分段进水A_O脱氮工艺反硝化速率的测定.pdf

分段进水 A O 脱氮工艺反硝化速率的测定 王社平 1,2 王卿卿 1 惠灵灵 1 金尚勇 1 1.西安市市政设计研究院, 陕西 西安 710068; 2. 西安建筑科技大学环境与市政工程学院, 陕西 西安 710055 摘要 采用分段进水 A O 脱氮工艺中试装置, 对活性污泥的反硝化速率进行测定, 结果表明 反硝化过程存在 3 个速 率明显不同的阶段, 且随着反应时间的延长, 反硝化速率逐渐降低。 根据试验结果, 提出城市污水厂缺氧选择池和生 化反应池缺氧区设计计算时反硝化速率、水力停留时间的参考值。 关键词 城市污水 反硝化速率 分段进水 A O 脱氮工艺 0 引言 反硝化速率的测定对于城市污水处理厂生化反 应池缺氧区及缺氧选择池的设计具有十分重要的意 义。利用测定的反硝化速率, 可更加合理的确定生物 反应池的水力停留时间, 使其既能满足反硝化反应的 充分进行 ,又不至于停留时间过长 ,池容过大 ,增加构 筑物的投资。由于反硝化反应是由异养型厌氧微生 物完成的生物化学过程, 在缺氧 不存在分子态溶解 氧 条件下 ,利用硝酸盐中的氧作为电子受体 ,有机物 作为碳 源及电子供体 , 由 反硝化菌将 NO - 2- N 和 NO - 3-N还原成气态氮 N2 或N2O、 NO [ 1] 。 因此 ,通过测定混合液中起始的 NO - 3- N 浓度 ,并 间隔一定时间段测定混合液中 NO - 3- N 的浓度, 根据 测定结果即可得到 NO - 3-N 浓度随时间的变化曲线, 利用曲线的斜率 r 和测定的混合液 MLVSS 值, 由式 NURr MLVSS 即可求得反硝化速率 mg gh [ 2] 。 试验结合分段进水 A O 脱氮工艺中试 , 以实际 城市污水处理厂进水为试验用水, 测定分段进水 A O 脱氮工艺中试装置中活性污泥的反硝化速率。其结 果可作为城市污水厂生化反应池缺氧区和缺氧选择 池设计时参考。 1 试验装置与方法 1. 1 试验装置 测定活性污泥反硝化速率的试验装置采用间歇 式反应器, 如图 1。试验装置为有机玻璃制成, 直径 D 15 cm,高 H 25 cm, 有效容积 V 4 200 cm 3 。 1. 2 测定方法 在分段进水 A O 脱氮工艺中试装置第一级缺氧 区中 ,取 1 L 活性污泥混合液 ,静沉30 min 后 ,排出上 1磁力搅拌器; 2排气管; 3氮气通气管; 4取样口; 5pH T 测量仪; 6玻璃电极; 7温度计探头; 8磁子; 9反应器。 图 1 活性污泥反硝化速率测定装置 清液 。向间歇式反应器内通入氮气 ,将反应器内的空 气排出,然后用漏斗将静置沉淀后的活性污泥和经过 滤后的原污水先后加入间歇式反应器中 ,使反应器内 的混合液容积达4 000 cm 3 , 同时 ,加入一定量的硝酸 钾 KNO3 和 0. 5 mL 丙烯基硫脲 Allylthiourea , 简称 ATU,可以抑制亚硝化细菌的活性 , 从而抑制活性污 泥的硝化反应 [ 3] ,使混合液中硝酸盐的起始浓度控 制在 25 ～ 45 mg L。再次向反应器中通入氮气, 以隔 绝空气中的氧气, 消除耗氧反应对反硝化作用的影 响,并采用磁力搅拌器搅拌 ,使活性污泥混合液和原 水充分混合 。然后开始计时并取第 1 个水样, 随后间 隔4、8、12、16、20、25、30、35、40、50、60、70、80、100、 120、 140、 160、180、 200、 220、 240、260 min 取样 ,将取出 的混合液过滤后测定其NO - 3- N 的浓度值。试验结束 时,测定混合液中 MLVSS 值 。根据不同时刻测定的 NO - 3-N 浓度值 ,绘制 NO - 3-N 浓度随时间的变化曲线 图,通过计算曲线的斜率 r ,即可求得反硝化速率。 56 环 境 工 程 2008年 6 月第26 卷第3 期 2 试验结果与分析 2. 1 活性污泥反硝化速率的测定结果 试验期间, 测定分段进水 A O 脱氮中试装置第 一级缺氧区活性污泥的反硝化速率 ,其结果如图 2 所 示,反硝化速率值如表 1所示。 图2 不同的硝酸盐起始浓度下活性污泥反硝化速率曲线 表 1 活性污泥反硝化速率测定结果 试验 编号 NO - 3-N 初始浓度 mgL - 1 NUR 曲线斜率 r mgL- 1h- 1 第 1 段第 2 段第 3段 MLVSS gL- 1 温度 ℃ 反硝化速率 mgg- 1h- 1 第 1 段第 2段第3 段 a34. 3318. 246. 383. 111. 1525. 615. 865. 552. 70 b28. 0032. 526. 833. 081. 6123. 320. 204. 241. 91 c42. 3232. 6710. 322. 741. 9223. 117. 025. 381. 43 d31. 8414. 795. 673. 891. 1324. 713. 095. 023. 44 2. 2 结果分析 由图 2 可以看出 ,反硝化过程中存在 3 个明显不 同速率变化阶段 ,且随着反应时间的延长 ,反硝化速 率逐渐降低 。第 1 阶段反硝化速率最大 , 混合液中 NO - 3- N 浓度下降最快, 试验期间得到的最大反硝化 速率值为 13. 09～ 20. 20 mg g h ,测定第 1 阶段反硝 化过程反应时间变化较大, 在 12 ～ 30 min, 这主要是 受实际污水厂进水水质变化的影响。在此阶段反硝 化菌优先利用污水中易生物降解的可溶性有机物作 为碳源进行反硝化反应 ,此时的反硝化速率与 NO - 3- N 浓度高低无关 ,而只与反硝化菌的数量有关 。实测 的最大反硝化速率值可作为城市污水厂缺氧选择池 工艺设计计算时参考 ,缺氧选择池水力停留时间可采 用15～ 30 min 。第 2 阶段反硝化速率降低, 试验得到 该阶段反硝化速率值为 4. 24 ～ 5. 55 mg g h , 反应 时间在 60～ 130 min 。这是由于反硝化菌在易降解有 机基质耗尽后所利用的碳源是颗粒态及复杂的可缓 慢降解的有机基质。实测第 2 阶段反硝化速率值可 作为城市污水厂生化反应池缺氧区工艺计算时参考。 第3 阶段反硝化速率更低, 试验期间得到的反硝化速 率值为 1. 91 ～ 3. 44 mg gh , 此阶段反应时间为 40～ 80 min ,分析原因主要是可生物降解的碳源已基 本耗尽 ,反硝化菌只能通过细胞物质的自身氧化, 即 内源呼吸代谢产物作碳源进行反硝化反应,所以反应 速率低。 在测定反硝化速率过程中 ,还进行了污水中有机 物 COD 降解的分析测定, 考察反应过程中 COD 降 解量与 NO - 3- N 降解量之间的关系 。以图 2 试验 d 为例 , 反应 开始 时, 实测 NO - 3- N 的 初始 浓度 为 31. 84 mg L ,溶解态 COD 的初始浓度为 174. 00 mg L, 反应结束时 NO - 3-N 的剩余浓度为 5. 71 mg L , 溶解态 COD的剩余浓度为 94. 00 mg L。理论上 , 电子受体 NO - 3- N 的化学需氧量 COD 的当量为 2. 86 g g, 即转 化 1 g L NO - 3- N 为 N2时, 需 消耗 有 机物 COD 57 环 境 工 程 2008年 6 月第26 卷第3 期 2. 86 g g [ 4] 。 而实际测得 COD 降解量与 NO - 3- N 降解量 的比值ΔSCOD ΔSNO- 3 - N 174. 00 -94. 00 31. 84 - 5. 71 3. 06。结果表明, 反应过程中 NO - 3- N 降解量 与对应的 COD 降解量的比值大于理论值。分析产生 偏差的主要原因是 1 在试验过程中 ,由于是实际城 市污水,混合液中多少会有分子态溶解氧作为电子受 体消耗了溶解态的 COD; 2 原水中一部分可生物降 解的有机物转化成了细胞物质 ; 3 原水中还有一些 有机物属于难生物降解性的, 在测定反硝化速率试验 过程中未被代谢利用 。 3 结论 1 反硝化过程中存在 3 个速率明显不同的反硝 化速率阶段 ,且随着反应时间的延长, 反硝化速率逐 渐降低。第1 阶段反硝化速率最大, 其反硝化速率值 为 13. 09 ～ 20. 20 mg g h , 所需反应时间为 12 ～ 30 min ; 第 2 阶段反硝化速率次之 , 反硝化速率值为 4. 24～ 5. 55 mg gh ,反应时间在 60～ 130 min; 第 3 阶段 反硝化速率 最小, 反硝 化速率 值为 1. 91 ～ 3. 44 mg g h ,反应时间为 40～ 80 min。 2 城市污水厂进水水质变化对反硝化过程影响 较大 。研究得到的反硝化速率值和反应时间可作为 城市污水厂缺氧选择池、生化反应池缺氧区工艺设计 计算时参考 。 3 由于试验过程存在偏差, 实际测得的反硝化 过程中 NO - 3-N 降解量与对应的 COD 降解量的比值 大于理论值 。 参考文献 [ 1] 郑兴灿. 污水除磷脱氮技术. 北京 中国建筑工业出版社, 1998 [ 2] 王社平, 彭党聪. 城市污水分段进水 A O 脱氮工艺实验研究. 环 境科学研究, 2006, 19 3 78 -83 [ 3] 王建龙, 吴立波, 齐星, 等. 用氧吸收速率 OUR表征活性污泥硝 化活性的研究. 环境科学学报, 1999, 9 3 225 -229 [ 4] Leslie Grady C P, Jr Glen T Daigger. 废水生物处理. 第二版. 张锡 辉, 刘勇弟, 译. 北京 化学工业出版社, 2003 作者通信处 王社平 710068 西安市朱雀大街中段 50 号 西安市 市政设计研究院 E -mail wsp901 vip. sina. com 2007- 09-04 收稿 上接第 19页 表 3 稳定运行 21 d出水 COD平均结果 项目水解出水厌氧出水好氧出水混凝 COD mgL- 16 6903 6701 520294 去除率 43. 554. 99. 7 总去除率 87. 297. 6 注 原水 13～ 15 g L, 预处理11 830 mg L 。 3 结论 1 水解 酸化-厌氧 2 级运行条件为, 温度 35～ 38℃,水力停留时间 24 h, 进水浓度为 12. 0 g L; 好氧单元可在常温下进行, 设计进水 COD 浓度控制 在2. 0 g L 以下,水力停留时间 12 h。 2 水解 酸化 单元添加优势复合菌对去除COD 具有显著效果, 经水解 酸化-厌氧 2 级处理 COD 去除率87. 2,厌氧单级反应器负荷 3. 1 kg m 3d , 系统平均去除负荷达 4 kg m 3d , 再经过好氧处理, 该废水COD总去除率达 97. 6。 参考文献 [ 1] 陈新宇, 陈翼孙, 李长兴, 等. 水解酸化-生物接触氧化处理难 降解丁苯橡胶废水的研究. 给水排水, 1997, 23 2 32 -35 [ 2] 尤作亮, 蒋展鹏, 祝万鹏, 等. 橡胶工业废水深度处理回用的研 究. 环境科学, 1998, 19 2 47 -50 [ 3] 薛慧峰, 赵家林, 赵旭涛. 丁苯橡胶废水中有机物的定性分析. 分析化学, 2006, 9 141 -144 [ 4] 赵春霞, 邱熔处, 张春辉. 微电解处理合成橡胶废水工艺的混 凝效果研究. 兰州交通大学学报自然科学版 , 2004, 23 1 57 -60 [ 5] 陈广春, 袁爱华, 唐玉斌, 等. 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The main purpose of backwashing is to carefully control and maintain the biomass with a suitable range on the media. In this experiment it was found that suspended biomass was the main body whichwasremoved during backwashing, and itwas the attachedbiomass that should be carefully controlled during backwashing of BAC filters. Keywords biological activated carbon filters backwashing biomass PRETREATMENT TECHNOLOGY OF CHEMICAL WASTEWATER WITH HIGH CONCENTRAT- ION BY Fe C INNER -ELECTROLYSIS Han Rongxin Li Yanfeng Yu Fenggang et al 45 Abstract A study on pretreatment of chemical industry wastewater with high concentration contamination by non -aeratd inner -electrolysis was carriedout. The optimum operation conditions are as follows pH is4～ 5, the rate of the solid quality and the liquid bulk is 0. 8 g mL, HR T is60 min, The ratio of the iron and the active carbon quality is 3∶ 1, the removal rates of COD and chromaticity were 71. 6 and 87. 5 respectively, the BOD5 COD ratio was improved from 0. 09 to 0. 19, and the reached a good pretreatment effect. And the effect of the reaction temperature on the inner -electrolysis was studied, too. Keywords inner -electrolysis industrial wastewater COD chromaticity TECHNIQUEOFTREATINGCOLDROLLINGEMULSIONWASTEWATERANDITS APPLICATIONLi Zhengyao Song Cunyi Wang Li 48 Abstract The treatment of cold rolling emulsion wastewater from an iron and steel corporation was studied, whose oil and COD were 6 200mg L and 3 400 mg L respectively. Organic polymer SYS and polyaluminium chloride were used as efficient emulsion breaker. The rate of oilremoval was 99. 58 and the rate of COD removal was 97. 79 after two -step demulsification.The suited conditions of the two step demulsification were confirmed after examining the effectsof the amount of emulsion breaker, time for demulsification, mixing intensity and pH on demulsification. The process of separating oil -demulsification-airfloatation-filtration has been adopted. The effluent meets the second-order of the national sewage discharge. Keywords cold rolling emulsion wastewater demulsify application TREATMENT OF OILY WASTE EMULSION BY MICROELECTROLYSIS-FENTON PROCESS Li Chuncheng 51 Abstract Treatment of the oily waste emulsion produced in the machining by microelectrolysis -Fenton processwas studied. The influences of pH, the quantity of H2O2, the quantity of iron fragment, the ratio of Fe C and the reaction time on treatment effectswere explored. Onthe best influent condition, the removal rate of COD was above 97. Keywords waste emulsion microelectrolysis -Fenton COD removal rate TREATMENT OF HEXAVALENT CHROME CrⅥ IN WASTEWATER FROM VANADIUM INDUSTRYXie Jinglong 54 Abstract The redox reaction can be produced by the reducing property of Na2S in the original treating system and hexavalent chrome Cr Ⅵ in the wastewater, which can reduce CrⅥto CrⅢ, then chemical deposition is used to remove it. Project practice proves that this has an obvious effect. Keywords hexavalent chrome oxidation reduction solubility product treatment THE DETERMINATION OFDENITRIFICATION RATEOFSTEP-FEED A ONITROGEN REMOVAL PROCESSWang Sheping Wang Qingqing Hui Lingling et al 56 Abstract The denitrification rate is determined in batch reactor, the results indicated that there are three stages with obvious different denitrification rates in the denitrification process, and with the reaction time prolonging , the denitrification rate declined gradually. According to the experimental results, the reference values of the denitrification rate and hydraulic retention time HR Tare suggested, which are used in designing and calculating the anoxic selecting tank and the bio -reactor anoxic zone of the municipal wastewater treatment plant MWTP . Keywords municipal wastewater denitrification rate step -feed nitrogen removal process THE APPLICATIONS OF GREY CLUSTER RELATION ANALYSIS TO ASSESS THE WATER ENVIRONMENTAL QUALITYWang Qingfen Wang Boduo MaJunjie et al 59 Abstract This paper applies grey cluster relation analysis in water environmental quality assessment to introduce its and procedure. After using this to uates Xingping, Nanying, Tieluqiao and Zhonglong monitoring sections of Weihe River in Xianyang based on the year of 2005 water quality monitoring result, water quality of four monitoring sections are classified to Ⅴ , whose order is Nanying 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 3, June ,2008