（环境工程专业论文）uasbaobaf处理高氨氮废水应用研究.pdf

摘要 摘要 江西某化工厂以微生物法生产丙烯酰胺，生产废水中含有大量高浓度的有 机物及氨氮。采用u a s b + a o + b a f 组合工艺处理该生产废水，控制工艺条件使 u a s b 培养驯化出产甲烷活性高的厌氧颗粒污泥，去除废水中绝大部分的有机 物。采用前置反硝化的a o 系统作为脱氮的主体反应器，利用厌氧出水中的剩 余有机物作为碳源，还原回流混合液中的硝酸盐氮，顺利完成反硝化。经反硝 化反应后废水中有机物浓度已降低到较低水平，有利于硝化菌的生长繁殖，将 废水中的氨氮转化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，通过混合液回流进行反硝化完成 脱氮过程。b a f 进一步去除废水中剩余的有机物和氨氮，确保出水达标排放。 本论文分析了厌氧颗粒污泥的培养驯化条件，生物脱氮的原理，并对u a s b 、 a o 和b a f 工艺的启动、调试及稳定运行进行研究，得出以下研究成果： ( 1 ) 厌氧颗粒污泥的形成是u a s b 启动成功的标志，采用间歇进水方式启 动，容积负荷控制在1 0 k g c o d c 以m 3 d ) 的较低值，逐渐提高进水量和浓度，直到 设计负荷。稳定运行时c o d 盯负荷为3 2 k g c o d 。以m 3 e 1 ) ，n h 3 - n 负荷为o 2 k g n h 3 - n ( m 3 d ) 。经过10 0 d 的培养驯化，培养出粒径0 5 - - 2 m m 的颗粒污泥。 ( 2 ) 原废水进水c o d 口浓度在3 5 0 0 一- - 5 0 0 0 m g l 间波动，均值在4 0 0 0 m g l 左右，经u a s b 厌氧处理后出水浓度在1 0 0 0 - - 1 2 0 0 m g l 左右，c o d 盯去除率稳 定在7 5 - - 8 0 ，反应器具有较好的抗冲击负荷能力。进水n h 3 - n 浓度在1 5 0 4 0 0 m g l 间波动，均值在2 5 0 m g l 左右，出水中n h 3 - n 浓度在2 8 0 m g l 左右， 氨化率在1 5 左右。这是因为进水中含有部分有机氮，经厌氧氨化菌作用转化 为氨氮。 ( 3 ) 厌氧反应会产生大量挥发性脂肪酸( v f a ) ，使废水p h 降低，而有机氮的 氨化产生碱度，起到缓解调节p h 的作用。运行中控制u a s b 中p h 在6 5 - - 一8 ， 碱度 1 0 0 0 m g l ( 以c a c 0 3 计) ，防止反应器酸化。 ( 4 ) a o 启动也采用低负荷的间歇进水方式启动。启动有机负荷为 0 5 k g c o d 。以m 3 d ) ，氨氮负荷为o 1 5 k g n h 3 一n ( m 3 d ) ，当接种污泥适应水质后， 通过提高n h 3 - n 浓度到较高值促进硝化菌的富集。硝化菌的世代周期较长，通 过控制有机物浓度、提高氨氮浓度及延长污泥龄等方法来富集硝化菌。经过8 0 d 的培养驯化，系统n h 3 - n 去除率达到8 0 ，a o 启动成功。a o 稳定运行后， 摘要 有机物负荷为1 5 k g c o d e r ( m 3 d ) ，氨氮负荷为0 4 k g n h 3 - n ( m 3 。d ) 。c o d c r 去除率 达到9 0 ，n h 3 - n 去除率稳定在9 0 左右。 ( 5 ) 经试验和实际运行结果，得出a o 系统的最佳运行条件：硝化液回流 比为2 0 0 ，污泥回流比为1 0 0 ，温度2 5 3 5 ，o 池p h 为7 o 8 o ，o 池进 水端d o 为2 、一3 m g l ，o 池末端d o 为3 - - 5 m g l 4 池p h 为6 8 7 5 ，d o 为0 5 0 s m g l ，m l s s 在2 5 0 0 - - - 3 5 0 0 m g l ，s v 3 0 维持在2 5 - 3 0 。 ( 6 ) 作为深度处理的b a f 反应器，采用接种与自然挂膜相结合的方式启动， 与a o 系统同步提升负荷。经过3 0 d 的培养驯化，b a f 的c o d 汀去除率在5 0 左右，n h 3 - n 去除率在6 0 ，挂膜成功。实践运行表明：气水比在3 4 间，d o 在2 3 m g l 时c o d 盯和n h 3 - n 去除效率维持在较高水平。 ( 7 ) 反冲洗也是影响b a f 运行的重要因素，采用气水联合反冲洗的方式， 气冲强度为1 2 m 3 ( m 2 m i n ) ，水冲强度为0 4 m 3 ( m 2 m i n ) 。先气冲3 - - - 5 m i n ，接着 气水反冲洗5 - 一8 m i n ，再水冲洗5 m i n 左右，在反冲洗1 d 内就能恢复处理效果。 ( 8 ) b a f 稳定运行后，出水c o d 盯在5 0 1 5 0 m g l ，n h 3 - n 浓度在1 0 2 5 m g l ，c o d 汀去除率在6 0 一- 6 5 ，n h 3 - n 去除率在7 0 - - 7 5 左右。 ( 9 ) 组合工艺对c o d 口去除率达到9 7 ，n h 3 n 去除率达到9 6 7 ，各项指 标均达到污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) q a - - 级标准。 关键词：高氨氮废水生物脱氮u a s ba ob a f a b s t r a c t a b s t r a c t m i c r o o r g a n i s mw e r eu s e dt op r o d u c ea mi nac h e m i c a lp l a n t ，a n dh i g h c o n s i s t e n c eo fc o d c ra n dn i - 1 3 - nw e r ec a u s e di nt h ep r o d u c ew a s t e w a t e r t h e c o m b i n a t i o no fu a s b + a 0 + b a fw a su s e dt od i s p o s et h ew a s t e w a t e r a n a e r o b i c g r a n u l a rs l u d g ew a sc u l t i v a t e da n da c c l i m a t e db yf a v o r a b l et e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s a n dm o s to r g a n i cm a t t e rw a sr e m o v e db yg r a n u l a rs l u d g eb e c a u s eo fi t sh i g l ls p e c i f i c m e t h a n o g e n i ca c t i v i t y a op r o c e s sw a su s e dt or e m o v en h 3 - n n 0 3 a n dn 0 2 。 w e r er e d u c e dt on 2b yd e n i t r i f i c a t i o nw h i c hr e d u c e do r g a n i cm a t t e ra sc a r b o ns o u r c e a tt h es a m et i m e 1 1 1 ec o n s i s t e n c eo fc o d c rw a sl o wi nt h ee f f l u e n t ，a n di tw a s f a v o r a b l ef o rt h er e p r o d u c t i o no fn i t r o b a c t e r i a n h 3 - nw a so x i d i z e dt on 0 3 a n dn 0 2 b yn i t r o b a c t e r i aa n dw a sr e m o v e db yr e f l u x e dt oa n o x i cz o n e t h es u r p l u sc o d c ra n d n h 3 - nw e r er e m o v e db yb a fp r o c e s s ，a n dt h ee f f l u e n tr e a c h e ds e c o n d a r ys t a n d a r do f t h en a t i o n a ls e w a g ee f f l u e n td i s c h a r g es t a n d a r d s ( g b 8 9 7 8 19 9 6 ) t h i sp a p e ra n a l y s e dt h ef o r m i n gc o n d i t i o no fa n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ea n dt h e p r i n c i p l eo fn i t r o g e nr e m o v eb ya n i m a l c u l e t h es t a r to fu a s bp r o c e s sa n da 0 p r o c e s sa n db a fp r o c e s sa n do p e r a t i o nc o n d i t i o nw e r ea l s os t u d i e di nt h i sp a p e r ( 1 ) t h ea p p e a r a n c eo fa n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ew a st h es y m b o lo fs u c c e s s f u l s t a r to fu a s b p r o c e s s t h ei n f l u e n tw a si n t e r m i t t e n tw h e nt h eu a s bs t a r t e d ，a n dt h e o r g a n i cl o a dw a s1 0 k g c o d j ( m j d ) t h er a i s eo fc o d c ra n dn h 3 j nl o a dw a ss t e pb y s t e pu n t i lt h ed e s i g nl o a d w h e nt h es y s t e mr u ns t e a d y ，t h eo r g a n i cl o a dw a s 3 2 k g c o d 州d ) a n dt h en h 3 - nl o a dw a s0 2k g n h 3 - n ( m 3 d ) n ep a r t i c a ls i z eo f g r a n u l a rs l u d g ew a s 0 5t o2n l l nu n t i l10 0 d a y s ( 2 ) t h ec o d c rc o n s i s t e n c eo fi n f l u e n tw a s3 5 0 0t o5 0 0 0 m g l ，a n dt h ea v e r a g e w a s4 0 0 0 m g l ，a n dt h e e f f l u e n tc o d c fc o n s i s t e n c ew a s10 0 0t o12 0 0 m g l t h e r e m o v er a t ew a s7 5 t o8 0 ，a n dt h eu a s bh a dt h ea b i l i t yt or e s i s ts h o c kl o a d t h e n h 3 - nc o n s i s t e n c eo fi n f l u e n tw a s 15 0t o4 0 0 m g l ，a n dt h ea v e r a g ew a s2 5 0 m g l ， a n dt h ee f f l u e n tn h 3 - nc o n s i s t e n c ew a sa b o u t2 8 0m g la n dt h ea m m o n i a t i o nm t c w a s1 5 ( 3 ) al a r g en u m b e ro fv f a w a sp r o d u c e di nt h ep r o c e s so fa n a e r o b i cm e t a b o l i s m i i i a b s t r a c t a n dc a u s e dp hr e d u c t i o na n dt h ea m m o n i a t i o no fo r g a n i cn i t r o g e np r o d u c e db a s i c i t y w h i c hw a st ob u f f e rp h t h ei n f l u e n tp hw a sc o n t r o l l e da t6 5t o8a n db a s i c i t yw a s m o r et h a nl0 0 0 m g l ( i nt h ef o r mo fc a c 0 3 ) i nu a s bp r o c e s si no r d e rt op r e v e n t a c i d i j e i c a t i o n ( 4 ) t h ei n f l u e n tw a si n t e r m i t t e n tt o ow h e nt h ea os t a r t e d t h eo r g a n i cl o a dw a s o 5 k g c o d d ( m 3 d ) ，a n dn h 3 - nl o a dw a so 15 k g n h 3 - n ( m 3 + d ) n h 3 - nl o a dw a s r a i s e dt oe n r i c hn i t r o b a c t e r i u ma f t e rm i c r o o r g a n i s ma d a p t e dt ow a s t e w a t e r t h e g e n e r a t i o nc y c l eo fn i t r o b a c t e r i u mw a sl o n ga n dw e r ee n r i c h e db yc o n t r o l l i n gt h e c o d c rc o n s i s t e n c ea n di n c r e a s i n gt h en h 3 - nl o a da n de x t e n d i n gt h es l u d g ea g e t h e r e m o v er a t eo fn h 3 - nr e a c h e d8 0 u n t i l8 0 d a y sa n da ow a ss u c c e s s f u ls t a r t e d w h e ni tr u ns t e a d y , t h eo r g a n i cl o a dr e a c h e d1 5 k g c o d d 蜒硒a n dn i - 1 3 - nl o a d r e a c h e d0 4 k g n h 3 - n ( m 3 d ) ( 5 ) me x p e r i m e n ：t sa n dp r a c t i c es h o w e dt h a t t h eb e s to p e r a t i o nc o n d i t i o nw e r e t h ei n t e r n a lr e c y c l er a t i ow a s2 0 0 ，a n dt h es l u d g er e f l u xr a t i ow a s10 0 t h e t e m p e r a t u r ew a s2 5t o3 5 c ，a n dt h ep hw a s 7 0 - - 8 0i no x i cz o n ea n dw a s6 8t o 7 5i na n o x i cz o n e t h ed ow a s2t o3 m g la tt h ei r d e ta n dw a s3t o5 m g la tt h e o u t l e ta n dw a s0 5t oo 8 m g li na n o x i cz o n e m l s sw a sc o n t r o l l e da t2 5 0 0t o 3 5 0 0 m g la n ds v 3 0w a s2 5t o3 0 ( 6 ) t h eo r g a n i cl o a da n dn i t r o g e nl o a dw e r er a i s e d 谢n la op r o c e s sa tt h es a m e t i m ei nb a fp r o c e s s t h er e m o v er a t eo fc o d c ra n dn h 3 - nw e r e5 0 a n d6 0 ， a n db i o f i l mc o l o n i z a t i o nw a sc o m p l e t e du n t i l3 0 d a y s t h ep r a c t i c es h o w e dt h a tt h e r e m o v er a t eo fc o d c fa n dn h 3 - nw e r eh i l g hw h e nt h eg a s w a t e rr a t i ow a s3t o4a n d d ow a s2t o3 m g l ( 7 ) b a c kw a s hw a sa ni m p o r t a n tp a r a m e t e rf o rb a f t h ec o m b i n a t i o no f g a s - w a t e rw a su s e di nb a c kw a s h t h er e m o v er a t e c a l lr e t u r nt on o r m a lw h e n g a s - w a s hf l o wr a t ew a sc o n t r o l l e da t1 2 m ( m s m i n ) a n dw a t e r - w a s hf l o wr a t ew a s c o n t r o l l e da t0 4 m 3 ( m 2 m i n ) a n dt h ep u l s ed u r a t i o no fa i rb l a s tw a sc o n t r o l l e da t3t o 5 r a i na n dg a s - w a t e rw a s ht i m ew a sc o n t r o l l e da t5t o8 m i na n dw a t e r - w a s ht i m e w a sc o n t r o l l e da ta b o u t5 m i n ( 8 ) w h e nt h es y s t e mr u ns t e a d y , t h ee f f l u e n tc o d 盯w a s5 0t o15 0 m g la n d n h 3 - nw a sl0t o2 5 m g l a n dr e m o v er a t eo fc o d 口a n dn h 3 - nw e r e6 0 t o6 5 i v a b s t r a c t a n d7 0 t o7 5 ( 9 ) t h et o t a lr e m o v er a t eo fc o d 口r e a c h e d9 7 a n dn h 3 - n r e a c h e d9 6 7 b y t h ec o m p o s i t i o n a lp r o c e s s ，a n dv a r i o u si n d e xa c c o r d e dw i t ht h er e g u l a t i o n o f s e c o n d a r y s t a n d a r do ft h en a t i o n a l s e w a g e e f f l u e n t d i s c h a r g e s t a n d a r d s ( g b 8 9 7 8 19 9 6 ) k e y w o r d s ：w a s t e w a t e r w i t hh i g hc o n s i s t e n c yo fn h 3 - n ，d e n i t r i f i c a t i o nb y a n i m a l c u l e ，u a s b ，a o ，b a f v 第1 章绪论 1 1 课题来源和内容 1 1 1 课题背景 第1 章绪论 近年来，工农业生产的飞速发展，城市化进程的加速和人民生活水平的显 著提高，导致含氮化合物排放量的急剧增加，成为环境的主要污染源。高浓度 氨氮废水主要来源于食品加工、屠宰、化肥生产、玻璃及玻璃制品、炼油、炼 焦、合成氨等化工工业生产过程。人工合成的含氮化肥是水体中氨氮营养元 素的主要来源。氨态氮是水相环境中氮存在的主要形态，是水体富营养化和环 境污染的重要物质。从2 0 世纪6 0 年代起，水质富营养化问题开始在全球范围 出现。2 0 世纪8 0 年代以后随着氮污染问题的日趋尖锐化以及公众环境意识的加 强，越来越多的国家和地区都制定了严格的氮素限值和排放标准，废水中氨氮 的处理已成为污水处理的热点。 生活污水中的氨氮排入受纳水体及工业生产过程中排放的含氮废水、土壤 中的氮肥随雨水冲刷入河流，对水体带来严重危害。主要表现在以下几方面： ( 1 ) 造成水体的富营养化。近年来水华和赤潮现象频繁出现，就是因为大量 氨氮排入水体造成营养过剩，某些藻类过量繁殖所致。一方面有些藻类本身所 带的藻腥味会引起水质恶臭难闻；另一方面枯死的藻类沉积水底，成为新的污 染源，它们进行恶性发酵，消耗殆尽水中的溶解氧，并不断释放出氮磷，为水 生植物提供充足的营养物质，如此周而复始的恶性循环，最终造成水体水质恶 化眩 ，有的湖泊甚至濒临灭亡。 ( 2 ) 消耗水体中的氧气。藻类大量繁殖，微生物分解死亡藻类有机体，都会 消耗水中大量溶解氧，造成水中溶解氧急剧下降；同时由于水面被藻类覆盖， 大气的复氧作用受到严重影响，使水体缺氧，甚至达到厌氧状态；大量还原态 氮排入水体会因硝化菌的硝化作用而耗去大量溶解氧，造成水体缺氧，水质发 黑发臭。因此，水体中氨氮浓度成为评价水体污染程度的一个极重要的指标。 ( 3 ) 增加给水处理成本。例如在水厂加氯时原水中存在氨，则加氯量会大大 增加。当原水含有大量单细胞藻体时，为了除臭、除味和脱色等，化学絮凝剂 投加量会成倍增加。藻体会造成滤池堵塞，破坏其正常运行，反冲次数随之增 第1 章绪论 加。微生物还会穿透滤池在配水系统中繁殖，造成配水系统水流不畅或阻塞。 水体底部沉积物的厌氧发酵，会使水中f e 2 + 、m n 2 + 浓度因还原作用而增加，同 时发酵产生的甲烷等气体也会干扰水的处理过程。 ( 4 ) 危害人类及生物的生存。水体中氮的存在形式与p h 值有关，当p h 较高 时，氨态氮以游离氨的形式存在，对水体中的鱼及水生物皆有毒害作用。饮用 水中主要含有n 0 3 - n ，一般很少超过1 m g l ，当含量超过1 0 m g l 时可引起高铁 血红蛋白症。硝酸盐中毒原理研究表明婴儿胃内酸度低于成年人，这一条件有 利于硝酸盐还原菌发展，使硝酸盐还原成有毒的亚硝酸盐。当血液中高铁血蛋 白的含量达到7 0 ，即发生窒息现象。亚硝酸盐与胺作用生成的亚硝酸胺有致 癌、致畸作用，原理如图1 1 所示c 13 。 僦竺竺l 喇。 + 0 2 血红蛋白( 叫一氧厶血红蛋白( 正常隋况)粼 ( 红御 高铁血红蛋白+ ) ( 褐色i ) ( 不正常，不能带氧) 融+ r 抛裟；n 州喇 图1 1 亚硝酸盐对人体作用示意 f i 9 1 1a c t i o no nh u m a nb o d yb yn 0 2 因此，含氮废水的处理越来越受到广泛关注。有关学者对化学脱氮法、传 统生物脱氮法及生物脱氮新工艺的原理及特点都进行了深入的研究与探讨，并 应用于生产实践，以期找到更合理和经济的脱氮技术。 1 1 2 研究意义 本课题为江西省科技厅“节能减排”示范项目( 编号：2 0 1 0 a e 0 0 2 0 0 ) ，课题的 目的是在综合国内外现有高浓度氨氮废水处理研究成果的基础上，结合u a s b 厌氧处理技术在高浓度有机废水处理中的应用，参考a o 工艺的脱氮处理实例， 2 第1 章绪论 从经济效益和技术可行性等方面综合考虑，提出u a s b + a o + b a f 组合工艺处理 高浓度氨氮废水，通过运行调试得出优化参数，为本工艺的运行提供参考资料， 对其他高浓度氨氮化工废水的处理也有一定的借鉴意义。 1 1 3 研究内容 ( 1 ) 在充分阅读和参考国内外相关文献资料基础上，对u a s b 、a o 及b a f 工艺的原理和特点进行分析和探讨。 ( 2 ) 研究u a s b 厌氧颗粒污泥的培养驯化及影响因素。 ( 3 ) 研究a o 系统的脱氮原理及影响因素。 ( 4 ) 研究b a f 反应器的反冲洗特性和气水比对去除效率的影响。 ( 5 ) 对u a s b + o + b a f 组合工艺处理高浓度氨氮废水的去除效果进行研究 分析，通过实践运行提出各工段的优化运行参数。 1 1 4 创新点 u a s b + a o + b a f 工艺的组合，将厌氧工艺能耗低与好氧工艺去除污染物彻 底的特点相结合，充分利用各自的优点，降低能耗和运行成本，为其他高浓度 氨氮废水处理提供参考价值。 1 2 高浓度氨氮废水处理现状 美国、德国、南非等西方国家对氮磷去除的研究和生产性应用已有多年的 历史。从中可以看到有三个发展趋势：随着氮磷污染数量的上升，环境矛盾 的尖锐化、人们环保意识的加强和对环境质量要求的提高，越来越多的国家和 地区对氮磷的排放标准都有立法规定，致使越来越多的污水处理厂采用各种途 径和方法处理该类废水。出水的排放标准越来越高。如对氮的排放标准由考 核n h 3 - n 转为考核总氮。为降低运行成本，人们不断创新处理工艺，寻找成 本低廉的处理手段与工艺。华东师大与上海市政工程设计研究院于1 9 8 1 年在国 内率先对城市污水和工业废水的去氮进行了研究。以后，国内华北市政工程设 计院、天津市政设计院、天津污水研究所、天津大学、同济大学、清华大学、 上海交大、北京环保所、哈尔滨建工学院等几十个单位也相继开展了这一领域 的研究。试验规模从小试扩大到中试和生产规模试验。处理废水种类也从城市 污水扩大到鱼品加工、焦化、石化废水等行业。废水的脱氮方法主要有化学脱 3 第1 章绪论 氮法、传统生物脱氮法及新型生物脱氮法等。 1 2 1 化学脱氮法 1 2 1 1 物理化学脱氮法 物理化学法脱氮工艺主要有空气吹脱法、选择性离子交换法、折点氯化法 及反渗透法等口3 。物理化学法脱氮由于缺乏成功的工艺设计经验和实例，且运 行操作复杂，处理费用昂贵，一般只有在不适宜生物脱氮或当污水中氨氮浓度 非常高时才采用。 1 2 1 2 化学沉淀脱氮法 化学沉淀脱氮法是2 0 世纪9 0 年代兴起的一种新工艺，目前研究较多的是 磷酸铵镁沉淀法。磷酸铵镁( m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 ) 俗称鸟粪石，英文名称 s t r u v i t e ( m a g n e s i u m a m m o n i u mp h o s p h a t e ) ，简称m a p 。当废水中的氨氮浓度过高， 对微生物有抑制作用口3 ，不适宜采用生物法处理。磷酸铵镁法通过向废水中投 加含m 9 2 + 和p 0 4 3 。的药剂，使之与废水中的n h 4 + 进行反应生成难溶的磷酸铵镁 沉淀物，从而将废水中的氨氮去除钔。其作用原理见下式1 1 所示吲： m 9 2 + + n h 4 + + p 0 4 3 一+ 6 h 2 0 今m g n h 4 p 0 4 , 6 h 2 0 山 ( 1 - 1 ) m a p 法的技术特点主要有：( 1 ) 工艺简单，操作简便；( 2 ) 能耗低，反应速 度快且受温度等因素影响小；( 3 ) 适用范围广，可以处理各种浓度，尤其是高浓 度氨氮废水和含有毒害物质而不宜用生化法处理的各种高氨氮工业废水；( 4 ) 能 将废水资源化，既能高效脱氮除磷，又能将废水中污染物氨氮反应生成有用的 磷酸铵镁，从而达到变废为宝，实现氨氮废水资源化的目的e 6 3 。符合建设资源 节约型、环境友好型社会的要求，是一种可持续发展的脱氮除磷技术，成为目 前的一个研究热点 7 2 。 谢炜平嘲用m a p 法去氨氮，得到有用的复合肥m g n h 4 p 0 4 。尹先清溯等 用m a p 法处理合成氨废水，氨氮去除率达到7 7 8 。赵庆良等n 们用m a p 法处 理香港新界西垃圾渗滤液，通过对比试验发现投加m g c h 6 h 2 0 和。 n a h p 0 4 1 2 h 2 0 的脱氮效果比m g o 和h 3 p 0 4 更好。而r s c h u l z e - r e t t m e r 3 则提出投加m g o 和h 3 p 0 4 能避免氯离子影响，且节约用碱量。 1 2 1 3 化学沉淀法影响因素 4 第1 章绪论 、p h 在不同的p h 条件下，脱氮效果差别很大。溶液中p h 会影响磷酸盐和氨氮 的存在形式，从而影响磷酸铵镁的生成。由于生成m a p 的反应会有h 产生， 在p h 值较低的酸性和中性条件下，反应会向逆反应方向进行，主要生成可溶性 的m g ( h 2 p 0 4 ) 2 ；在弱碱性条件下，溶液中的h 3 p 0 4 主要以h p 0 4 2 。为主，此时可 产生大量的m a p 沉淀；在强碱性条件下，溶液中m g + 和o h 。容易发生副反应生 成m g ( o h ) 2 沉淀，并且在碱性更强的条件下还能生成溶度积更小的m 9 3 ( v 0 4 ) 2 ， 并且随p h 的升高，n h 4 + 大部分都转化为n h 3 而逸出，几乎不存在生成m a p 的 反应1 2 。 图1 2 p h 对m a p 法去除氨氮影响 f i 9 1 2t h ee f f e c t i o no f r e m o v a lt a t i oo nm a pb yp h p h 对磷酸铵镁法脱氮的氨氮去除效果见图1 2 所示。由图可见，p h 在8 1 0 范围内时对氨氮的去除率较高，在8 5 - - - 9 5 间。 汤琪等h 引经过试验得出：在8 5 1 0 0 的范围内都有较好的脱氮效果，在 p h = 8 5 和9 0 时得到的沉淀的颗粒较大，沉淀物有很好的晶形结构，且沉降速 度很快。高健磊川通过正交试验得出最佳p h 范围为1 0 1 1 0 5 。蔡春根1 5 3 用化学沉淀法处理垃圾渗滤液，p h 在8 1 0 时反应均生成大颗粒晶体，静置后 即有较多“矾花”出现，形成均匀的沉淀体，而当p h 在9 9 5 时对残留磷的浓度 影响较小。赵庆良等们的研究发现在p h - - 8 6 时m a p 法对垃圾渗滤液中氨氮 去除率达到7 7 8 。 二、反应物配比 反应物配比是m a p 法脱氮的重要影响因素。其原理是同离子效应和盐效应 1 羽。 5 第1 章绪论 根据反应原理，m g ：n ：p = i ：l ：1 ，但磷酸盐和镁离子在溶液中都有多种形式存在， 试验中按1 ：1 ：1 的配比反应脱氮效果较差。在生成m a p 过程中，随着m g ：n 和 p ：n 的增加，氨氮去除率逐渐上升。这可用同离子效应来解释，在难溶电解质溶液 中加入含有相同离子的强电解质，使沉淀的溶解度降低，从而去除更多的氨氮；但 试验表明，随着m g ：n 和p ：n 的进一步增加，氨氮去除率又开始逐渐下降。这可用 盐效应来解释，m 矿和p 0 4 3 均为强电解质，在饱和溶液中加入m 矿和p 0 4 3 后， 溶液中离子浓度增大，离子间静电作用增强，减少了互相碰撞形成沉淀的机会，沉 淀过程变慢，使得m a p 溶解度随m 9 2 + 不3 ：lp 0 4 3 。加入量的增加而增大。n ( m g ) ：n ( 和n ( p ) ：n 0 叼对m a p 法氨氮去除的效果见图1 3 和图1 4 所示。 述 静 殛 稍 军 受 罨 冀 砗 萋 图1 3n ( m 曲：n 0 d 对m a p 法去除氨氮影响 图1 4n ( p ) ：n ( n ) 对m a p 法去除氨氮影响 汤琪m 3 的研究表明在n ( m g ) ：n ( p ) ：硼m = 1 3 ：1 0 6 ：1 0 时脱氮效果较好，高健 磊1 4 1 的试验则表明m g ：n = i 2 1 4 ，p ：n = i 0 1 2 时各氨氮废水中氨氮去除 率均可达到9 3 - - - - 9 9 。胡红伟阻们则得出在1 ：1 ：1 左右氨氮去除率达到9 0 以上的较好效果。而刘晓燕的试验结果表明在2 4 ：0 9 5 ：1 0 的物质的量比条件 下氨氮去除效果较好，达到9 3 6 。 三、反应时间 反应时间对氨氮去除率影响见图1 5 所示。 6 第1 章绪论 图1 5 反应时间对m a p 去除氨氮影响 f i 9 1 5t h ee f f e c t i o no f r e m o v a lt a t i oo nm a pb yr e a c t i o nt i m e 反应时间对氨氮去除的影响较小。s t r a f u l 等n 7 1 研究结果表明，l m i n 内氨氮 去除率即达到最终去除率( 1 8 0 r a i n ) 的9 8 ，说明m a p 生成速度非常快。 z d y b i e w s k ah 引对氮肥厂废水进行试验，发现2 5 m i n 的反应时间，氨氮去除率最 高，达到8 0 。 1 2 2 传统生物脱氮法 废水中的氮主要以有机氮和氨氮形式存在。生物脱氮原理是先通过厌氧氨 氧菌的作用，将有机氮转化为氨氮，然后通过硝化菌的硝化作用将氨氮转化为 硝酸盐氮和亚硝酸和亚硝酸盐氮，再通过反硝化菌的反硝化作用将硝态氮和亚 硝态氮还原为氮气，从而达到脱氮的目的。传统的生物脱氮工艺有a o 工艺及 其变形，a 2 o 、s b r ，氧化沟工艺等 1 2 2 1a o 工艺 即缺氧好氧工艺。含碳有机物的氧化、氨氮的硝化在好氧区中完成，硝酸 盐的反硝化反应在缺氧区完成。但由于反硝化需要补充碳源增加运行成本，在 原有a o 工艺上改进提出了前置反硝化工艺，污水首先进入缺氧区，硝化液回 流至缺氧区进水端，可优先利用原废水中的碳源完成反硝化，出水进入好氧区 完成有机物氧化和氨氮的硝化反应。改进工艺通过硝化液和污泥回流保证了反 硝化作用的充分进行，脱氮效率较高，无需外加碳源，但大量的混合液和污泥 回流增加动力消耗和运行成本。经过改进，又提出分段进水a o 工艺，采用两 个缺氧区，分段进水，既不用外加碳源，也不用混合液回流即可达到较好的脱 7 第1 章绪论 氮效果，大大节约运行成本。 1 2 2 2a 2 o 工艺 即厌氧缺氧好氧工艺，是一种典型的生物脱氮除磷工艺。污水首先进入厌 氧区与回流污泥混合，通过兼性厌氧菌的水解酸化作用将大分子有机物转化为 挥发性脂肪酸( v f a ) ，提高废水的可生化性，同时聚磷菌在厌氧条件下释磷。在 缺氧区，反硝化菌利用进水中的有机物将好氧区回流到缺氧区的硝酸盐进行反 硝化，同时达到脱氮和去碳的目的。废水进入好氧区时有机物浓度已较低，硝 化菌将氨氮转化为硝酸盐氮，聚磷菌进行磷的吸收和聚磷的合成，通过混合液 回流和污泥回流达到脱氮除磷的目的。 1 2 2 3s b r 工艺 即序批式间歇活性污泥法。它的主体构筑物是s b r 反应池，采用时间分割 的操作方式替代空间分割的操作方式，按时间顺序完成进水、反应、沉淀、出 水、待机等操作，与传统污水处理工艺不同，s b r 工艺采用间歇进水，间歇排 水，可以在一定程度上起到均衡水质、水量的作用；适当控制运行方式，实现 好氧、缺氧、厌氧状态的交替，具有良好的脱氮除磷效果。 1 2 2 4 氧化沟工艺 是活性污泥法的一种变型，其曝气池呈封闭的沟渠型。氧化沟从整体上说 是完全混合的，而液体流动却保持着推流前进，在氧化沟中一点或多点设置曝 气机，混合液在曝气区内溶解氧浓度较高，然后沿沟长逐渐下降，出现明显的 浓度梯度，到下游基本处于缺氧状态。通过设置曝气区构成好氧与缺氧的交替， 不仅可利用硝酸盐中的氧满足一定的需氧量，而且无需回流即可通过反硝化补 充硝化过程中消耗的碱度。这些有利于节省能耗和减少药剂投加量，降低运行 成本。氨氮废水的主要处理方法比较见表1 1 1 。 8 第1 章绪论 流程长，反应器大，占 传统生物法工艺成熟，脱氮效果好地多，常需外加碳源，低浓度氨氮废水 氨吹脱法 能耗大，成本高。 工艺简单，操作方便，能耗大，有二次污染，各种浓度废水，多用于 适用性强，投资较低出水氨氮偏高中高浓度废水 离子交换法 工艺喘髫方便揣勰低浓度氨氮废水 化法糕，徽殿操嚣嚣一种徽 磷酸黼淀法囊鞴誊委僦淼各燃嚣是 1 2 3 生物脱氮新工艺 近年来脱氮理论取得新突破，研究表明n 明：一些微生物在好氧条件下也可 进行反硝化；异养菌也可参与硝化过程；许多好氧反硝化菌同时也是异养硝化 菌，并能把n h 4 + 氧化成n 0 2 后直接进行反硝化。由此发展起来的生物脱氮新工 艺有：厌氧氨氧化、同时硝化反硝化、短程硝化反硝化等，弥补了传统硝化反 硝化技术的缺陷，提高了脱氮效率，降低废水脱氮成本。氮素可能转化的新途 径如图1 6 所示： n 2 、n o 、 2 图1 6 生物脱氮可能转化的新途径 f i g 1 6p o s s i b l en e wc h a n n e lo f b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a l 9 第1 章绪论 1 2 3 1 短程硝化反硝化 19 7 5 年v o t e r s 眩0 1 等进行了经n 0 2 途径处理高浓度氨氮废水的研究，发现了 硝化过程中n 0 2 的累积现象，并首次提出了短程硝化反硝化( s h o r t c u t n i t r i f i c a t i o n - n e f m i t r i f i c a t i o n ) 生物脱氮概念。其作用机理见式1 2 和1 3 所示。运 行中通过控制溶解氧、温度、污泥停留时间等条件，逐步淘汰出世代周期较长 的硝酸盐菌，使亚硝酸盐菌成为优势菌。将水中大部分n h 3 n 转化为n 0 2 。，阻 止n 0 2 进一步硝化，随后直接进行反硝化反应。 n h 4 + + 1 5 0 2 专n 0 2 一+ h 2 0 + 2 h + ( 1 - 2 ) 6 n 0 2 一+ 3 c h 3 0 h + 3 c 0 2 专3 n 2 + 6 h c 0 3 一+ 3 h 2 0 ( 1 - 3 ) 硝化菌世代周期比氨氧化菌世代周期长，泥龄长，将硝化反应控制在亚硝 化阶段可缩短硝化反应时间，减少反应器容积，节省基建投资。从氨氧化菌的 生物氧化反应可看出，硝化反应控制在亚硝化阶段可以节省氧量和有机碳源。 h y u n g s e o ky o o 等眩13 的研究指出在d o 高于1 0 m g l 时主要发生硝化反应， 低于1 0 m g l 时主要发生反硝化反应。高大文等啦3 采用s b r 处理豆制品废水， n 0 2 - n o x - n 比率维持在9 0 以上。陈立伟等啷1 的研究得出低溶解氧时的亚硝 化率较高的结论。 但到目前为止，将硝化过程控制在亚硝化阶段的成功报道并不多。这是因为， 在硝化过程中，亚硝酸氧化菌基质利用率较大，而维持稳态生长所需的最小基 质浓度( s m i n ) 较低，从而自然界亚硝酸盐稳定积累现象很少。因此，如何将硝化 反应稳定控制在亚硝化阶段已成为近年来废水生物脱氮的一个重要研究方向。 1 2 3 2 同时硝化反硝化 好氧环境与厌氧环境同时存在于一个反应器中，硝化和反硝化反应发生在 同样的处理条件及同一处理空间，这些现象被称为同时硝化反硝化( s i m u l t a n e o u s n i t r i f i c a t i o na n dd e n i t d f i c a t i o n , s n d ) 。其机理主要从宏观、微环境和微生物几个 角度进行解释。( 1 ) 宏观环境理论认为，生物反应器内的混合形态不均形成缺氧 或厌氧环境使得s n d 的发生成