪酸可以作為碳源。用消化污泥上清液作碳源的反硝

8、化速率稍低于用H3Na作碳源的反硝化速率，其原因可能是由于消化污泥中上清液中的揮發(fā)性脂肪酸H3Na降解慢。圖4第7周短期實驗結(jié)果.甲醇；.醋酸鈉；.消化污泥上清液；a、b、.厭氧；d、e、f.間歇曝Beari等觀察發(fā)如今N2-N濃度為2025g/L，污泥濃度為45gVSS/L下，反硝化完全被抑制5。而在短期實驗中，在污泥濃度為45gVSS/L下，N2-N濃度高于200g/L時，對反硝化沒有不利影響。使用厭氧條件下的活性污泥，在短期實驗中，亞硝酸鹽的積累更高，根本保持不變見圖3b，4b，5b。相反，間歇曝氣下，3種不同碳源的亞硝酸鹽的積累速率在第8周到第11周都顯著降低。例如用甲醇作碳源，在短期

9、實驗的第一周的第10hN2-N的濃度積累到180g/L(圖3b)，而在第11周的一樣時間間隔內(nèi)濃度低于100g/L(見圖5e)。用H3Na作碳源，間歇曝氣，在實驗?zāi)┪瞾喯跛猁}幾乎不存在見圖5e。亞硝酸鹽濃度的降低說明反硝化可以在高濃度下采用序批式的方式運行。比擬圖35中的a圖和d圖，可以發(fā)現(xiàn)，使用在間歇曝氣下培養(yǎng)的活性污泥不僅加強了亞硝酸鹽的去除也進步了反硝化率。圖5第11周短期實驗結(jié)果.甲醇；.醋酸鈉；.消化污泥上清液；a、b、.厭氧；d、e、f.間歇曝3結(jié)論實驗研究使用在厭氧和間歇曝氣條件下的活性污泥，硝酸鹽濃度750g/L左右，用甲醇、醋酸鹽和厭氧污泥上清液作碳源的反硝化。實驗結(jié)果說明在

10、一天內(nèi)，任何一種碳源都能去除N2-N。用消化污泥上清液作碳源，亞硝酸鹽的積累并不影響反硝化。在間歇曝氣下，亞硝酸的濃度隨時間而降低。在活性污泥濃度為45gVSS/L下，最大硝酸鹽去除率可達0.486gN3-N/gVSSd，與半連續(xù)反響器的最大體積負荷約5.44gN3-N/d相符，相當于上流式厭氧污泥床反響器的90%。與厭氧相比，間歇曝氣有助于進步污泥的沉降性能。在中小規(guī)模序批式反響器的形式下，合適高濃度的反硝化而不受空間的限制。參考文獻1唐光臨，孫國新亞硝化反硝化生物脫氮工業(yè)水處理2001，21(11)：11132丁愛中，傅家謨好氧生物反硝化反響的實驗證據(jù)科學通報2000，45：277927823AdasandEkenfelderNitrifiatindesignapprahfrhighstrengthaniaasteatersaterPllFed，1