乙酸钠外加碳源SBBR工艺脱氮效果的实验研究.pdf

第 4 5卷第 1期 2 0 1 6年 1月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mica 1 I n d u s t r y V o 1 4 5 N o i J a n u a r y 2 01 6 乙酸钠外加碳源 S B B R工艺脱氮效果的实验研究 安丽娜 薛 军 2 司徒淑娉 1 佛山市环境监测中心站 广东 佛山 5 2 8 0 0 0 2 沈阳化工大学 环境与安全工程学院 辽宁 沈阳 1 1 0 1 4 2 摘 要 选取乙酸钠为外加碳源 采用 S B B R工艺处理低 C N比城市生活污水 当外加碳源后的C N比值 增加至 7 0左右时 对原水 N H N去除率最高为 8 9 3 1 外加碳源后的 C N为 7 1 2时 T N的去除率最好 为 7 1 2 7 结果表明 外加乙酸钠碳源后的 S B B R工艺对于低 C N生活污水脱氮性能十分良好 出水水质指标 均达到了 城镇污水处理厂污染物排放标准 G B1 8 9 1 8 2 0 0 2 中的 一级标准 A标准 出水作为回用水 关键词 乙酸钠 S B B R工艺 低 C N 中图分类号 T Q 0 2 8 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 6 0 1 0 0 2 2 0 3 Ex p e r ime n t a l S t u d y o n De n it r ifi ca t io n Ef f e ct o f S BBR W it h S o d iu m Ace t a t e a s Ex t e r n a l Ca r b o n S o u r ce AN L i r l a XUEJ u n S I TUS h u pin g 1 F o s h a n E n v ir o n me n t a l M o n i t o r in g Ce n t e r Gu a n g d o n g F o s h a n 5 2 8 0 0 0 Ch in a 2 S h e n y a n g Un i v e r s it y o f Ch e mi ca l T e ch n o l o g y L ia o n i n g S h e n y a n g 1 1 01 4 2 Ch i n a Ab s t r a ct I n t h is e x p e r i me n t s o d iu m a ce t a t e wa s u s e d a s a n e x t e ma 1 ca r b o n s o u r ce a n d t h e l o w C N r a t io d o me s t ic s e wa g e wa s t r e a t e d b y u s in g S BBR T h e r e s u l t s s h o w t h a t wh e n t h e C N r a t io in cr e a s e s t o 7 0 a ft e r a d d in g ca r b o n s o u r ce t h e h ig h e s t r e mo v a l r a t e O f NH4 N o f r a w wa t e r is 8 9 3 1 a n d wh e n t h e C N r a t io i n cr e a s e s t o 7 1 2 t h e r e mo v a l e f f ici e n cy o f TN i s t h e b e s t 7 1 2 7 S BBR h a s q u i t e we l l d e n i t r ifi ca t i o n p e r for ma n ce f o r t h e l o w C N r a t i o d o me s t ic s e wa g e a f t e r a d d in g ca r b o n s o u r ce Th e e m u e n t wa t e r a s r e cy cl e wa t e r co n fo r ms t o o n e cl a s s A p e r mit t e d cr i t e r i a o f Dis ch a r g e s t a n d a r d o f p o l l u t a n t s f o r mu n ici p a l w a s t e wa t e r t r e a t me n t p l ant f G B1 8 9 1 8 2 0 0 2 Ke v wo r d s S o d iu m a ce t a t e S BBR L o w C N 对于低 C N比城市污水 按原有设计水质运行 的二级污水处理厂大多数不能达标排放 使污水厂 资源和资金浪费较大 碳源 ca r b o n s o u r ce 是在微生 物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质 是影 响反硝化细菌活性的重要因素之一 反硝化菌以亚 硝酸盐或硝酸盐作为电子受体 将污水中有机物作 为碳源充当电子供体 通过同化和异化作用将含氮 污染物转化为有机氮化合物和气态氮 当污水本身 所含有机碳源极低时 要想获得较好脱氮效率就需 要外加碳源 生物法脱氮分为硝化 反硝化两部分 硝化过 程是在好氧条件下 氨氮转化为亚硝酸氮或硝酸氮 反硝化过程是在缺氧环境下将硝化过程中产生的亚 硝酸氮或硝酸氮转化为氮气 反硝化过程需要充足 的有机碳源作为电子供体 保证反应的顺利进行 而我国常见的都是低碳氮比的污水 因此碳源一直 是生物脱氮的控制因素 本试验选取乙酸钠外加碳源 控制外加碳源后 C N比值处于同一范围 处理低 C N比城市生活污 水 进行脱氮特性的对比研究 观察投加不同外加 碳源后 S B B R反应器的处理效果 以确定外加碳源 的脱氮处理效果 并考察投加最佳外加碳源后 S B B R反应器的实际运行效果 以确保出水 T N质量 浓度的稳定达标 1 实验部分 1 1 实验装置 采用有机玻璃材料制成 总容积为 9 5 L 有效 容积为 8 L 如图 1 所示 1 2 试验用水 实验用水为模拟低 C N比生活污水 试验进水 保持 C O D浓度为 1 1 0 2 4 1 6 0 3 5 m g L T N浓度为 2 6 2 4 7 1 5 5 mg L 进水 C N比在 1 5 4 4 6 4之间 使得碳源不足 反硝化过程无法进行 因此设定系 统在厌氧阶段末期 好氧阶段初期添加外加碳源 以保证 S B B R系统的正常运行 基金项 目 沈阳市科技计划项 目 项 目号 1 0 5 3 1 2 5 1 3 3 器 荠 安20 丽1 5娜 0 9 11908 7一 女 辽 宁 省 葫 芦 岛 市 人 助 工 理 学 硕 士 2 o 1 4 年 毕 业 于 沈 阳 化 工 大 学 环 境 科 学 专 业 研 究 方 向 从 事 环 境 监 测 类 技术工作 E m a il 3 8 4 1 5 8 9 4 1 q q co m 第 4 5 卷第 1 期 安丽娜 等 乙酸钠外加碳源 S B B R 工艺脱氮效果的实验研究 2 3 强系统的脱氮效果 进水 C N比在 1 5 4 4 6 4 之间 使得碳源不足 反硝化过程无法进行 因此设定系 统在厌氧阶段末期 好氧阶段初期添加外加碳源 以保证 S B B R系统的正常运行 采用乙酸钠为外加碳源 控制外加碳源进水量 为 1 L 改变碳源的投加量 使实验进水 C O D值增 加 碳氮比会相应变化 控制外加碳源后进水 C N 比在 7 0左右 观察系统内对反硝化脱氮的影响 通过测量每次试验进出水氨氮 亚硝酸氮 硝酸氮 以及总氮的质量浓度变化 观察外加碳源对 S B B R 系统脱氮性能的影响 一 图 实 置示意 图 3F i g 1 S ch e m a t i c p l o t o f t e s t d e v i ce 运行效果分析 仃 米 1 S B B R反应器 2 搅拌器 3 搅拌桨 4 水箱 5 液体流量计 6 一 进 水电磁阀 7 一 空气泵 8 一 气体流量计 9 微孔曝气头 1 0 一 取样 口 1 1 排水 电磁阀 1 2 一 溢流 口 1 3 一 进水 口 1 4 一 排泥 口 1 3 水质分析方法 本试验中各项 目检测方法按照 水和废水监测 分析方法 第四版 国家环保总局 2 0 0 2 年 中规定 的分析方法进行检测 试验检测项 目及分析方法如 表 1 所示 表 1 检测项目及分析方法 T a b l e 1 T e s t a n d a n a l y s is me t h o d 检测项 目 分析方法 过硫酸钾氧化一 紫外分光光度法 纳氏试剂分光光度法 N 一 1 萘基 一 乙二胺光度法 紫外分光光度法 1 4乙酸钠的性质分析 乙酸钠 S o d L u m a ce t a t e 化学式 C H 3 C O O N a 3 H O 无色无味的结晶体 密度 1 4 5 g cm 熔点 5 8 1 2 3 时失去结晶水 在空气中可被风化 可燃 易溶于水 稍溶于乙醇 不溶于乙醚 但是 通常湿法制取的有醋酸的味道 水中发生水解 无 水物 的密度 1 5 2 8 g cm 熔点 3 2 4 c 溶于水 呈 弱碱性 乙酸钠可用作照相 印染 化学试剂及肉 类防腐等 其制法有以下两种 由碳酸钠或氢氧化 钠和醋酸作用而制得 也可用木材干馏的副产品醋 石与碳酸钠作用制得 2 工艺原理 实验用水为模拟低 C N比生活污水 没有充足 的碳源 S B B R反应器中的反硝化细菌无法在缺氧 条件下发挥脱氮的作用 通过添加乙酸钠作为反硝 化反应的电子供体 提高反应器中的 C N比值 增 3 1 对 NH 4 N的影响 S B B R反应器中 外加碳源保持 C N在 7 0 左右 情况下N H 4 N 进出水浓度和去除率变化如图2 所示 一 外加碳源氨氮质量浓度 口 出水氨氮 质量浓度 外加碳 源后氨氮去除率 7 21 7 3 3 6 9 5 7 1 7 7 0 7 6 9 9 7 1 2 C N 1 0 0 95 冰 9 0 8 5 8 0 图 2不同外加碳源 G N下 N H N质量浓度与去除率的变化 Fig 2 Re mo va l e f f e ct io n a nd r a t e s o f NH4 一 N u n de r d if f e r e n t C N 由图 2可知 外加碳源 N H N 质量浓度在 l 5 3 2 3 1 4 5 m g L之间变化 虽然浮动较大 但是 出水 N H 4 N质量浓度比较稳定 氨氮的去除率均 在 8 0 以上 出水 N H 4 N质量浓度均小于 3 m g L 在厌氧阶段末期由于 C O D质量浓度过低反应停滞 因此选用乙酸钠作为外加碳源 控制瞬时进水量为 1 L 随着外加碳源后 C N的变化 控制 C N比在 7 0 左右 出水 N H 4 N质量浓度逐渐降低 去除率 也一直保持在较高的水平 出水 N H 4 N质量浓度 均在 3 m g L以下 平均为 1 2 5 m g L 平均去除率为 8 5 7 从以上数据可以看出 出水 N H 4 N质量浓度 满足 国家污水排放标准 G B 1 8 9 1 8 2 0 0 2 一级 A 排放标准 3 2 对 T N的影响 S B B R反应器 中 外加碳源 C N下 T N质量浓度 和去除率变化曲线如图 3 所示 加 m O 一 u v 燃唧 N N N T 2 4 当 代 化 工 2 0 1 6年 1月 图 3 不 l司外加碳源 c N的 T N进出水质量浓度与去除率的变化 Fig 3 Re mo v a l e f f e ct io n a n d r a t e s o f TN u n d e r d iffe r e n t C N 由图 3 可知 外加乙酸钠做碳源情况下 T N质 量浓度在 1 7 1 2 2 6 5 8 m g L之间浮动 随着进水 T N 质量浓度不断波动 出水 T N质量浓度也上下浮动 厌氧阶段末期 选用乙酸钠作为外加碳源 控制瞬 时进水量为 1 L 随着外加碳源后 C N的升高 出 水 T N质量浓度降低 去除率也因进水 T N质量浓度 的波动而不断变化 待 S B B R系统稳定运行后 去 除率保持在较高的水平 出水 T N质量浓度平均为 1 2 6 5 m g L 平均去除率为 4 3 3 6 最高去除率达 到 7 1 2 7 3 3 各种形态 N 的变化 在硝化系统内 亚硝化细菌和硝化细菌普遍存 在 并生活在一起构成互生关系 两种细菌在反应 时间上存在先后顺序 首先是亚硝化细菌将氨氧化 成亚硝酸盐并从中获得能量 在此基础上硝化细菌 将亚硝酸盐氧化成硝酸盐从中获得能量嘲 S B B R反应器中 外加碳源乙酸钠提高进水 C N 的 N H 4 N N O 2 N N O 3 N质量浓度的出水浓度 变化曲线如图4 所示 1 5 0 删 瞧5 7 21 7 3 3 6 9 5 7 1 7 7 0 7 6 9 9 7 1 2 C N 图 4 外加碳源乙酸钠 C N的 NH 4 一 N N O2 N NO3 N 质量浓度的出水情况 F ig 4 Re m o v a l e f f e ct io n o f NH4 N NO2 N NO3 N Nu n d e r d iffe r e n tC N 由图4 可知 研究 S B B R同步硝化反硝化过程中 各种氮的连续变化情况 S B B R表现出很好的同步硝 化反硝化特陛 从图 4中可以看出 外加碳源后 出 水主要以 N O 3 N为主 系统内 N I h N的浓度逐渐 减小 进水的 N O 2 一 N和 N O 3 N在厌氧阶段发生反 硝化反应被去除 在后续的曝气时间长 使一部分 N O 2 N转化为N O 3 N 一部分进行了反硝化反应 通过对氮的转变形态的研究 N O 3 N发生反硝化反 应时 N O 2 N和 N I h N的值都降到最低趋近于零 综上所述 乙酸钠作为外加碳源 进水量为 1 L 当外加碳源后 C N 比值增加至 7 0左右时 对原水 N H 4 一 N去除率最高为8 9 3 1 并且外加碳源后的C N 无论是 3 4 8 或者 1 1 7 9 都对 N I h N的去除率在 8 0 以上 说明只要外加入少量乙酸钠 即可继续促使反 应进行 并且能够达到脱氮 目标 对于 T N的处理效 果 外加碳源后的 C N为 7 1 2时 T N的去除率最好 为7 1 2 7 综上所述 外加乙酸钠碳源后S B B R工艺 对于低 C N生活污水脱氮I生 能十分良 好 4 结 论 1 通过外加碳源投加试验 可知只要外加入 少量外加碳源 当控制外加碳源后 C N比 即可继 续促使反应进行 并且能够达到脱氮 目 标 2 通过乙酸钠