低碳氮比污水對(duì)同步硝化反硝化脫氮的影響

1、 肖靜,許國仁(哈爾濱工業(yè)大學(xué),城市水資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江哈爾濱150090 考察了低溶解氧含量連續(xù)曝氣的序批式反應(yīng)器內(nèi),低C/N污水對(duì)氮去除的影響,評(píng)價(jià)了氮的去除效率。結(jié)果表明,m TN和NH4+-N 的去除率在去除率下降為13.66%和平衡的硝化和反硝化反應(yīng)m(C/m(N為3.94時(shí),出收稿日期:2012-04-23基金項(xiàng)目:國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863項(xiàng)目(2009AA064704;國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(51038003;新世紀(jì)優(yōu)秀人才項(xiàng)目(NCET-08-161作者簡介:肖靜(1980-,女,博士研究生,研究方向?yàn)槲鬯摰夹g(shù)聯(lián)系電話:186*;E-mail:mdiffer

2、ent含過量氮富營養(yǎng)化,嚴(yán)重起人們廣泛的的形式存在于生最常用的方法,過程中不需要升微生物來源廣、是一種工藝簡單途的脫氮方法傳統(tǒng)生物脫通過硝化轉(zhuǎn)化為菌將NO3-N和而達(dá)到從污水中生物學(xué)和生物化生物脫氮技術(shù)的工藝就是研究較多的新型脫氮技術(shù)之一。允許硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)發(fā)生在同一操作條件下且在同一反應(yīng)器內(nèi),與傳統(tǒng)的生物脫氮工藝相比,同步硝化反硝化工藝具有明顯的優(yōu)越性:能夠有效地保持反應(yīng)器中pH穩(wěn)定;耗堿量小,需氧量、消耗碳源量和產(chǎn)泥量可分別減少25%、40%和50%等6-7。因此,引起廣泛的關(guān)注。器,通過時(shí)間程序2L。反應(yīng)器底空氣壓縮機(jī)(海,空氣管路上設(shè)有氣量的大小,液混合的程度。NH4Cl、KNO

3、3、做為碳源,微量II(ZnSO4·7H2O、5H2O、H3BO3和試驗(yàn)過程中主要檢測項(xiàng)目包括COD和NH4+-N、NO3-N、NO2-N、TP、TN含量等,另外還包括污泥沉降比(SV、pH、水溫和MLSS、MLVSS、DO含量等。試驗(yàn)中的水質(zhì)分析方法均依照文獻(xiàn)8進(jìn)行。主要考察低C/N的進(jìn)水對(duì)氮去除的影響。進(jìn)水第38卷第11期2012年11月Vol.38No.11Nov.,201277 DOI:CNKI:33-1127/P.20121107.1145.017 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間:2012-11-07 11:45網(wǎng)絡(luò)出版地址:NH4+-N的質(zhì)量濃度維持在60mg/L左右,通過向污水中投加淀粉

4、的量改變進(jìn)水的COD,以調(diào)節(jié)m(C/ m(N分別為1.05、1.98、2.95、3.94。試驗(yàn)中以的實(shí)測結(jié)果為準(zhǔn)。DO的質(zhì)量濃度維持在0.5mg/L左右,pH 為7.58.0,HRT為7h。進(jìn)水方式為限制曝氣式瞬時(shí)進(jìn)水,依次進(jìn)行曝氣7h、沉淀1.0h、排除處理水,閑置2h后開始下一周期的運(yùn)行。系統(tǒng)穩(wěn)定后,測定1個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)各污染物成分的變化情況 。COD 由圖顯著,m相接近,m(C/m(N為2.95的則與3.94有相似的趨勢,2者COD的去除率均達(dá)到了95%以上,說明盡管進(jìn)水的COD并不相同,但是都達(dá)到了很高的去除率。m(C/m(N對(duì)COD的去除沒有影響,此結(jié)果與其他的研究者得到的結(jié)論一致9-

5、10。系統(tǒng)在從運(yùn)行開始至100min時(shí),m(C/m(N為3.94的系統(tǒng)已經(jīng)去除了70.30%的COD。直到反應(yīng)周期結(jié)束,320min的時(shí)間內(nèi)去除了剩余的COD的27%。m(C/m(N為2.95的系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)的去除效果并沒有比m(C/m(N為3.94的好,但是在運(yùn)行周期從開始至140min的期間內(nèi),COD去除率從0迅速升到63.09%,之后呈現(xiàn)平穩(wěn)下降的趨勢。m(C/m(N為1.05與1.98的COD去除效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于m(C/m(N為2.95和3.94時(shí),并且在系統(tǒng)運(yùn)行期間有較大幅的波動(dòng)。最后,2者的去除率分別為57.23%和70.26%。分析原因可知,在反應(yīng)初始,系統(tǒng)內(nèi)的COD迅速降低,是由于

6、稀釋作用、活性污泥的快速吸附作用和微生物的利用共同作用的結(jié)果。通過泥水的接觸,污水中的有機(jī)物被吸附到微生物細(xì)胞的表面。一部分被吸附的有機(jī)物會(huì)被微生物水解為可溶性的小分子有機(jī)物,此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的COD就會(huì)出現(xiàn)微生降低。含量COD/(mg·L-1去除率/%圖2(b去除率圖2在1個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)NH4+-N的去除Fig.2NH4+-N removal within a run cycle(TN/(mg·L-1t/min圖3(aTN含量變化第38卷第11期78由圖2和圖 與TN 的去除m (C/m (N為別為54.7%和分別達(dá)到27.8至3.94時(shí),周期量濃度分別為少量的NO x -N 化

7、為氮?dú)?。但m (C/m (N為(N為2.95和比較相近,在系別達(dá)到35.9%、min 內(nèi)去除的60%以上,剩余進(jìn)水m (C/率分別是30.6%分別為43.8個(gè)運(yùn)行過程中,在反應(yīng)結(jié)束時(shí),2mg/L 和51.6和Ng 在他們的研究中觀察到依賴于生物細(xì)胞的同化作用去除的進(jìn)水TN 約為15%20%11。因此,可以推測m (C/m (N為1.05和1.98的2個(gè)系統(tǒng)內(nèi)TN 的去除歸功于微生物的同化作用,由于碳源的缺乏和DO 含量的逐漸升高,反硝化反應(yīng)無法進(jìn)行,因此系統(tǒng)中累積了大量NO 2-N 和NO 3-N 。總體而言,試驗(yàn)中沒有觀察到明顯的隨著C/N 增加TN 去除也增加的趨勢,但是就TN 去除而言,

8、4種不同C/N 表現(xiàn)出明顯的兩兩相似,并且差異顯著,同時(shí)TN 的去除也說明了在持續(xù)曝氣情況下反應(yīng)器內(nèi)存在著反硝化現(xiàn)象,即發(fā)生了同步硝化反硝化反應(yīng)。系統(tǒng)內(nèi)硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的速率按照方程(1和(2來計(jì)算。方程(3用來計(jì)算同步硝化反硝化的效率,2003年由Katie 等提出12。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)總結(jié)在表1中。r n =q V ,i i (NH 4+-N-e (NH 4+-N/V ,(1r d =q V ,i i (TN-e (TN/V ,(2E (SND=1-r (NO x -N/o (NH 4+-N。(3式中,r n 和r d 分別為硝化和反硝化反應(yīng)速率,q V ,i為進(jìn)水體積流量,i (NH 4+-

9、N和e (NH 4+-N進(jìn)出水+后則是利用細(xì)胞內(nèi)部的儲(chǔ)存碳源。反硝化反應(yīng)的速率取決于所利用的碳源,隨著這種順序而降低。很多研究者認(rèn)為,高效的同步硝化反硝化發(fā)生在硝化反應(yīng)速率與反硝化反應(yīng)速率達(dá)到平衡并且系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的NO 2-N 和NO 3-N 較少的時(shí)候14-15。因此,進(jìn)水m (C/m (N分別為2.95和3.94的試驗(yàn)條件下的系統(tǒng)得到了較高效的同步硝化反硝化效率,與表1中計(jì)算所得結(jié)果一致,分別為86.56%和94.72%。Chiu 等在其研究中得出,當(dāng)m (C/m (N分別為11.1和19.7的時(shí)候,同步硝化反硝化效率分別達(dá)到了98.7%和97.1%9;Pochana and Keller

10、在初始m (C/圖3(b去除率圖3在1個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)TN 去除Fig.3TN removal within a run cycle去除率/%t /min肖靜等,低碳氮比污水對(duì)同步硝化反硝化脫氮的影響79 Xiao Jing,Xu Guoren(State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,ChinaThe effect of sewage with low chemical oxygen demand and nitrogen (C

11、/Non nitrogen removal was investigated in a sequencing batch reactorsystem operated in continuous aeration mode at low dissolved oxygen concentration.The efficiency of nitrogen removal was evaluated.Results demonstrated that above 95.0%removal efficiencies of organic matter was achieved while the in

12、fluent m (C/m (Nwere adjusted to 2.95and 3.94.The removal efficiencies of TN and ammonia (NH 4+-Nremoval with a m (C/m (Nof 2.95were the max value at 47.4%and 54.7%.Decreased m (C/m (Nto 1.98and 1.05,TN removal efficiencies were 13.66%and 16.26%respectively.By analyzing the data,denitrification was

13、indeed influenced by C/N,especially lower influent C/N,causing low TN removal efficiency.Moreover,an unbalanced nitrification and denitrification resulted in low efficiency of simultaneous nitrification and denitrification (SND.The highest simultaneous nitrification and denitrification efficiency we

14、re achieved at m (C/m (Nof 3.94leaving small amount NO x -N in the effluent.low C/N;COD removal;nitrogen removal;SNDm (N為14.5的時(shí)候,得到了大約80%的同步硝化反硝化率16?？偠灾?一個(gè)高效的同步硝化反硝化系統(tǒng),不但要有平衡的硝化反應(yīng)與反硝化反應(yīng),還要有較高的硝化速率和反硝化速率 。就COD 的去除而言,進(jìn)水m (C/m (N分別為2.95和3.94的系統(tǒng)并未受到影響,2者的去除率均達(dá)到了95%以上;降低m (C/m (N分別至1.05和1.98時(shí),COD 的去除受到了

15、明顯的影響,系統(tǒng)運(yùn)行期間有較大幅的波動(dòng),最后去除率結(jié)束于57.23%和70.26%。硝化反應(yīng)速 在低C/N 的C/N 對(duì)其低C/N 進(jìn)C/N 的增加大幅遠(yuǎn)高于m (C/m 反硝化反應(yīng)速不平衡,從而降m (C/m (N為94.72%,m (C/m 1Ghafari S,Hasan from water and 2008,99:2TchobanoglousG,Treatment and 3趙丹,任南琪,筑大學(xué)學(xué)報(bào),4Shinya M,biofilm:Effects of oxygen on J.BiochemicalEngineering Journal,2007,37:98-107.5Ahn Y

16、H.Sustainable nitrogen eliminationbiotechnologies:a review.Process Biochemistry,2006,41:1709-1721.6Ohandja DG,Li J F,Ji J,et al.Simultaneous nitrification-denitrificationachieved by an innovative internal-loop airlift MBR:comparative studyJ.Bioresource Technology,2008,99:5867-5872.7Gibbs B,ThirdKA,N

17、ewlandM,et al.Long-term aeration managementfor improved N -removal via SND in a sequencing batch reactor J.Water Res.,2005,393:523-3530.8國家環(huán)境保護(hù)總局水和廢水監(jiān)測分析方法編委會(huì).水和廢水監(jiān)測分析方法M.4版.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2002.9Chiu Y C,Lee L L,Chang C N,et al.Control ofcarbon and ammoniumratio for simultaneous nitrificationanddenitrification in a sequencing Biod