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沸石強化SBR脫氮研究
簡介: 近年來 ,隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和人們生活水平的提高,含氮化合物的排放量急劇增加,業(yè)已成為環(huán)境的嚴重污染源而引起各界的關注。
關鍵字:沸石 強化SBR 脫氮
一、緒論
1.氮素污染的危害:
近年來 ,隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和人們生活水平的提高,含氮化合物的排放量急劇增加,業(yè)已成為環(huán)境的嚴重污染源而引起各界的關注。氮素污染的危害極大,表現(xiàn)在[1,2,3]:(1)造成水體的“富營養(yǎng)化”,致使藻類毒素通過食物鏈使人中毒。(2)在一般條件下 ,廢水中所含的有機氮會轉化成氨。而氨的氧化 ,將導致水體中溶解氧濃度降低,使水體缺氧,從而引起魚類大量死亡,造成水生生態(tài)系統(tǒng)紊亂;(3)與氯氣作用生成氯胺,妨礙氯化,增加市政給水處理成本。(4)氨轉化為硝酸,又可由飲用水而誘發(fā)嬰兒的高鐵血紅蛋白癥;硝酸鹽進一步轉化為亞硝胺則具有嚴重的“三致”作用,直接威脅著人類的健康。所以,經(jīng)濟有效地控制氮素污染已成為當今環(huán)境工作者所面臨的重大科研課題。
2.城市污水除氮方法:
城市污水除氮方法分為物理化學方法與生物處理方法兩種[4]。
物化法操作彈性大、效率高、投資省、占地小,但運行費用或藥劑費用較高,且易產(chǎn)生二次污染;生物法脫氮的形式多種多樣,經(jīng)濟、且無二次污染,具有很大潛力[5]。其中,生物法中的SBR()由于有很多獨到之處而收到人們的重視。其可以通過限制曝氣或半限制曝氣等運行方式在時間上實現(xiàn)缺氧/好氧的組合,并對每一部分的時間比例作合適的控制,以達到脫氮的目的[9]。與其他工藝相比,SBR工藝具有處理構筑物少,調節(jié)功能好,對水質、水量的變化具有一定的適應性,且不宜產(chǎn)生污泥膨脹的優(yōu)點[6],其TN的去除率可以達到90%以上[7]。
3.選題目的、意義以及研究路線確定
(1)選題的目的和意義:
2003年7月1日,國家執(zhí)行了新的污水排放標準,規(guī)定氨氮濃度不得超過12mg/L,而現(xiàn)行的廢水處理工藝很難達到此要求。尤其是在冬季低溫和氨氮濃度較高的情況下,出水總氮和氨氮濃度更難達到排放標準。為改善冬季低溫和高濃度氨氮條件下的生物脫氮效果,可采用吸附法來強化生物脫氮。我國具有豐富的沸石礦產(chǎn)資源,其不但具有良好的吸附性能,而且價格低廉,已被廣泛應用于工農(nóng)業(yè)及環(huán)境保護領域。本選題擬采用沸石來強化SBR的生物脫氮功能。
(2)研究路線的確定:
本選題利用天然沸石的良好吸附性能,將沸石與SBR工藝結合起來,強化SBR工藝生物脫氮的效果。
本試驗工藝流程:污水→初沉池→曝氣池(SBR反應器)→出水
二、沸石強化SBR生物脫氮研究
1.沸石吸附原理
沸石是一種含水的堿或堿金屬架狀鋁硅酸鹽礦物[17~21],其礦物結構是硅氧(SiO4)四面體和鋁氧(AlO4)四面體按一定的規(guī)律排列成具有籠狀的骨架,具有很多大小均一的孔穴和通道。在孔穴和通道中存在許多沸石水,經(jīng)加熱其分可逸去,失水后的沸石,形成一個內表面很多的孔穴,其結構很像是疏松多孔的海綿體,具有很強的吸附性,可吸附大量的其它分子(如NH3、CO2、H2S等),填充沸石水的空缺,并保有很高強度。
沸石孔穴、通道大小均勻、固定,小于其直徑的物質能被吸附,大于其直徑的物質則不被吸附,從而對分子起著篩選作用。沸石能作吸附劑,主要靠它表面具有強大的包容力,而且還有較大的靜電力。因沸石晶格孔穴中分布有陽離子,同時部分格架氧也具有負電荷,從而在離子周圍形成了強大電場,故其吸附力特別強大。由于其吸附力的強大,對銨離子能有選擇地吸收交換。
沸石對于各種離子的選擇交換順序如下:
Cs+>Rb+>K+> NH4+>Sr2+>Na+>Ca2+>Fe3+>Al3+>Mg2+>Li+
所以,當沸石用于氨氮的去除時,影響最大的為K+[22]。由于城市污水中一般K+含量并不高,故沸石對氨離子有較高的選擇性[23]。
2.試驗裝置與工藝運行參數(shù)
(1)試驗材料:
本試驗所用沸石為浙江縉云出產(chǎn)的400目天然沸石粉;試驗用水為實驗室制備的蒸餾水和超純水、屏風泵站生活污水;污泥取自桂林市七里店污水廠氧化溝。
(2)試驗裝置
試驗裝置(小試)為三組并聯(lián)運行的SBR池,單池尺寸 ,各設磁力攪拌器1臺。
(3)試驗設計:試驗研究分三組、四個工況進行,如下
A組(反應器1):對比組,研究SBR工藝對城市污水的脫氮效果。
B組(反應器2):SBR+沸石(組合工藝),研究沸石對中低濃度氨氮的脫氮效果。
C組(反應器3):SBR+沸石(組合工藝),研究沸石對中高濃度氨氮的脫氮效果。
B組和C組的沸石投加量均為3g/L(以105℃下烘干4h以上的沸石重量計)。
試驗研究共進行了未反硝化、投小蘇打、反硝化、減少曝氣量四個工況。各工況運行條件如下:
(4)工藝運行參數(shù):每天運行兩個周期,每組每周期處理2.5升污水;進水0.5h、反硝化1h、曝氣7.5h、沉淀和排水2h、閑置1h;泥齡:20d;每天排泥一次。
(5)試驗分析項目及方法:
測試項目
測試方法
使用或設備
pH
玻璃電極法[45](GB 6920-86)
PHS-3S型精密pH計
快速測定法(俗稱"三五法")
微波密封消解速測儀
NH3-N
納氏試劑比色法[45](GB 7479-87)
分光光度計
MLSS
重量法(105℃烘干恒重)
DRH型電熱鼓風干燥箱
MLVSS
重量法(600℃灼燒恒重)
馬輻爐
SV%
自由沉淀30min
量筒
3.試驗結果及分析
3.1 的去除效果
由圖3-1和3-2可以看出,整個反應期間各反應器的去除率都基本在50%以上,而且各反應器去除率差別并不十分顯著。在進行反硝化以后,去除率達到了80%以上。盡管進水濃度波動很大,但出水濃度一直維持在50mg/L以下。達到了國家污水綜合排放一級標準。
3.2氨氮的去除效果
從圖3-3可以看到,整個反應期間除了5月5日受寒潮影響溫度較低以外,溫度是基本恒定的,大致在25~30℃之間。在此溫度范圍內,氨氮去除率受溫度的影響不大,也就說溫度不是決定性的影響因素。但可以看到三個反應器的氨氮去除率變化曲線的起伏與溫度變化曲線的起伏是大致相同的,且氨氮去除率的變化具有一定的滯后性。
整個反應期間,反應器1和2的氨氮去除率差別不是很明顯,但我們還是可以看到在各反應器運行反硝化以后,反應器2的去除率是略高于反應器1的,而反應器3的去除率則明顯低于前二者。在工況二,投加小蘇打調pH值后,各反應器的氨氮去除率都有顯著提高。
3.3 各反應器運行期間f值的變化
(注:MLVSS與MLSS的比值以f表示,即:f=MLVSS/MLSS)
圖3-4的結果表明,各反應器的f值在運行期間是基本恒定的。投加了沸石的反應器2、3的f值明顯地低于未投加沸石的反應器1。
3.4 pH值與氨氮、的關系
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