应用多导流筒气升式环流生物反应器处理化肥工业含氨废水.pdf

水 污 染 治 理 应用多导流筒气升式环流生物反应器处理 化肥工业含氨废水 ＊ 毛国柱 1,2 闻建平 2 贾晓强 2 潘 磊 2 王长林 2 郭怀成 1 1. 北京大学环境学院, 北京 100871; 2. 天津大学化工学院生物化工系, 天津 300072 摘要 在天津化工厂建立了一套反应器有效体积为 80 m3的低高径比、多导流筒气升式环流生物反应器处理化 肥工业含氨废水的装置。 针对影响生物硝化效果的影响因素 气液比、水力停留时间进行了考察, 得到了操作的优化 条件 气液比为 50∶ 1, 水力停留时间为 5 h。 在此条件下, 该装置对废水中的 CODCr和 NH 4-N 的去除率分别在 75和 98以上, 出水中 CODCr10 的气升式环流反应器中对气含率和氧 传质系数进行了研究 ,Sajc [ 8] 等人研究了高径比 s 10 的气升式环流反应器中传质特性, 闻建平 [ 9] 等人 应用高径比 s 12 的气升式环流反应器对含氨废水 的处理进行了研究 ,并得到了优化工艺条件 ,如温度 为30～ 35 ℃, pH 控制在 7～ 8。但是以上研究采用的 都是实验室规模的气升式环流反应器 。对于工业应 用,反应器高径比大 ,则反应器绝对高度大,其工程建 设费用和运转的动力消耗大 , 加大了废水处理的成 本,这必然影响气升式环流反应器在工业废水处理中 的应用,而低高径比气升式环流反应器的工业应用尚 未见报道。本项目开发了工业规模的低高径比多导 流筒气升式环流反应器, 对其处理化肥工业含氨废水 的操作参数进行了优化, 并考察了反应器的连续运行 效果 。 2 材料与方法 2. 1 气升式环流生物反应器 ALR 气升式环流生物反应器处理化肥含氨废水的流 程见图1。反应器的主体部分直径为2. 6 m ,高 10 m。 内部有 7 个高 9. 6 m, 直径为 0. 68 m 的导流筒, 每个 导流筒的正下方有 1个直径为 5. 4 mm 的喷嘴。反应 器上部为直径 4. 1 m、高2. 05 m 的气液分离区。储存 在废水储池中的化肥工业含氨废水通过污水泵输入 反应器的底部, 反应器内的温度由控温系统控制 ,pH 由 pH 控制系统调节。空气由气泵提供, 通过喷嘴进 入反应器。 1pH 控制系统; 2废水储池; 3污水泵; 4温控系统; 5气升式环流反应器; 6喷嘴; 7折流沉降器; 8导流筒。 图 1 气升式环流生物反应器处理化肥工业含氨废水装置流程图 2. 2 废水成分 本项目使用的废水是天津 化工厂的生产废 水,其主要成分见表 1, 主要成分浓度范围是根据该 厂近 1a 内的水质监测数据得到的。废水的成分测定 7 环 境 工 程 2006年 4 月第24 卷第2 期 根据水和废水监测分析方法 第三版 进行 。 表 1 废水中主要成分含量mg L NH 4-N CODCrBOD5pH总碱度 CN - SS 56～ 652 111～ 293 35. 5～ 50 . 3 8 . 2～ 8. 5 783～ 861 7. 55～ 7 . 78 31～ 85 . 3 2. 3 反应器的启动 在启动过程中, 首先在反应器中投加城市污水处 理厂的活性污泥 ,稀释后的废水由污水泵输送到反应 器中, 在保持通气的情况下进行间歇反应。pH 控制 在8～ 8. 5,温度保持在 30～ 35 ℃。每 24 h 停车1 次, 泵入新的废水后 ,继续进行间歇反应, 废水浓度逐天 提高。10 d 后开始连续泵入生产废水, 在 30 d 中废 水流量从 3. 3 m 3 h 提高到 13 m3 h, 投加固定化生物 膜载体。 2. 4 载体 载体粒径范围为 2～ 2. 5 mm 。 3 结果与讨论 3. 1 气液比对NH 4-N 和CODCr的去除效果影响 提高气液比可以增加反应器内的溶解氧浓度 ,而 氧在硝化反应中作为电子受体 ,有机化合物的氧化同 样需要氧的参与, 因此提高气液比有利于 NH 4-N 和 CODCr的去除,但气液比增大也会加剧反应器中的流 体湍动 ,使流体剪切力增大 ,容易使载体上固定化的 生物膜脱落,同时气液比增大也会提高气泵的动力消 耗,增加废水处理成本。图 2中显示的是水力停留时 间HRT 5 h 时 T 35 ℃,pH 8,CODCr153. 6 mg L, NH 4- N 476. 8 mg L ,气液比对NH 4-N 和 CODCr去除 效果的影响 , 在气液比 40 时,随着气液比的增大, NH 4- N 和 CODCr的去除率提 高速度减缓。综合考虑废水处理效果和运行成本 ,以 气液比为 50作为工艺的优化参数 。 图 2 气液比对废水中 NH 4-N 和 CODCr去除效果的影响 3. 2 水力停留时间对NH 4-N和CODCr去除效果的影响 水力停留时间 HRT 是影响气升式环流反应器 处理废水效果的重要因素之一 。图 3 是 T 35 ℃, pH8. 0 ,气液比为 50,CODCr 192. 1 mg L ,NH 4- N 502. 4 mg L ,HRT 对废水处理效果的影响 。随着 HRT 的增加 ,NH 4- N 和 CODCr的去除率提高, 但操作费用 也随之提高 。在 HRT 为 5 h 时 , 出水中 NH 4-N 和 CODCr分别降到 10 mg L 和 40 mg L 以下, 相应的去除 率分别达到 98和 75。因此 ,将 HRT 为 5 h 作为 优化参数。 图 3 HRT 对废水中NH 4-N 和 CODCr去除效果影响 3. 3 气升式环流反应器连续运行效果 在优化条件 水力停留时间 HRT 5 h ,气液比为 50, T 35℃, pH 8. 0 条件下, 对气升式环流反应器 处理化肥工业含氨废水的连续运行效果进行考察。 NH 4- N 浓度为 110 ～ 290 mg L, CODCr浓度为 200 ～ 652 mg L的废水经处理后出水中的 CODCr和 NH 4- N 分别降至 50 mg L 和 10 mg L 以下 见图 4 。 图 4 优化条件下连续运行实验结果 4 结论 1 低高径比多导流筒的气升式环流生物反应器 可以有效处理化肥工业含氨废水。 2 低高径比多导流筒的气升式环流生物反应器 处理化肥工业含氨废水的优化条件是 温度 30 ～ 35 ℃, pH 为 8. 0, HRT 为 5 h, 气液比为 50。此时, NH 4- N和CODCr的去除率分别 98和75 , 出水中 下转第 16 页 8 环 境 工 程 2006年 4 月第24 卷第2 期 持膜过滤性能的稳定 。另外, 通过膜分离改善了因污 泥沉降性能不好而导致 SBR固液分离效果不好的弊 端,从而提高了出水水质 。 系统出水水质与生活杂用水水质标准主要项目 比较 [ 6] 见表 2。 表 2 试验系统出水水质与生活杂用水水质标准主要项目比较 项目 CODCr mgL- 1 BOD5 mgL- 1 氨氮 mgL- 1 pH 浊度 度 SS mgL- 1 色度 倍 本系统出水40≤57. 0～ 8 . 0≤220 冲厕、绿化标准≤50≤10≤206. 5～ 9 . 0≤10≤10≤30 扫除、洗车标准≤50≤10≤106. 5～ 9 . 0≤5≤ 5≤30 3 结论 1 应用膜-序批式生物反应器处理生活污水 ,在 不排泥条件下连续运行 48 d, 系统 CODCr、氨氮 、 浊度 的平均去除率分别为 89. 8、99. 3、 99. 6, 其中膜 自身的平均去除率分别为 10. 2、0. 1、9. 5。膜 本身对氨氮几乎无截留 ,但对 CODCr及浊度的强化去 污作用显著,对系统的稳定运行发挥着重要作用。 2 该试验在沉降阶段利用中空纤维微滤膜组件 对上清液进行抽滤, 有效地降低了分离过程中的膜污 染,较好地保持膜过滤性能的稳定 。另外 ,通过膜分 离改善了固液分离效果, 提高了出水水质 ,出水水质 优于生活杂用水水质标准 。 参考文献 [ 1] 张统等. SBR 及其变法污水处理与回用技术. 北京 化学工业出 版社, 2003. [ 2] 张永明等. 双功能陶瓷膜生物反应器处理废水的研究. 环境科 学, 2002,23 4 68. [ 3] Bae T. H, Han S. S , Tak T. M . Mebrane sequencing batch reactor system for treatment of dairy industry wastewater. Process Biochemistry, 2003,39 2 221 -231. [ 4] 刘锐. 一体式膜 -生物反应器的微生物代谢特性及膜污染控制. [ 博士学位论文] . 清华大学环境工程系,2000, 30 -34. [ 5] 张颖等. 一体式MBR 膜自身对有机污染物去除的强化作用. 哈 尔滨工业大学学报. 2004, 36 2 148. [ 6] 生活杂用水水质标准. CJ25. 1 -89. 作者通讯处 冯旭东 100037 北京市海淀区阜成路 11 号 北京工 商大学化学与环境工程学院 电话 010 68985446 E -mail fengxdth. btbu. edu. cn 2005- 08-30 收稿 上接第 8页 NH 4- N 10 mg L ,CODCr50 mg L ,符合国家化肥行 业废水排放标准 GWPB4 -1999 CODCr150 mg L, NH 4- N 60 mg L 。 参考文献 [ 1] Wen Jianping, Pan Lei , Xu Xiaojing, Zhu Zhiyong. Nitrifying treatment of wastewater from fertilizer production in a three-phase flow airlift loop bioreactor. Chemical Engineering and Technology , 2003, 26 271. [ 2] K. Sung-Koo ,K . Insoo, L. Byung-Hun, K . Limseok, Lee . Min- Gyu, S . Kuen Hack. Removal of ammonium -N from a recirculation aquacultural system using an immobilized nitrifies. Aquacultural Engineering , 2000, 21 139. [ 3] Huang Xia, Gui Ping, Qian Yi. Effect of sludge retention time on microbial behaviour in a submerged membrane bioreactor. Process Biochemistry , 2001, 36 1001. [ 4] Wiliam P . Barber, David C. Stuckey. Nitrogen Removal in a Modified Anaerobic Baffled Reactor ABR 2,nitrification. Wat. Res,2000, 34 2423. [ 5] Persson, Frank, Wik, Torsten, Sorensson, Fred, Hermansson, Malte. Distribution and activity of ammonia oxidizing bacteria in a large full - scale trickling filter. Water research,2002, 36 1439. [ 6] Blenke, Heinz. Loop Reactors Advances in Biochemical Engineering. 1979,13 121. [ 7] Bello RA , Robinson CW, Moo- young M . . Gas holdup and overall volumetric oxygen transfer coefficient in airlift contactors. Biotechnol Bioeng , 1985, 27 369. [ 8] Sajc L, Oberadovic B, Vukovic D, Bugarski B. . Hydrodynamics and mass transfer in a four -phase external-loop airlift bioreactor. Biotechnol Prog, 1995,11 420. [ 9] JP. Wen, L . Pan, LP . Du, GZH. Mao. The denitrification treatment of low C N ratio nitrate -nitrogen wastewater in a gas -liquid-solid fluidized bed bioreactor. Chemical Engineering ,2003, 94 155. 作者通讯处 闻建平 300072 天津大学化工学院 电话 022 27890492 E -mail jpwentju. edu. cn 2005- 06-17 收稿 16 环 境 工 程 2006年 4 月第24 卷第2 期 BIO-TREATMENT OF AMMONIA -CONTAINING WASTE WATER FROM CHEMICAL FERTILIZER INDUSTRY WITH A MULTIPLE AIRLIFT LOOP REACTOR Mao Guozhu Wen Jianping Jia Xiaoqiang et al7 Abstract A 80m3gas-liquid-solid three -phase flow multiple airlift loop bioreactor ALRwith a low ratio of height to diameter shas been putinto practice in nitrifying the effluent in one chemical fertilizer plant in China. The influences of the air -to -water flow ratio and hydraulic residence time on ammonia nitrogen reductionare investigated and discussed. The optimum operating conditionssuch as air -to -water flow ratio of 50 and HRT of 5 hours are found. In addition, the average removal rates of CODCrand NH 4-N are respectively higher than 75 and 98. The treatment results of the effluent CODCr50 mg L and NH 4-N10mg L, which are satisfactory. Keywords ammonia nitrogen, bio -treatment, multiple airlift loop reactor and low ratio of height to diameter ANALYSIS OF PHOSPHOROUS AND NITROGEN REMOVAL BY IMPROVED DE OXIDATION DITCH PROCESSTang Minkang XuJianhong Zeng Yan9 Abstract Based on the good effect of Xindou Wastewater Treatment Plant for selecting improved DE oxidation ditch process, it is analysed the improved process and the improved DE oxidation ditch itself. Finally the improved experiments for strengthening phosphorous and nitrogen removal are summarized. Keywords DE oxidation ditch, phosphorous and nitrogen removal, process flow andwastewater treatment TREATMENT OF LEACHATE FROM MUNICIPAL SOLID WASTE IN INCINERATOR WITH UASB Deng Daiqing Xia Fengyi Li Guangming et al 11 Abstract Leachate from solidwaste store -tank in municipal solid waste incinerators factory has the character of high organic contamination and low pH. The start -up perance of commercial -scale UASB reactors to treat leachate at ambient temperature was investigated. The experiment was also designed to investigate the effects of CODCrdegrading efficient on HRT and VLD. The resultsindicate that at a HRT of 6 d and the VLD of 5 kg m3d, the CODCrdegrading efficiency is above 85, and the gas produced from the organic contamination of each raw leachate is 22. 5 L. Keywords UASB, municipal solidwaste, incinerator and leachate EXPERIMENTALSTUDYONRESIDENTIALSEWAGETREATMENTBYMEMBRANE- SEQUENCING BIOREACTORGao Yulan Feng Xudong Wang Ping 14 Abstract Membrane -sequencing bioreactor was used to treat residential sewage. The stability of system was investigated without sludge discharge. The result shows that the average removal efficiency of CODCr, ammonia nitrogen and turbidity has reached 89. 8, 99. 3 and 99. 6 respectively under the conditions of air -water ratio 35∶ 1, operation period 5. 75 h. The membrane has a contribution to the removal efficiency of CODCr, ammonia nitrogenand turbidity respectively with 10. 2, 0. 1 and 9. 5. The membrane separation process can enhance the waste water treatment effect and trans -membrane pressure TMP rises slowly. The effluent quality was superior to the standards for water reuse. Keywords membrane -sequencing bioreactor, residential sewage and ammonia nitrogen TREATMENTOFLEACHATEFROMMUNICIPALSOLIDWASTELANDFILLSBY EVAPORATION INVACUUMYang Qi He Pinjing Shao Liming 17 Abstract Evaporation has been used for treatment of landfill leachate at a certain extent. After a brief summary of development of evaporation technology in treatment of landfill leachate, the emphasis is put on the introduction to a new type of technology -evaporationin vacuum, which is considered to be able to avoid the primary problem of traditional evaporations equipment erosion, and has a low demand on energy supply. The effluent of evaporation in vacuum can be discharged directly to sewage treatment plant, or can be reused after a treatment by membrane. Keywords landfill leachate, equipment erosion, evaporation in vacuum and reverse osmosis PRETREATMENT TEST OF ANTIBIOTICWASTEWATERWITH SUPERHIGHCONCENTRATION Qing Xiangchun Chen Fanzhong Ye Hengpeng et al 20 Abstract The pretreatment of the antibiotic wastewater was studied. The process is flocculation※a biochemical hydrolyzation by the acclimated bacillus anoxic hydrolyzation※re -flocculation※catalytic oxidationby Fenton reagent. Each chemicaloxygen demand CODCrremoval efficiency of the processes is 30. 31, 27. 0, 32 . 88 and33. 82. The chemical oxygen demand CODCrof the wastewater was reducedfrom over 50 000mg L to about 10 000mg L. It provided a of the pretreatment of antibiotic wastewater. Keywords antibiotic wastewater, flocculation, bacillus and Fenton reagent APPLICATIONOFAIR -FLOATATIONANDSBRINTREATMENTOFSILK-MAKING WASTEWATERLi Naiwei Wang Litong Shi Hui 23 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 2,Apr. ,2006