短程硝化生物脱氮技术相较于传统全程硝化具有很多优点[1], 使其成为近年来含氮废水处理领域的研究热点。国内外学者和工程技术人员从影响亚硝酸盐积累和稳定的诸多因素入手, 开展了大量的研究工作。虽然取得了很多的进展, 但是始终未能有效解决控制硝化过程停留在亚硝酸盐阶段的问题。本试验以溶解氧 (DO) 为控制因素, 研究利用低溶解氧实现亚硝酸盐 (NO2--N) 积累并验证低溶解氧下短程硝化过程的稳定性。
1 材料与方法
1.1 试验用水
试验原废水平均水质指标如表1所示。
试验需要对原废水进行稀释并投加其它营养物质的处理, 以满足本试验对进水的要求。
1.2 试验装置
试验装置如图1所示, 三个反应池Ⅰ (缺氧池) 、Ⅱ (好氧池) 、Ⅲ (SBR池) 容积比为2∶3∶3。试验采用蠕动泵控制进水、缺氧池和SBR池混合液回流及出水。试验进水流量为8.4L/d, 污泥浓度控制在2800～3500mg/L。曝气采用微孔曝气盘, 通过空气泵控制好氧池与SBR池内溶解氧浓度。
1.3 分析项目及方法
NH4+-N:纳氏试剂比色法, N O2--N:N- (1萘基) -乙二胺光度法, NO3--N:紫外分光光度法, MLSS:标准重量法, CODcr:标准重铬酸钾法。
1-进水泵;2-搅拌器;3-微孔曝气盘;4-自动控制装置;5-空气泵;6-硝化液回流泵;7-污泥回流泵;8-排水阀门;9-出水泵
2 结果与讨论
2.1 污泥驯化
试验接种污泥取自某生活污水处理厂, 需要进行驯化。驯化初期控制进水NH4+-N和CODcr在较低浓度, 通过每天的观察和水质监测, 接种污泥的生物活性逐渐增强, NH4+-N和CODcr的去除率稳步上升。驯化后期, 通过逐渐提高系统进水氨氮浓度来增大系统氨氮负荷率, 最终进水氨氮浓度稳定在280mgNH4+-N/L, 系统氨氮出水浓度一直处于20mgNH4+-N/L以下。好氧池DO控制在3mg/L以上, 没有检测到亚硝酸盐。
2.2 短程硝化试验
为了掌握在不同DO浓度下好氧池亚硝酸盐积累的情况, 以确定最佳DO浓度值, 试验考察了多个DO浓度水平。试验结果表明, 当DO=1.0mg/L时, 系统氨氮去除率为88.3%, 短程硝化率也达到了84.7%, 氨氮去除率和短程硝化率都处于较高的水平。因此, 最终确定试验的最佳DO浓度为1.0mg/L。控制好氧池DO=1.0mg/L, 短程硝化试验持续了72d, 结果表明, 在系统平均进水氨氮浓度280.1mgNH4+-N/L的情况下, 平均出水氨氮浓度仅为12.3mgNH4+-N/L, 去除率超过95%。长期维持低DO浓度可以获得稳定的亚硝酸盐积累 (平均为82.1%) , 能够实现系统短程硝化生物脱氮。
2.3 短程硝化稳定性试验
为了验证低溶解氧下短程硝化的稳定性, 在好氧池内短程硝化过程建立起来以后, 通过试验分别考察进水氨氮浓度的变化及溶解氧浓度的变化对系统氨氮去除率及短程硝化的影响。
2.3.1 氨氮浓度变化的影响
控制DO=1.0mg/L, 其它运行条件不变, 逐步降低系统的进水NH4+-N浓度。
由图2知:随着进水NH4+-N浓度的降低, 出水NH4+-N浓度随之下降 (平均为5.2mg/L) , 好氧池内亚硝酸盐氮浓度也随之下降 (从193mg/L降到112mg/L) , 好氧池内硝酸盐氮浓度却没有发生显著的变化, 基本维持在40mg/L左右 (平均为43.1mg/L) 。氨氮去除率比短程硝化试验阶段略有提高 (平均为97.4%) , 由于亚硝酸盐氮浓度降低而硝酸盐氮浓度基本不变, 所以亚硝酸盐积累率从85.4%下降至72.3%。硝酸盐氮的浓度并没有因NH4+-N浓度的降低而提高, 从而证实了本试验中低溶解氧是维持好氧池内亚硝酸盐积累的关键因素而与进水的氨氮浓度没有太大关系。
2.3.2 溶解氧浓度变化的影响
将进水氨氮浓度恢复到较高水平后, 保持进水NH4+-N浓度和其它运行条件不变, 提高好氧池的曝气量, 把其溶解氧提升至2.5mg/L。
好氧池内硝化情况的变化如图3所示。好氧池内的硝酸盐氮浓度迅速上升, 6d以后, 绝大部分的NH4+-N转化为硝酸盐氮, 短程硝化率降至15.1%。从中可以推断出氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌在活性污泥絮体中的分布状况。活性污泥絮体中的亚硝酸盐氧化菌可能存活在絮体的里层, 而氨氧化菌则占据了絮体的外层, 这样, 在低溶解氧状态下, 几乎所有的溶解氧均被外层的氨氧化菌所利用, 而处在内层的亚硝酸盐氧化菌得不到充足的氧, 活性受到抑制, 从而造成了亚硝酸盐的积累。但是当好氧池内的溶解氧水平恢复到2.5mg/L后, 氧气得以扩散到絮体内层, 此时亚硝酸盐氧化菌可以得到充足的溶解氧, 这样全程硝化就得以恢复。然后, 把溶解氧再次降低到1.0mg/L, 好氧池内的亚硝酸盐氮又迅速增加, 6d后, 好氧池中亚硝酸盐氮浓度已经回升至154mg/L, 短程硝化率达到了80.2%, 且系统出水中的NH4+-N浓度也维持在较低的水平。
这说明, 由于溶解氧升高的时间比较短, 亚硝酸盐氧化菌没有获得足够的时间生长到活性污泥絮体的表面, 氨氧化菌依然占据着絮体的表面。因此, 溶解氧升高又降低后, 系统能够迅速恢复到短程硝化状态。
3 结语
综上所述, 试验利用低溶解氧可以实现短程硝化脱氮;在短程硝化建立起来后, 无论是降低系统进水氨氮浓度, 还是短期内提高好氧池溶解氧浓度对短程硝化都没有太大影响, 这说明低溶解氧下系统短程硝化过程具有长久的稳定性。
摘要：本文以溶解氧为控制因素, 利用低溶解氧实现了短程硝化生物脱氮, 研究并验证了低溶解氧条件下短程硝化过程的稳定性。试验结果表明, 在短程硝化建立起来后, 无论是降低系统进水氨氮浓度, 还是短期内提高溶解氧浓度对短程硝化都没有太大影响, 低溶解氧下系统短程硝化过程具有长久的稳定性。
关键词：低溶解氧,短程硝化,亚硝酸盐积累,稳定性
参考文献
[1] 曾小钦.短程硝化反硝化生物脱氮技术的探讨[J].广东化工, 2010, 37 (6) :76～79.