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酒精废水消化液生物硝化和脱氮试验 杨 健 周小波 同济大学环境科学与工程学院, 上海 200092 摘要 酒精糟液厌 氧消化液 CODCr浓 度为3 500 ～ 4 300 mg L, BOD5浓度为1 500～ 2 100 mg L, TN 浓度为 400 ～ 700 mg L, NH3-N 浓度为 300～ 600 mg L。 采用 SBR 反应器对该消化液进行生物脱氮试验, 对反应器的有机负荷、氨氮 负荷 、脱氮效果、脱氮过程中氮形态的变化以及碳源提供等进行了研究分析。 试验结果表明, 当消化液碳源充足, SBR 充水比 λ0. 35, 缺氧时间3 h以及 BOD5污泥负荷 0. 26～ 0. 32 kg kgd条件下, SBR 处理出水 CODCr598 ～ 632 mg L, BOD560～ 100 mg L, 氨氮 6～ 9 mg L, 总氮 200～ 216 mg L, 总氮去除率为 60左右。 该处理系统中缺氧段反应时间仅为 3 h, 却承担 70～ 75 的 CODCr总去除负荷, 显著提高了该系统的有机负荷和氨氮负荷。 在消化液碳源不足的条件 下, 可投加乙酸钠作为生物脱氮的外碳源, 投加量宜为500 mg L。 关键词 酒精废水消化液 SBR 生物硝化和脱氮 缺氧 好氧 碳源 0 引言 南阳酒精厂的生产废水主要包括蒸煮、糖化、发 酵各工段的冲洗废水, 蒸馏工段的废糟液和精馏残 液,以及糖化、发酵、蒸馏等工段的冷却水等 [ 1,2] 。其 中高浓度酒精糟液 CODCr45 000 ～ 55 000 mg L, SS 10 000 mg L以上, 属高浓度有机废水。南阳酒精厂采 用2 个5 000 m 3的厌氧发酵罐和1 个3 000 m3的UASB 厌氧反应器对上述高浓度酒精糟液进行处理。厌氧 发酵均采用高温厌氧, 温度为 50 ～ 60 ℃, CODCr有机 负荷7. 0 kg m 3d,处理后的消化液含有高浓度的有机 物和氨 氮等 污 染物 , 其中 CODCr浓 度为 3 500 ～ 4 300 mg L , BOD5浓度1 500 ～ 2 100 mg L , TN 浓度 400～ 700 mg L ,NH3-N 浓度 300～ 600 mg L, 需进行后 续处理 ,才能达到相关排放要求 见表 1 。而该消化 液的 B C 值为 0. 42～ 0. 45,适宜生物处理 。 本试验采用 SBR 反应器进行该消化液的生物脱 氮研究,该处理系统的主要优点是能够充分利用进水 中的可生物降解 CODCr作为反硝化的碳源 ,可减少外 加碳源量、降低耗氧量及减少剩余污泥量 ,但同时要 求消化液中有足够高的 C N 来满足反硝化所需的碳 源 [ 3] 。当进水中的 C N 不能满足反硝化要求时,就需 要外加碳源。一般认为, 当废水中的 BOD5 TN3～ 5 时,在废水生物脱氮过程中需另外投加有机碳源 [ 4] 。 1 试验条件与方法 1. 1 试验用水 废水取自南阳酒精厂的厌氧消化液 , 经预曝气- 化学混凝沉淀工艺去除其中大部分 SS 后, 作为生物 处理系统的进水 ,其水质见表 1。 表 1 进水水质指标与排放标准的比较mg L 水质指标pH CODCrB OD5 SSTN NH3- N TP碱度 酒精消化液7～ 83 500 ～ 4 3001 500～ 2 100100～ 400300 ～ 600300 ～ 60020 ～ 351 600 ～ 2 100 GB8978 -1996 二级标准 6～ 930010015025 1. 2 试验装置 反应器为直径12 cm 、高30 cm的有机玻璃柱, 有 效体积为2 L。试验设备主要包括曝气设备、搅拌设 备等 。供气管路由气泵、曝气头和气体管路组成。好 氧生化反应时将小型曝气机的曝气头伸入反应器内 曝气。反硝化时停止曝气, 开启搅拌器 , 磁力搅拌子 转动使反应器内活性污泥处于悬浮状态 。试验时水 温为 25～ 29 ℃,见图 1。 1SBR 反应器; 2搅拌子; 3曝气头; 4虹吸管; 5磁力搅拌器; 6小型曝气机。 图 1 SBR 试验装置示意图 1. 3 活性污泥的培养与驯化 试验所用污泥取自上海曲阳污水厂活性污泥处 理系 统的回 流污泥 。测 其污泥 浓度为 MLSS 10 g L,MLVSS 8. 5 g L ,VSS SS 0. 85 。经过 1 个多 27 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 月的污泥驯化 , 污泥外观呈浅褐色, SVI 值 50 ～ 100, 沉降性能优异。镜检时发现该活性污泥絮粒大,边缘 清晰 ,结构紧密 ,并发现活性污泥絮体中存在大量有 柄纤毛虫和轮虫 ,且十分活跃 。 1. 4 反应器运行方式 反应器进水采用瞬间进水方式 ,随即开启搅拌器 缺氧搅拌3 h 进行反硝化反应, 然后停正搅拌, 开启 曝气机进行好氧硝化反应 ,曝气结束后静沉 1 h ,然后 排水 ,最后根据排泥和试验需要设置闲置期。 1. 5 试验工况 SBR 充水比 λ 是 1 个运行周期内进水体积与反 应器有效体积的比值 ,本研究进行了2 个不同充水比 的试验 。根据不同的充水比, 控制不同的曝气时间, 见表 2。 表 2 生物硝化和脱氮试验工艺参数 充水比 λ MLSS mgL- 1 SV 泥龄 d 缺氧时间 h 曝气时间 h 沉淀时间 h 闲置时间 h SBR周期 h 0 . 353 92021 . 02031010～ 314～ 17 0 . 253 86022 . 020371112 2 试验结果与讨论 2. 1 消化液生物硝化和脱氮效果分析 SBR反应器在每个充水比条件下运行 10 d 以 上,其生物硝化和脱氮试验结果见表 3。生物脱氮处 理过程中 TN 的最终减少 ,除微生物的生长吸收利用 少量的氮以外, 主要是通过反硝化过程以N2、 NxOy气 体形式从体系中去除 。另一方面 , 试验结果表明, 该 SBR 反应器对消化液的生物硝化作用十分显著,出水 中TN 主要以硝态氮形式存在 占 TN 含量 95左 右 ,而氨氮浓度 10 mg L , 氨氮去除率均在 98以 上。处理出水中的氨氮浓度能较好满足污水综合排 放标准 GB8978-1996 酒精工业二级标准中对该指 标的排放要求。 试验中 SBR充水比的减小 ,相当于常规 A O 生 物脱氮系统回流比的增加 ,而回流比的增加会提高生 物脱氮效果。从表 3 可以看出, 随着 SBR 充水比 λ 从0. 35 降低至0. 25,TN 的去除率从 59～ 62 增加 到67～ 69。 2. 2 消化液生物脱氮过程中氮形态的变化分析 进行消化液生物脱氮的 SBR在充水比 λ 0. 35 条件下,先缺氧反应3 h,然后好氧硝化反应10 h 。 在缺 氧反应阶段 ,消化液氨氮浓度略有下降 , 其原因是部 分氨氮被微生物吸收利用 。 然后经过10 h的好氧硝 表 3 生物硝化和脱氮试验结果mg L SBR 充水比 测试 次数 缺氧前 CODCr 缺氧 结束 CODCr 好氧 出水 CODCr CODCr 去除率 出水 硝态氮 出水 氨氮 氨氮 去除率 出水 总氮 总氮 去除率 λ 0. 35 1 2 3 4 5 6 1 870 928 946 936 916 922 950 632 620 628 612 598 606 85. 0 85. 2 85. 0 85. 4 85. 8 85. 6 192. 3 196. 8 198. 5 202. 6 196. 2 204. 9 7. 9 7. 5 8. 1 6. 9 7. 3 8. 2 98. 4 98. 4 98. 3 98. 6 98. 5 98. 3 201. 6 206. 7 209. 6 210. 3 205. 4 216. 1 62. 0 61. 0 60. 5 60. 3 61. 2 59. 2 λ 0. 25 1 2 3 4 5 6 1 500 870 862 878 860 876 868 588 596 602 610 590 614 86. 0 85. 8 85. 7 85. 5 86. 0 85. 4 161. 5 158. 1 154. 3 157. 4 158. 2 155. 1 7. 0 7. 5 6. 8 6. 2 5. 8 6. 7 98. 5 98. 4 98. 6 98. 7 98. 8 98. 6 170. 1 167. 5 162. 9 167. 6 165. 7 163. 2 67. 9 68. 4 69. 3 68. 4 68. 7 69. 2 化反应 ,氨氮浓度从165 mg L , 降到10 mg L以下。而 NO - 3- N 浓度在缺氧段大幅度降低, 由137 mg L , 降到 33 mg L左右 , 在好氧段随着氨氮逐渐转化为硝氮, NO - 3-N 浓度在好氧段逐渐增加 。由于缺氧段NO - 3- N 浓度 的减 少使 得 TN 在缺 氧 段也 相应 减 少, 由 310 mg L降到208 mg L ,而在好氧段只发生了氨氮的 硝化反应, 即 N 形态上发生了变化 ,因此 TN 在好氧 段基本没有变化。NO - 2-N 在整个反应过程中最高不 超过3 mg L ,没有出现积累现象 , 说明缺氧反硝化反 应速度十分迅速 。 2. 3 反应器有机负荷分析 试验运行期间 ,SBR 反应器在充水比 λ为 0. 35 和0. 25 的条件下, BOD5污泥负荷分别达到 0. 26 ～ 0. 32 kg kgd和0. 27 kg kgd。此时出水 CODCr588 ～ 632 mg L ,BOD560 ～ 100 mg L ,B C 0. 11～ 0. 13。该有 机负荷比单独去除消化液有机物的 SBR 运行方式 充水比 λ 为 0. 3, 见表 4 高出45～ 78, 在达到同 样有机物去除效果的情况下 , 大幅度提高了去除效 率,节省了能耗 。由表 4可知,在充水比 λ为 0. 35 和 0. 25的条件下, 缺氧段CODCr去除负荷占 SBR 反应器 CODCr总去除负荷的 75和 70。可见缺氧段在反 应时间较短的情况下 反应时间仅为 3 h 承担了约 3 4的CODCr总去除负荷 ,从而大幅度减轻了好氧段的 污泥负荷, 并显著提高了该生物处理系统整体的有机 负荷 。 2. 4 反应器硝化速率分析 试验运行期间, SBR 反应器的氨氮负荷达到 0. 06～ 0. 073 kg kgd, 出水氨氮均 10 mg L , 去除率 28 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 98 以上。上述氨氮负荷比单独去除有机物的 SBR 运行方式 充水比 λ为 0. 3, 氨氮负荷为 0. 048 ～ 0. 050 kg kgd , 高出 25～ 52。 表 4 单独去除有机物的 SBR试验结果 参数工况 1工况 2 BOD5污泥负荷 kgkg - 1d- 1 0. 18 0. 020. 130. 01 进水 mgL- 13 950 1503 450150 CODCr 出水 mgL- 1655 2358131 去除率 83. 483. 2 进水 mgL- 11 850 1501 500100 BOD5 出水 mgL- 180 207010 去除率 95. 795. 3 根据文献 [ 5] ,硝化反应速率与反应器中硝化细菌 数量有关, 而反应器活性污泥中硝化细菌所占的比 例,则与 BOD5 TKN 有关,随着水中 BOD5 TKN 值的增 加,活性污泥中硝化细菌的比例逐渐减少。其原因在 于若 BOD5浓度过高, 会使增殖速度较快的异养型细 菌迅速增殖, 从而使自养型的硝化菌不能成为优势 菌,在活性污泥中的比例降低 。 根据本研究的试验数据, 可估算出反应器中硝化 细菌在活性污泥中所占的份数。将消化液好氧生化 处理出水的 CODCr和 BOD5值进行线性拟和, 其相互 关系见图 2。通过该图可估算出该消化液在一定范 围内 CODCr与 BOD5的关系。在生物脱氮处理过程 中,当 SBR充水比 λ为 0. 35, 经过3 h的缺氧反应, 消 化液的 CODCr平均为 933 mg L, 从图 2 可估算出其 BOD5为 150 mg L 左 右 。 此 时 消 化 液 的 TKN 为 170 mg L左右 ,则其 BOD5 TKN 为 0. 88。此时活性污 泥中硝化细菌所占的份数为 0. 23。而在单独去除有 机物 SBR试验研究中, 可计算出进水后反应器中的 起始 BOD5约为560 mg L, TKN 约为150 mg L, 则其 BOD5 TKN 为 3. 73。此时活性污泥中硝化细菌所占 的份数为 0. 066。上述分析表明, 生物脱氮系统好氧 段的活性污泥中所含硝化细菌的份数高得多 ,因此显 著提高了该反应器的硝化速率和氨氮负荷。 2. 5 外加碳源对SBR生物脱氮的影响 当酒精消化液 CODCr3 600mg L ,BOD51 800 mg L , 氨氮580 mg L ,总氮620 mg L, BOD5 TN 3 时 ,碳源明 显不足。采用添加乙酸钠作为外加碳源的方式进行 生物硝化和脱氮试验 ,其他操作参数和运行条件与消 化液碳源充足时相同 , 其中 BOD5污泥负荷控制为 图 2 消化液好氧生化出水CODCr与 BOD5的关系 0. 27 kg kgd乙酸钠在缺氧搅拌前加入 , 投加量以相 当于进水中多少 CODCr来计算, 每改变乙酸钠投加量 稳定运行 1周 。当充水比 λ 0. 35,不同碳源投加量 下缺氧段出水 CODCr、 NO - 3- N、 NO - 2- N 以及 TN 去除率 的试验结果见表 5。 表 5 碳源投加量对缺氧段处理效果的影响mg L 乙酸 钠投 加量 碳源 投加量 CODCr 投加碳 源后的 CODCr TN 值 缺氧 结束 CODCr 缺氧 结束 NO - 3-N 缺氧 结束 NO - 2-N 出水 TN TN 去除率 71555. 9758147 . 10. 72365. 841. 0 2141666. 07802101 . 50. 68323. 647. 8 4293316. 3487263 . 40. 53249. 959. 7 6434976. 6189638 . 30. 32226. 963. 4 8576636. 8891800. 11197. 268. 2 改变碳源投加量而使 CODCr TN 值随之发生变 化,由 5. 9 变化到 6. 88,TN 的去除率随之增加 。当碳 源投加量相当于 CODCr497 mg L时 , 消化液的 CODCr TN 为 6. 61, TN 的去除率可达 63。在该工况条件 下,乙酸钠的投加量为0. 64 kg m 3废水 ,其投加费用约 为2 元 m 3 废水 。 3 结论 1 当消化液碳源充足 ,SBR 充水比 λ 0. 35, 缺 氧时间3 h以及 BOD5污泥负荷 0. 26～ 0. 32 kg kgd条 件下 ,SBR处理出水 CODCr598～ 632 mg L , BOD560 ～ 100 mg L ,氨氮 6～ 9 mg L, 总氮 200～ 216 mg L , 总氮 去除率为 60 左右。 2 处理系统中反应时间为3 h的缺氧段承担了 70～ 75的 CODCr总去除负荷 ,从而显著提高了该 系统整体的有机负荷, 比单独去除消化液有机物的 SBR 运行方式提高 45～ 78,大幅度提高了有机物 去除效率, 节省了能耗。 3 由于缺氧段将进水中大部分可降解有机物用 作反硝化的碳源 , 使好氧段 BOD5 TKN 值大幅度下 降,活性污泥中所含硝化细菌的份数以及硝化速率大 29 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 幅度 提高, 系统的氨 氮污泥 负荷可 达到 0. 06 ～ 0. 73 kg kgd。 4 当酒精消化液碳源不足时, 可投加乙酸钠作 为外加碳源进行生物脱氮 。当乙酸钠投加量相当于 CODCr497 mg L时, 消化液的 CODCr TN 为 6. 61,TN 的 去除率可达63。 参考文献 [ 1] 李锡英, 丁建南.处理酒精废醪的厌氧反应器类型.中国沼气, 1997, 15 3 35-37. 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[ 5] 章非娟. 生物脱氮技术. 北京 中国环境科学出版社, 1992. 作者通讯处 杨健 200092 上海市四平路 1239 号 同济大学环境 科学与工程学院 电话 021 65984275 E -mail yishuonline. sh. cn 2005- 04-19 收稿 水解酸化法预处理青霉素废水的试验 ＊ 孙京敏 1,2 王路光 2 王世研 2 1.哈尔滨工业大学, 黑龙江 150090; 2.国家环境保护制药废水污染控制工程技术中心, 石家庄 050051 摘要 在系统分析青霉素废水水质的基础上, 进行该废水不同稀释比的水解酸化试验。 结果表明 采用水解酸化工艺 作为生物处理的预处理手段是有效的, 选取 HRT 为 8～ 10 h, CODCr的进水负荷取 6～ 8 kg m3d, 废水酸化率达到 10 左右, CODCr去除率为 20左右。 关键词 青霉素废水 水解酸化 预处理 0 引言 抗生素原料药生产过程排出的废水有机污染物 浓度高、 组分复杂,含有大量发酵残余物 ,包括发酵代 谢产物、 残余的消沫剂、 凝聚剂 、 破乳剂和残留的抗生 素效价及其降解产物 ,可生化降解性差 。通过水解酸 化预处理, 使废水中难降解有机物转为低分子有机 酸,以改善废水的可生化性 ,水解酸化反应主要是通 过厌氧途径 ,将生化过程控制在水解和酸化阶段, 反 应过程与两相厌氧法中的酸化过程有相似之处。本 研究着重研究了青霉素提炼生产废液在水解酸化条 件下, 有机酸变化的过程和 CODCr的去除情况, 为优 化青霉素废水处理工艺提供了依据 。 1 厌氧水解酸化反应器的启动 本研究采用上流式厌氧污泥床装置 ,反应器有效 ＊河北省环保局重点科技攻关计划项目、国家制药废水污染控制工 程技术中心资助项目 冀环科 200404 容积为20 L 。 接种污泥直接利用华北制药股份有限公司青霉 素生产废水处理厂的厌氧消化污泥 。 1. 1 试验废水 试验废水取自华北制药股份有限公司青霉素生 产车间。青霉素生产发酵液经过滤除去菌渣 ,其滤液 通过溶媒萃取、溶剂回收后产生的废液 , 废水中主要 含有蛋白质 、 糖类、 醇类及青霉素的残余物等 ,并含有 高浓度的硫酸根离子和高浓度的残留溶酶 。废水水 质见表 1。可见 , 青霉素废水 BOD5 CODCr的比值偏 低,可生化性较差。 表 1 青霉素废水水质mg L 除pH CODCrBOD5 悬浮物硫酸盐氨氮总氮pH 15000～ 26400～ 7 0001 100～3 4005 000～ 700099～ 360 1 200～ 22006. 0～ 9. 0 另外, 可以看出该废水有机物浓度高 ,碳氮营养 源比例失调 ,氮源过剩 , 同时废水中含有大量硫酸盐 及部分残留青霉素效价 。因此在去除青霉素这类生 30 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 Keywords combined, micro -aerobic, hydrolytic acidification and antibiotic wastewater EXPERIMENT ON BIOLOGICAL NITRIFICATION AND DENITRIFICATION OF DIGESTION LIQUID OF ALCOHOL WASTEWATERYang Jian Zhou Xiaobo 27 Abstract The digester liquid of alcohol wastewater was identified at CODCr, BOD5, TN andNH3-N concentrations of 3 500～ 4 300 mg L , 1 500～ 2 100 mg L, 400～ 700 mg L and 300～ 600 mg L respectively. The objective of this experiment was to investigate the nitrification and denitrification by SBR with specific emphasis on the main operational parameters. The results demonstrated that when the anoxic time was 3 h, the sludge loading 0. 26～ 0. 32 kg BOD5 kg MLSSd and carbon source enough, the effluent concentrations were 598～ 632 mg CODCr L, 60 ～ 100 mg BOD5 L, 6～ 9 mg NH3-N L, and 200～ 216 mg TN Lwith about 60 removal efficiency respectively. In spite of the short anoxic time, the system removed by 70～ 75 of total CODCr, which improved the organic and ammonia nitrogen loading exceptionally. Sodium acetate can be taken as the external carbon source of biological denitrification with an appropriate dosage of 500 mg L CODCrunder scarce carbon source condition. Keywords digester liquid of alcohol wastewater, SBR, biological nitrification a novel multi- tube Venturi scrubber was developed here asdesulfurizing and dedusting equipment for flue gas, and has been used for the purification of coal flue gas. The practical application indicated that the desulfurizing efficiency of this equipment can be as high as above 90. Keywords multi -tube Venturi scrubber, desulphurization and dust removal TEST OF COLLECTION DUST CAPABILITY OF EXTENSIVE RESISTIVITY ELECTROSTATIC PRECIPITATORHuang Sanming Li Hua Tao Hongsen 41 Abstract Extensive resistivity electrostatic precipitator is a new type ESP with assistant electrodes and interlaced collectionplates. In the lab conditions, cold -state simulated tests of extensive resistivity ESP have been done, the test results show that the collection dust capability of extensive resistivity ESP is better than the HARRAR ESP S and the common ESP S. The closed -velocity s modified coefficients of extensive resistivity ESP are in the range of 1. 30 to 1. 33, and energy consuruption is reduced by 14 to 32. What s more, extensive resistivity ESP can adapt the changeable dust concentration. Keywords extensive resistivity electrostatic precipitator, simulated test, collection dust capability PRIMARY STUDY ON DIGESTIVE METHANE DESULFURIZATIONH2S OF SEWAGE 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 1,Feb. , 2006