改进型生物接触氧化反应器内实现短程脱氮的实验研究

第29卷第4期2008年8月华北水利水电学院学报JournalofNorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerVol129No14Aug.2008收稿日期:2008-04-30基金项目:辽宁省教育厅A类项目资助课题(05L024).作者简介:荣中原(1981—),男,河南濮阳人,在读硕士研究生,主要从事废水处理方面的研究.文章编号:1002-5634(2008)04-0091-03改进型生物接触氧化反应器内实现短程脱氮的实验研究荣中原,朱波,徐继润(大连大学环境与化学工程学院,辽宁大连116622)摘要:根据短程硝化反硝化生物脱氮的理论要求及生物接触反应器的工艺特性,对传统的生物接触氧化反应器进行了结构与水流流态的改进,在改进后的反应器中,利用人工含氮废水,进行了常温下短程脱氮的可行性与工艺条件的探讨.试验结果表明:在常温(20～25℃),弱碱性(pH=8),低碳氮比(C/N=3)的条件下,控制适当的溶解氧浓度(M(DO)=1.0～1.5mg/L),可有效地实现短程脱氮的目的,亚硝态氮积累率可达70%～84%,氨氮的转化率在80%以上,说明利用生物接触氧化反应器进行短程脱氮是可行的.关键词:改进型生物接触氧化反应器;短程硝化反硝化;亚硝酸盐积累中图分类号:X703文献标识码:B在传统的生物脱氮过程中,亚硝态氮在整个脱氮工艺中,既是硝化过程的中间产物,也是反硝化过程的中间产物,即其被氧化为硝酸盐再被还原为亚硝态氮的过程是非脱氮工艺所必须的.利用参与硝化过程的2种类型细菌(亚硝酸菌和硝酸菌)性质的不同提出的短程脱氮工艺在一定程度上避免了此问题.据相关文献[1-2],应用短程脱氮工艺可节省25%的氧及40%的碳源,并减少63%的污泥及30%～40%的反应器容积.短程硝化反硝化工艺的明显优势使其受到了国内外研究者的广泛关注.在不对氨态氮氧化产生较大影响的前提下,抑制亚硝酸盐的氧化过程,获得稳定的亚硝酸盐积累,是成功实现短程硝化反硝化工艺的关键.影响亚硝酸盐积累的主要因素有游离氨(FA)浓度、溶解氧(DO)浓度、温度、pH值、污泥龄及盐度等,利用亚硝化菌和硝化菌对这些因素的不同反应程度可抑制硝化菌的作用而实现短程脱氮.已有研究大多基于小型反应器内的间歇悬浮生长工艺[3-4],对氮的去除率偏低[5],对接触氧化系统中进行常温下短程脱氮工艺的研究较少.故笔者依据短程脱氮的生化特性,在改进的生物接触氧化反应器中探讨了常温下短程硝化反硝化的运行控制条件,以期对含氮污水进行更有效地处理.1实验装置与方法1.1实验装置短程硝化反硝化反应对硝化菌的抑制是通过生化条件的选择实现的.综合考虑短程脱氮及附着生长系统生物膜的特性,对常规生物接触氧化反应器进行了改造,设置了不同的功能分区,形成一定的环境条件空间变化梯度,以适应短程脱氮不同反应阶段对生化条件的要求.试验装置如图1所示,采用PVC板材制作的反应器分为4格,每格宽150mm,长800mm,格内装有直径200mm的弹性立体填料.前2格为缺氧区(第2格兼有过渡区的特点),后2格为好氧区,以穿孔管和曝气头相接合的曝气方式供氧,以阀门控制溶解氧浓度.反应器内水流整体上为推流式.进水量、循环量、污泥回流量采用自动增压泵控制,以转子流量计测量流量.整个试验温度为常温(15～25℃).1.2配水水质为便于考察,采用人工配置的废水作为研究对象,配水水质见表1.以(NH4)2SO4提供氮源,在试验的不同阶段改变投加量;以葡萄糖提供碳源使其保持在350mg/L左右.图1试验装置表1配水水质成分含量/(mg·L-1)成分含量/(mg·L-1)KH2PO420.0MgSO4·7H2O40.0CaCl240.0FeCl31.3EDTA1500.0H3BO4140.0ZnSO4·7H2O15.0MnCl2·7H20990.0CuSO4·5H2O250.0NH4MoO4·H2O220.0NiCl2199.01.3培养和驯化以采用工艺的某污水处理厂二沉池回流污泥作为接种污泥,污泥MLSS为4000～5000mg/L,采用连续培养挂膜方式.整个驯化培养阶段水流量控制在560L/d,水力停留时间为12h.内部循环和活性污泥回流分别为1120L/d和560L/d.反应器好氧区溶解氧维持在1.5～2.0mg/L,pH值维持在7.5左右.驯化培养分2个阶段:第一阶段25d,进水的NH+4—N为70mg/L;第二阶段20d,进水NH+4—N为120mg/L.然后进入稳定运行期,进行试验考察.1.4分析项目及方法COD,NH+4—N,NO-2—N,NO-3—N,TN,总碱度等均采用文献[6]的方法,pH值用PHS-2C型精密酸度计测量,DO用微电脑溶解氧测量仪测定,微生物物