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        前置反硝化生物濾池處理化工企業生化尾水

        更新時間:2020-11-09 15:13 來源:工業水處理 作者: 趙選英,等 閱讀:5670 網友評論0

        化工企業廢水具有有機物污染濃度高、毒害性強、難以生物降解及色度高等特點,是一類難處理的廢水。常規的處理方法是組合使用物化和生化技術,但生化處理后的尾水水質復雜、可生化性低,含有穩定的難降解的有毒污染物。因此采用有效的深度處理工藝尤為重要。

        某化工企業主要生產殺菌劑、除草劑、中間體等農化品,產生的廢水氮含量較高,經廠區污水廠現有預處理—生化工藝處理后,仍未達到當地GB 31571—2015的直接排放標準要求,生化出水COD較低,但硝態氮濃度較高。

        污水脫氮方法主要有物理化學法與生物脫氮法。生物法能耗較低、化學試劑投入較少,在污水處理中特別是大、中型污水處理廠廣泛應用。曝氣生物濾池集生物氧化和截留懸浮固體于一體,同時填充載體材料對水流可起到強制紊流的作用,強化微生物和污染物的富集與傳質,實現污水污染物的高效去除。

        前置反硝化生物濾池結合了A/O工藝和曝氣生物濾池工藝的特點,具有良好的脫氮效果,被廣泛用于尾水的深度處理中。該工藝不但出水穩定、投加碳源量少、節約藥劑成本,同時流程相對簡單,省去中間沉淀池,節約建筑成本。

        很多研究者對前置反硝化生物濾池脫氮效率的影響因素進行分析。研究表明硝化液回流比、碳氮比及水力負荷直接影響系統的脫氮效果。

        筆者針對某化工企業生化尾水硝態氮濃度高、COD低的特點,提出采用前置反硝化生物濾池工藝,兩端濾池均用聚氨酯為填料,探討停留時間、回流比及碳氮比等參數對該生化出水脫氮效果的影響,并進行小試調試,為實際工程應用提供參考。

        1 實驗部分

        1.1 實驗裝置

        實驗裝置由2個濾池串聯而成,前端為缺氧生物濾池,后端為好氧生物濾池,水流方向均為升流。污水由缺氧生物濾池底部進入,從上端溢流堰自流至好氧生物濾池底部,隨后從好氧生物濾池頂部溢流堰排出,出水部分回流至缺氧池。缺氧池和好氧池柱體高45 cm,直徑10 cm,柱體采用有機玻璃制成,容積均為3.5 L,兩濾池均填充聚氨酯輕質填料。缺氧池溶解氧控制在0.5 mg/L以下,好氧池隔板處設有1個曝氣口,通過氣體流量計控制池內溶解氧為2~4 mg/L。前置反硝化生物濾池實驗裝置如圖 1所示。

        1.2 實驗用水

        模擬配水:用自來水進行配水,氨氮由氯化銨配制,硝酸鹽氮由硝酸鈉配制,COD由甲醇配制,加入少量稀鹽酸或碳酸鈉溶液調節配水pH至7~8。

        實際廢水:取自安徽某化工企業污水站生化出水,污水站生化段原有工藝為厭氧—兼氧—好氧,原有廢水處理工藝啟動后污水站出水水質為COD≤80 mg/L、TN 110~160 mg/L,其中硝酸鹽氮占比在90%以上,pH為6.5~7.0??梢钥闯鲈撐鬯甌N超標較嚴重(排放標準≤15 mg/L)。由于前置反硝化脫氮過程中碳源明顯不足,因此實驗過程投加少量甲醇作為外加碳源,并加入少量碳酸鈉調節廢水pH至7~8。

        1.3 實驗方案

        實驗分為3個階段。第1階段以模擬配水為實驗用水,進行裝置掛膜啟動。

        好氧生物濾池啟動:首先向反應器內加入500 mL活性污泥,進水水質COD為80 mg/L,NH3-N為30 mg/L,控制DO為2~4 mg/L,HRT為12 h,出水COD去除率穩定在70%,氨氮去除率穩定在90%以上,說明好氧生物濾池掛膜成功。

        缺氧生物濾池啟動:首先向反應器內加入500 mL活性污泥,進水COD為400 mg/L,NO3--N為100 mg/L,控制DO<0.5 mg/L,pH在7~8,HRT為12 h,出水COD去除率穩定在90%以上,TN去除率穩定在80%以上,說明缺氧生物濾池掛膜成功。

        好氧生物濾池和缺氧生物濾池均掛膜成功后,組裝前置反硝化生物濾池反應器(見圖 1),控制硝化液回流比為1:1,HRT為12 h,定期監測進出水水質,水質穩定后則認為前置反硝化生物濾池啟動成功。

        第2階段以實際廢水為實驗用水,考察運行參數對前置反硝化生物濾池工藝處理性能的影響。分別進行不同水力停留時間、硝化液回流比、碳氮比實驗。每次調節運行參數后運行3~5 d,穩定后開始采樣測試,連續采樣15 d,結束后進行下一參數實驗。

        第3階段,實際廢水于前置反硝化生物濾池系統中,在最佳運行參數條件下小試運行。

        1.4 分析方法

        DO采用hqd-ldo型溶解氧測定儀(美國哈希公司)測定;pH采用pHS-3C pH計(雷磁公司)測定;COD采用HJ 828—2017《水質化學需氧量的測定重鉻酸鹽法》測定;NO3--N采用HJ/T 346—2007《水質硝酸鹽氮的測定紫外分光光度法》測定;NH4+-N采用HJ 535—2009《水質氨氮的測定納氏試劑分光光度法》測定;TN采用HJ 636—2012《水質總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》測定。

        2 結果與討論

        考察運行參數對前置反硝化生物濾池工藝處理性能的影響時,實驗用水為某化工廠生化尾水,缺少足夠的營養源,因此根據水樣COD和TN,按一定比例投加甲醇補充碳源(1 g甲醇=1.5 g COD),并加入少量碳酸鈉調節廢水pH至7~8,配制好后進行實驗。

        2.1 水力停留時間(HRT)

        水力停留時間是生物濾池的重要工藝參數,直接影響污水在濾池內與生物膜的反應接觸時間,進而決定對污水的處理效果。投加甲醇控制m(COD):m(TN)=4,控制回流比為100%,調節HRT依次為8、6、5 h,每次調節參數后運行3~5 d,穩定后開始采樣測試,連續采樣15 d,考察HRT對前置反硝化生物濾池處理生化尾水脫氮效果的影響,結果見圖 2。

        由圖 2可見,隨著HRT的減小,COD去除率總體呈下降趨勢,但仍能保持在85%以上,TN去除率總體也呈下降趨勢,HRT為8 h和6 h時去除率相差不大,均在90%左右,但HRT縮短至5 h時TN去除率下降明顯,為78.9%。

        TN主要通過缺氧池的反硝化作用去除,水力停留時間縮短后,有機物尚未被完全降解便被水流帶走,使得異養反硝化菌對碳源的利用率不足,TN去除效果降低。綜合考慮土建成本及處理效果,HRT設為6 h較佳。

        2.2 回流比

        投加甲醇控制m(COD):m(TN)=4,控制HRT為6 h,調節回流比依次為50%、100%、200%,考察回流比對前置反硝化生物濾池脫氮效果的影響,結果見圖 3。

        由圖 3可以看出,隨著回流比從1:2提高至2:1,系統對COD的去除率先增大后減小,其中回流比為100%時系統對COD的去除率可達到88.5%;系統對硝酸鹽氮及TN的去除效果也表現為先增加后減小,其中回流比為100%時,TN去除率達到89.5%。

        上述結果表明,適當的硝化液回流比對COD及TN的去除有利,馬秋瑩等和李汝琪等的研究也得到相似結論?;亓鞅葟?0%提高至100%,稀釋了缺氧反硝化生物濾池的進水濃度,同時進入反硝化池的硝酸鹽和亞硝酸鹽增加,促使反硝化菌利用更多的有機物進行脫氮,COD和TN去除率均得以提高;但當回流比提高至200%時,一方面產生較大的水力負荷,縮短了污水在系統中的停留時間,加大濾層的過流速度和水力剪切,使生物膜容易脫落而被水流帶出,另一方面導致回流液攜帶至缺氧反硝化生物濾池的DO增加,進而使反硝化反應受到抑制,因此COD和TN去除效果均下降。在前置反硝化生物濾池運行中,選擇回流比為100%較佳。

        2.3 碳氮比

        控制HRT為6 h,回流比為100%,通過投加甲醇補充碳源,調節碳氮比分別為3、4、5,考察碳氮比對前置反硝化生物濾池脫氮效果的影響,結果見圖 4。

        由圖 4可以看出,碳氮比由3提高至5,COD、NO3--N及TN的去除率總體呈上升趨勢;碳氮比從3升至4,去除率提高較為明顯,碳氮比從4提高至5時,去除率提高趨勢趨于平緩。

        當進水有機物濃度較低時,對于反硝化生物濾池,碳源會成為限制因素,COD和TN去除效果較差。而逐步提高碳氮比會有效提升去除效果。但碳氮比過高時進水中的有機物濃度高,即使COD去除效果好,出水COD也會相應提高,且增加藥劑成本。綜合考慮污水處理效果及運行成本,選用碳氮比為4較佳。

        2.4 實際廢水運行效果

        該化工廠生化尾水pH為6.5~7,COD約為50 mg/L,NO3--N約為100 mg/L,TN約為110 mg/L。將前置反硝化生物濾池裝置HRT設為6 h,回流比100%,同時根據廢水COD及TN投加甲醇,控制碳氮比為4,補加少許碳酸鈉控制pH為7~8,運行30 d,具體運行效果見圖 5。

        從運行效果來看,前置反硝化生物濾池的運行效果穩定,COD去除率在85%~92%,TN去除率在87%~93%,出水COD穩定在80 mg/L以下,TN可穩定在15 mg/L以下,達到當地排放標準要求。

        3 結論

        (1)研究了前置反硝化生物濾池的停留時間、回流比及碳氮比等參數對某化工企業生化尾水脫氮效果的影響。隨著HRT從8 h縮短至5 h,COD及TN去除率總體呈下降趨勢;適當增加硝化液回流比有利于提高系統脫氮效率,隨著回流比由50%提高至200%,系統對COD及TN的去除率表現為先增大后減??;隨著碳氮比由3提高至5,COD、NO3--N及TN去除率總體呈上升趨勢。

        (2)綜合考慮污水處理效果、投資及運行成本,設置HRT為6 h,回流比為100%,同時根據廢水COD及TN情況投加甲醇,控制碳氮比為4,補加少許碳酸鈉控制pH7~8,運行30 d。從運行效果來看,采用前置反硝化生物濾池處理某化工廠生化尾水,取得良好的脫氮效果,出水COD可穩定在80 mg/L以下,TN可穩定在15 mg/L以下,已達到當地排放標準要求。

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