ADAT-IAT工藝處理高濃度氨氮廢水

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簡(jiǎn)介： 介紹了一種新的序批式活性污泥反應(yīng)器——A/DAT-IAT系統(tǒng)，該系統(tǒng)不需外加碳源，出水水質(zhì)好，運(yùn)行成本低，是一個(gè)有效脫氮的新途徑。
關(guān)鍵字：A/DAT-IAT 高濃度氨氮廢水 生物脫氮

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石化、化肥、食品、煉焦和治金等行業(yè)以及垃圾填埋帶來(lái)大量高濃度氨氮廢水，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，尤其是水體的富營(yíng)養(yǎng)化^[1][2]。根據(jù)傳統(tǒng)生物脫氮機(jī)理，微生物必須處于好氧和缺氧的交替環(huán)境中進(jìn)行硝化和反硝化反應(yīng)，才能順利完成脫氮的過(guò)程^[3]。這種交替環(huán)境中可以通過(guò)兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，一是在空間上設(shè)置不同的反應(yīng)器來(lái)完成（如A/O法），二是在同一個(gè)反應(yīng)器通過(guò)時(shí)間順序來(lái)完成（如SBR法）。A/O法是目前運(yùn)用最廣泛的生物脫氮工藝，具有流程簡(jiǎn)單，裝置少，勿需外加碳源，因此其建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用較低，但是容易受外界因素影響，出水水質(zhì)不穩(wěn)定。傳統(tǒng)SBR法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理效果好的特點(diǎn)，但由于其間歇進(jìn)水、反應(yīng)周期長(zhǎng)，如果有脫氮要求時(shí)需外加碳源，因而制約其大規(guī)模、大范圍的應(yīng)用。A/DAT-IAT工藝是SBR工藝?yán)^ICEAS、CASS、CAST、IDEA發(fā)之后不斷完善發(fā)展起來(lái)的一種新工藝，它的出現(xiàn)受到廣大學(xué)者的重視。試驗(yàn)證明A/DAT-IAT系統(tǒng)具有良好的生物脫氮能力和運(yùn)行穩(wěn)定。

1 A/DAT-IAT系統(tǒng)介紹

A/DAT-IAT系統(tǒng)由一個(gè)缺氧池、一個(gè)DAT池和一個(gè)IAT池三部分串聯(lián)組成（如圖1）。原污水通過(guò)粗格柵、沉砂池等預(yù)處理設(shè)

圖1  A/DAT-IAT試驗(yàn)裝置示意圖

1進(jìn)水池 2進(jìn)水泵  3攪拌器  4曝氣頭  5空壓機(jī)

6出水泵    7出水池     8回流泵    9回流泵

施后首先進(jìn)入缺氧池，與DAT池回流硝化液混合并完成微生物反硝化反應(yīng)，生成N₂和N₂O逸出了污水。缺氧池內(nèi)不曝氣，只攪拌，使污泥保持懸浮狀態(tài)。隨后上面的污水進(jìn)入主曝氣DAT池，DAT池連續(xù)曝氣，在供氧充足的條件下，污水中有機(jī)物和氨氮得到有效地降解。DAT池中的大部分混合液通過(guò)內(nèi)循環(huán)回流至前端的缺氧池，回流比控制在100~500%范圍內(nèi)，少部分混合液流入IAT池。IAT池間歇曝氣、間歇沉淀和間歇潷水，有機(jī)物和氨氮進(jìn)一步降解。 IAT池中底部沉降的活性污泥大部分作為該池下個(gè)處理周期使用，一部分污泥用污泥泵連續(xù)打回DAT池作為DAT池的回流污泥，多余的剩余污泥引至污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行污泥處理。

A/DAT-IAT系統(tǒng)實(shí)質(zhì)由A/O法和SBR法串聯(lián)而成，具有兩者優(yōu)點(diǎn)。A/DAT-IAT工藝與A/O法一樣連續(xù)進(jìn)水，避免了進(jìn)水控制繁瑣，提高了反應(yīng)池的利用率，節(jié)約了成本，同時(shí)又與傳統(tǒng)SBR法一樣間歇曝氣，并根據(jù)原水水質(zhì)水量變化來(lái)調(diào)整運(yùn)行周期，使之處于最佳工況^[4]。DAT池的硝化液通過(guò)內(nèi)循環(huán)回流至缺氧池內(nèi)完成反硝化反應(yīng)，可以利用原污水中的有機(jī)物作為碳源，節(jié)約了外加碳源，同時(shí)反硝化是產(chǎn)堿反應(yīng)，而硝化是耗堿反應(yīng)，可以減少DAT池的堿投加量。IAT池可視為延時(shí)曝氣，溶解氧保持在0.5～1.5 mg/L范圍內(nèi)，使該池形成了好氧、缺氧、厭氧環(huán)境，可以出現(xiàn)同步硝化和反硝化反應(yīng)現(xiàn)象^[5]，有機(jī)物和氨氮進(jìn)一步去除，出水水質(zhì)較好。

2 試驗(yàn)裝置和方法

2.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖1所示，A/DAT-IAT為有機(jī)玻璃設(shè)備，整體尺寸為320mm×120mm×270mm，有效容積為9.6L，其中缺氧池為80mm×120mm×270mm，DAT池和IAT池分別為120mm×120mm×270mm。配水系統(tǒng)采用孔眼配水，前隔板在高度160mm處布置一排孔眼，共有8個(gè)φ8mm的孔眼，后隔板在高度30mm處布置一排孔眼，共有6個(gè)φ8mm的孔眼。

反應(yīng)器置于恒溫水浴中，保持溫度恒定。進(jìn)水量、出水量以及回流比可以通過(guò)蠕動(dòng)泵來(lái)控制大小。曝氣和出水的間隔時(shí)間利用時(shí)間微電腦開(kāi)關(guān)來(lái)控制。

2.2 試驗(yàn)用水

原水來(lái)自鎮(zhèn)江市某化工有限公司，其水質(zhì)如表1。該廢水屬于高濃度氨氮廢水，且高鹽、多成分的難治理的廢水。該污水?dāng)M采用兩階段處理，第一階段超聲波預(yù)處理，第二階段生物脫氮處理。本試驗(yàn)?zāi)M第二階段生物處理，用葡萄糖和廢水稀釋液調(diào)節(jié)進(jìn)水COD和氨氮濃度。

2.3 分析方法

氨氮采用鈉氏試劑分光光度法測(cè)定，COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定，pH值采用玻璃電極法測(cè)定。

3 結(jié)果與討論

3.1 污泥培養(yǎng)和馴化

本試驗(yàn)的污泥取自學(xué)校玉帶河底泥，污泥呈黑色，含大量泥沙等無(wú)機(jī)物，活性極差。污泥首先在一個(gè)有效容積為10L的玻璃缸內(nèi)培養(yǎng)，取1L底泥，加9L配制水，悶曝22h，靜置2h，以后每個(gè)周期排放6L廢水，然后加入6L配制水，連續(xù)運(yùn)行了12天。污泥顏色由黑色逐漸變成淺黑色，沉淀時(shí)泥水界面由開(kāi)始模糊逐漸變得邊緣清晰，鏡檢可以觀察到草履蟲(chóng)、漫游蟲(chóng)、裂口蟲(chóng)、吸管蟲(chóng)等。隨著生物相逐漸變好，預(yù)示菌種已培養(yǎng)出來(lái)，但污泥活性還不強(qiáng)，需要繼續(xù)培養(yǎng)。培養(yǎng)12天以后，每天運(yùn)行兩個(gè)周期，曝氣10h，靜置2h，連續(xù)運(yùn)行了20天?；钚晕勰郤V為21％，MLSS達(dá)到3500 mg/L，污泥的絮凝和沉淀性能良好，混合液靜置半小時(shí)，上清夜清澈透明，泥水界面清晰，沉淀污泥呈黃褐色，鏡檢有大量新型菌膠團(tuán)，較為密實(shí)，鏡檢可以觀察倒許多活躍鐘蟲(chóng)，說(shuō)明了活性污泥培養(yǎng)成功。

將活性污泥倒入A/DAT-IAT反應(yīng)器中，A/DAT-IAT系統(tǒng)開(kāi)始正常運(yùn)行。IAT池反應(yīng)周期為4h，其中曝氣2h，沉淀1h，排水及靜置1h。馴化初期進(jìn)水COD濃度300mg/L，氨氮50mg/L，以后每隔1個(gè)星期提高COD和氨氮濃度一次，連續(xù)運(yùn)行了3個(gè)月。在馴化結(jié)束時(shí)，COD濃度為600 mg/L，氨氮濃度120 mg/L，去除率分別達(dá)到94％和96％。

3.2 氨氮進(jìn)水濃度的影響

進(jìn)水流量0.6L/h，COD為600 mg/L，pH值7.6，不斷改變進(jìn)水氨氮濃度，考察氨氮進(jìn)水濃度對(duì)氨氮去除率的影響。由圖2可知，當(dāng)氨氮濃度為150 mg/L，出水氨氮濃度低于 25 mg/L，可達(dá)到國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明A/DAT-IAT系統(tǒng)具有一定耐水質(zhì)沖擊負(fù)荷的作用。當(dāng)氨氮高于150 mg/L，出水水質(zhì)明顯下降，分析脫氮效果下降主要的原因有兩個(gè)：一是游離態(tài)氨對(duì)微生物的抑制作用^[6]，隨著廢水氨氮濃度增加廢水中的游離氨濃度液也升高，微生物正常生理活動(dòng)受到游離態(tài)氨的抑制作用；二是隨著氨氮濃度的增加，微生物繁殖也增多，DO的量和COD的量供應(yīng)不能滿足微生物的需要，這時(shí)有必要提高DO或者COD供應(yīng)量。氨氮濃度越低硝化降解越徹底，出水水質(zhì)越好。

圖2 進(jìn)水氨氮濃度對(duì)氨氮去除的情況

3.3 pH的影響

進(jìn)水COD濃度600 mg/L，氨氮濃度120 mg/L，流量0.6L/h，投加NaHCO₃調(diào)節(jié)進(jìn)水pH值，其處理效果見(jiàn)圖3。

圖3 pH對(duì)氨氮去除的影響

由圖3可以看出， pH值低于7.4或者高于8.0時(shí)，脫氮效果快速下降。pH值對(duì)氨氮去除率影響非常大，硝化細(xì)菌適宜的pH值為6.0～7.5，亞硝酸菌適宜的pH值為7.0～8.5，反應(yīng)器pH小于6或者高于9.6時(shí)整個(gè)硝化反應(yīng)受到抑制^[7]。對(duì)于反硝化過(guò)程，當(dāng)pH值低于6或高于9時(shí)，反硝化速率很快下降，當(dāng)pH值為7.6左右時(shí)，反硝化處于最佳狀態(tài)，pH值過(guò)高，硝化細(xì)菌會(huì)受到抑制而影響反硝化的反硝化速率^[8]。本試驗(yàn)A/DAT-IAT系統(tǒng)在pH值7.4～7.8范圍內(nèi)時(shí)取得最佳脫氮效果。

3.4 碳氮比的影響

保持進(jìn)水氨氮濃度120 mg/L，進(jìn)水量0.6L/h，pH值7.6，調(diào)節(jié)進(jìn)水COD濃度，改變碳氮比，其處理效果見(jiàn)圖5。

圖5 C/N比對(duì)氨氮去除率的影響 

在活性污泥中，自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌的比例與污水的C/N比有關(guān)，氨氮除了為細(xì)胞提同化合成氮源外，還是硝化菌生長(zhǎng)的能源。低C/N比的條件下，有利于自養(yǎng)硝化菌對(duì)低物和溶解氧的競(jìng)爭(zhēng)，硝化細(xì)菌優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)；高C/N比導(dǎo)致廢水有機(jī)物負(fù)荷過(guò)高，活性污泥系統(tǒng)中的異養(yǎng)型好氧菌生長(zhǎng)速度高，自養(yǎng)型硝化菌與異養(yǎng)型好氧菌在對(duì)氧的競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)，使得硝化效果不理想。但是，并不是廢水C/N比越低越好，低C/N比限制了反硝化過(guò)程。理論上，C/N比大于2.86才能滿足反硝化作用對(duì)碳源的需要^[9]。有文獻(xiàn)報(bào)道^[]：在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)控制C/N比大于4.0，最好高于5.7。試驗(yàn)表明,A/DAT-IAT系統(tǒng)在C/N比為6時(shí)能取得良好的脫氮效果，說(shuō)明了控制C/N比是生物脫氮的一個(gè)重要因素。

3.5 內(nèi)回流比的影響

內(nèi)回流比(r)是A/DAT-IAT系統(tǒng)脫氮一個(gè)重要控制參數(shù)，它直接決定了脫氮效率。假設(shè)生物硝化在DAT池為100％，反硝化在缺氧池也為100％，不考慮IAT池脫氮的效果，即所有的TKN均被硝化成NO₃^－-N，回流到缺氧池的所有NO₃^－-N均被反硝化為N₂，此時(shí)脫氮效率E_DN為^[10]：

從上式可以看出來(lái)，r越大，系統(tǒng)脫氮效率越高，出水氨氮濃度越低。實(shí)際并不是如此，因?yàn)閞越高，通過(guò)內(nèi)回流自DAT池帶至缺氧池的溶解氧就越多，當(dāng)溶解氧較高時(shí)，反硝化會(huì)受到干擾，使得脫氮效果下降。本試驗(yàn)進(jìn)行了內(nèi)回流比為100％、200％，300％，400％，500％，600％六個(gè)工況的運(yùn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表2。確定本試驗(yàn)最佳內(nèi)回流比為400％。

3.6 污泥回流比的影響

A/DAT-IAT系統(tǒng)在不同的反應(yīng)池內(nèi)為混合流，在時(shí)間上是推流，DAT池內(nèi)的廢水連續(xù)不斷流入IAT池，使得DAT池污泥不斷流失，最后沒(méi)有污泥了。為了避免這種情況出現(xiàn)，必需設(shè)置回流泵，將IAT池內(nèi)污泥回流至DAT池。本試驗(yàn)分別進(jìn)行了回流比為50％、100％、150％、200％、250％、300％、400％的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。氨氮去除率隨著回流比增大開(kāi)始升高后來(lái)降低，回流比為250％時(shí)氨氮去除率最高。當(dāng)回流比過(guò)小時(shí)，缺氧池和DAT池內(nèi)污泥量少，不能有效進(jìn)行有機(jī)物和氨氮降解反應(yīng)；當(dāng)回流比過(guò)大時(shí)，IAT池與DAT池混合液氨氮濃度不存在濃度差，幾乎合并成為一個(gè)反應(yīng)池。

進(jìn)水COD濃度600 mg/L，氨氮濃度120 mg/L，流量0.6L/h，pH值7.6，投加NaHCO₃改變進(jìn)水pH，其處理效果見(jiàn)圖4。

圖4 溫度對(duì)氨氮去除的影響

硝化細(xì)菌對(duì)溫度非常敏感，在5～35℃的范圍內(nèi)能進(jìn)行正常的生理代謝活動(dòng)，并隨著溫度的升高，生物活性增大。而反硝化細(xì)菌對(duì)溫度不如硝化細(xì)菌敏感，但反硝化效果也會(huì)隨溫度變化而變化。

4 結(jié)論

1.A/DAT-IAT工藝實(shí)質(zhì)是A/0法和SBR法結(jié)合，它具有兩者優(yōu)點(diǎn)。不需外加碳源，出水水質(zhì)好，運(yùn)行成本低，是一個(gè)有效脫氮的新途徑。

2.本試驗(yàn)考察了進(jìn)水水質(zhì)對(duì)氨氮去除率的影響。試驗(yàn)表明進(jìn)水氨氮為120mg/L時(shí)，碳氮比為6，pH為7.6能取得良好脫氮效果。

3.回流比對(duì)脫氮影響也非常大，

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