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焦化废水生物脱氮研究(中试)

发布时间:2010-9-29 10:03:07  中国污水处理工程网

中试驯化情况远较小试复杂,这可能受水质、反应器流态及操作条件差异影响。

中试采用连续驯化方式,接种污泥取自宝钢化工厂生产性焦化废水处理装置。由于原接种好氧污泥中NH3-N浓度很高,尽管进水稀释比达60%,曝气池中NH3-N浓度仍在200mg/L以上,同时可能由于接种污泥中残留难降解物质浓度较大,驯化的第一周内,硝化反应进展缓慢,出水中硝化产物很少。一周后出水中开始出现NO2,并逐渐增多,NO2-N浓度达到6mg/L左右,几天后NO2-N逐渐减少,NO3-N逐渐增多,达到30mg/L以上,这时NH3-N去除率已达80%以上。

这些现象是由于当时的机械故障所造成的污泥回流量少,溶解氧偏低的影响,排除上述原因并增大稀释比例后NO3-N升高,但随着稀释比的减小,很快又出现了类似前一阶段的情况。

经分析,认为负荷提高过快会造成硝化菌的不适应。因此第三次调整时,负荷提高较慢,还适当加大了回流比,总回流比由原来的3增大到5,以克服进水COD、氨氮及难降解有机物的抑制作用。这次驯化得到了成功,尽管后来稀释比降低到30%,却再没有出现类似前两次的情况。

与硝化菌相比,反硝化菌对环境的适应性较强。一般情况下反硝化菌受焦化废水中有毒物质的抑制程度要比硝化菌小,因此硝化菌驯化的同时,也可达到对反硝化菌驯化的目的。废水自身的有机物即可作为反硝化的电子供体,但在驯化初期,最好能在系进水中加入少量易于利用的有机物如葡萄糖等,这样更有利于反硝化菌驯化的进行。

由于小试装置小和机械搅拌速度不易控制,驯化时表现的反硝化作用不甚明显。中试试验时,随着硝化反应过程的进行,很快就可以观察到缺氧段有气泡产生,随后气泡数量显著增加,当缺氧段碱度较大时,产生的气泡个体较大,整个缺氧槽上部覆盖着一层泡沫,其厚度可达1~3cm。从缺氧段取混合液于量筒中沉降时,可以观察到污泥先下沉后浮起的典型的反硝化所造成的现象。系统总氮到去除率最高时可达80%以上。

脱氮运行效果及其条件

经过驯化后的硝化和反硝化菌,已经具有处理较高强度焦化废水的能力,当原水水质波动不大时,只要满足一定的操作条件,系统可以取得满意的脱氮效果。

除了进水水质外,系统的水力停留时间、进水的稀释比例、曝气池溶解氧浓度、pH值以及系统的回流比等均会对硝化效果产生影响。系统总氮去除效果则直接决定于反硝化效果。反硝化效果除了受DO、氧化还原电位等因素影响外,主要由废水中碳源的数量和质量决定。

虽然小试和中试水质常规指标相差不太大,但其操作运行条年变化却很大,所得的脱氮效果也不同。中试的水力停留时间较小试为长,回流比也有所提高,脱氮效果相应提高。

由于生物处理反应速率和毒物承受能力是有限度的,因此处理系统的稳定性在遭受一定负荷冲击后将受到影响。中试试验中曾进行过负荷冲击试验,在对系统施行较长时间的NH3-H超负荷运行后,硝化反应逐渐减慢,最后几乎完全止,需花费较长时间才能恢复,但恢复后有硝化菌仍能达到冲击前的处理能力。系统具有一定的缓冲能力,可以承受短时间的高负荷冲击。

分析和讨论

(一)焦化废水生物脱氮过程中的硝化反应:

硝化菌的驯化是硝化反应稳定进行的前提。为了使硝化菌逐步适应高浓度焦化废水环境,驯化时应控制进水的稀释比和NH3-N浓度。以进水NH3-N为60~70mg/L为宜,逐步减小稀释比。此外,控制较长的水力停留时间和污泥龄,对硝化菌的驯化亦很重要。有焦化废水需要处理的单位,也可以到污水宝项目服务平台咨询具备类似污水处理经验的企业。

硝化反应是系统运行控制的关键,这不但因为硝化效果不好会造成出水NH3-N超标,而且因为硝化不彻底会导致出水COD升高。NO2--N积累是焦化废水脱氮过程中的通病,许多研究者发现在进行焦化废水脱氮时,NO2--N经常是主要的硝化产物,很多焦化厂在焦化废水活性污泥法运行中也常会出现处理出水中NO2--N高达100~200mg/L的情况。NO2-积累的根本原因在于亚硝酸菌与硝酸菌对于环境的适应能力及耐受毒物能力的差异。亚硝酸菌具有较强的环境适应能力和抵抗毒物的能力,因此驯化时,总是亚硝化反应首先出现,系统遭受冲击时,则是硝酸菌的硝化反应先首受到影响。

要避免NO2-积累现象的出现,除了需要有科学的驯化方法,合适的操作运行条件外,防止废水水质过大的波动和长时间的冲击十分重要。

 一般认为硝化反应需要在偏碱环境中进行,即pH值最好在7.5~8.5之间,但中试试验中曝气池pH值一般控制在7.0左右,经常在7.0以下,仍取得了很好的硝化效果,pH值最低果曾降到6.0左右,也未对硝化进程产生不良影响。在低pH值条件下运行不但可以节约耗碱量,同时还可以减少曝气池泡沫的产生,这对于表曝系统尤不重要。 
 
(二)反硝化与脱氮效果

虽然我国目前尚未将NO3--列为控制指标,但是NO3--对环境的危害不容忽视,一些发达国家已经对进入清洁水体的废水NO3--实行了严格控制。

为了取得较好的总氮去除效果,必须使反硝化反应进行彻底。一般认为反硝化反应彻底与否由原水中C/N比例大小决定。从理论上分析进水COD/TKN达到3左右即可满足反硝化对碳源的要求,实用中则常认为COD/TKN应大于8,可见关键在于充分利用已有碳源,提高反硝化效率。焦化废水中有机物生物降解性能差,碳源不易被利用,甚至具有一定的生物毒性,大大制约了反硝化菌活性的充分发挥。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。

厌氧预处理可以改变有机物结构和性质,因此虽然本研究中原水的COD/TKN比值仅为5.5,却取得了75%以上的总氮去除效果。试验还表明,在进水C/N比相差不太大的情况下,总氮去除率最高时可达96%,而较差时仅为52%,这说明反硝化菌的活性起很大作用。采取某些强化措施,对原水适当稀释,创造良好的反硝化环境都可以使反硝化菌保持较高的活性,从而达到较好的总氮去除效果。

(三)通过控制硝化过程改变脱氮途径

鉴于焦化废水脱氮过程中经常出现的NO2-积累和反硝化过程碳源不足现象,如果人为加以引导,使硝化反应以产生NO2-作为终点,而将脱氮途径改变为:

NH3 硝化 NO2- 反硝化 N2 ,这可能会使脱氮工艺发生一场变革。传统的脱氮途径可用以下化学反应方程式表示:硝化:

2NH4++3O2 2NO2-+4H++2H2O (1) 2NO2-+O2 2NO3- (2)

反硝化:

C6H5OH+9.33OH2-+1.67H2O 9.33OH-+6CO2+ 4.67N2 (3)
C6H5OH+5.6NO3- 5.6OH- +6CO2+0.4H2O +2.8N2 (4) 2NH4++3O2
2NO2-+4H++2H2O (1) 2NO2-+O2 2NO3- (2)

(4)结 论

1. 硝化是焦化废水生物脱氮过程的关键,硝化菌的驯化则是硝化反应稳定发展的前提,要在较短的时间内完成硝化菌的驯化工作,重要的是防止废水中高浓度有机物及NH3对硝化菌的抑制。

2. 在进行焦化废水生物处理和其它有毒废水的生物处理时,连续式驯化方法优于间歇驯化方法。

3. 经过驯化的硝化菌可以在较低pH值(如6.4~7.2)条件下良好生存,这有利于减少高浓度含氮废水硝化耗碱量。

4. 在水质波不大并满足一定的操作运行条件下,系统可以取得98%~99%的硝化和75%以上的脱氮效果。系统可以耐受短期的高浓度NH3-H冲击,但如果出现长时间NH3-H超负荷运行,将导致硝化系统失稳。

5. 反硝化效果的好坏决定着系统脱氮效率的高低。采取厌氧预处理方法,维持一定的稀释比和创造良好的反硝化环境可以使反硝化菌保持较高的活性,以达到较好的脱氮效果。

6. 以亚硝酸作为硝化终产物的不完全硝化脱氮系统将是一条富有吸引力的焦化废水生物脱氮途径,值得进上步研究。来源:中国环保频道

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