生物沸石强化SBR工艺脱氮研究


  近年来,随着国家新的污水处理综合排放标准(GB18918-2002)的执行,对污水排放尤其是城镇污水处理排放的COD、氨氮和总氮等提出了更严格的要求。而现行的废水处理工艺在生物脱氮时暴露出许多问题,如工艺流程长、控制复杂,运行成本高等。简化脱氮工艺操作,降低运行成本,最大限度的去除氨氮,满足污水处理的新要求已成为当今环境工作者所面临的重要课题。

  间歇式活性污泥法(SBR)在处理城市污水时通过好氧、厌氧或缺氧交替运行的方式,在有效去除有机物的同时,也能同时达到的脱氮效果。但在整个工艺过程中,操作、控制运行难度较大。因而,大多数情况下并不能达到预期脱氮效果,这是目前SBR工艺亟待解决的问题之一。

  沸石是一种架状结构的多孔穴和通道的硅铝酸盐,在我国分布广、储量大,较易开采,而且价格低廉。由于沸石具有巨大的比表面积(400~800m2/g),有良好的吸附、交换性能,并且还是一种极性吸附剂,可以吸附有极性的分子和细菌,对细菌有富集作用,因此沸石是一种理想的生物载体,已被广泛应用于工农业及环境保护领域。将沸石与SBR结合起来,研究一种沸石强化SBR的生物处理工艺,以期能强化其生物脱氮功能,对开辟一条经济有效的污水处理新工艺具有重要的现实意义。

  1、实验部分

  1.1实验工艺流程和运行参数

  工艺流程:污水→初沉池→SBR反应器→出水。

  运行参数:SBR运行周期为:曝气6h、沉淀和排水3h、闲置2h。泥龄18d,污泥浓度3000~3500mg/L,pH值6.0~7.0,水温20~22℃,SV:23%,SVI:68。

  SBR:有效容积11.5L,透明有机玻璃制造。

  1.2实验方法

  1.2.1沸石对有机物及氨氮的吸附

  取一定量生活污水7000mL,加入一定浓度的氯化铵溶液,成为配制的混合溶液。将配制的混合溶液分成7等份,每份投加沸石1.6g。分别搅拌不同时间,分别检测进、出水COD及NH3-N浓度,可以得出不同吸附时间下沸石对COD及NH3-N交换吸附容量,比较后即可得出最佳吸附平衡时间。

  1.2.2沸石强化SBR脱氮与常规SBR生物脱氮的对比

  在两个相同的SBR反应器中,采用相同的污水进水浓度,相同的菌种,接种培养相同的时间,其中一个为常规SBR反应器,另一个在培养时投入沸石,为沸石强化SBR反应器。在操作条件相同情况下,处理相同的污水,比较它们对有机物及氨氮的去除效果。

  1.3分析方法

  分析方法采用国家环保局《水和废水监测分析方法》(第3版)。

  2、实验结果与分析

  2.1沸石对COD、氨氮的吸附

生物沸石强化SBR工艺脱氮研究

  图1为沸石对COD及NH3-N不同吸附时间的结果。进水氨氮初始浓度为39.7mg/L。由图1可知,沸石对氨氮表现出较好的吸附性能。随着吸附时间的延长,沸石对氨氮的去除量也逐渐增加。在达到70min后,沸石的吸附量已基本接近饱和,对生活污水氨氮的最大吸附容量为4.6mg氨氮/g沸石,对氨氮最大去除率为18%。沸石在对生活污水中氨氮吸附的同时,也对COD发生吸附作用。

生物沸石强化SBR工艺脱氮研究

  图2显示,当进水COD浓度为389.6mg/L时,沸石的吸附作用使COD浓度迅速降低,随着吸附反应时间的延长,沸石对COD的去除量也逐渐增加,其吸附平衡时间为80min。这表明沸石不仅对氨氮有去除作用,也对COD表现出一定的去除能力。由于沸石是一种硅酸盐矿物,其粉末颗粒表面具有晶体缺陷,Si、Al以及一些金属离子的配位还未达到饱和,在水合作用下,其与水分子配位而吸附、粘附污水中的胶体物质、颗粒物有机物等,使COD降低。

  2.2沸石强化SBR与常规SBR生物脱氮的对比

生物沸石强化SBR工艺脱氮研究

  图3显示:常规SBR对氨氮去除率最高可达82%,最低64%,平均70%左右,SBR反应器投加沸石后,含沸石污泥对氨氮有较好的吸附去除作用。氨氮去除率最高可达95%,最低78%,平均85%左右,高出未加沸石反应器去除率15%,显示投加沸石对生物脱氮有一定的强化作用。分析原因,除了前面谈到的沸石具有物理吸附功能,能去除部分氨氮外,最重要的是沸石在此环境下的生物吸附与生物降解功能。

  一方面,沸石粘附微生物后,形成沸石-生物复合体,微生物生长在沸石表面及内孔,它能分泌胞外酶等物质,粘附污水中的胶体物质、颗粒有机物,同时降低水中胶体的Zeta电位,有利于水中胶体颗粒的凝聚、沉降,从而提高了SBR去除氨氮和COD的能力,此为生物吸附。另一方面,对氨氮的去除是由硝化细菌完成的。硝化细菌为世代周期长的自养好氧菌,其增殖速度较慢,远低于异养好氧菌,通常情况下不易形成种群优势,这是造成常规SBR氨氮去除率不高的主要原因之一。沸石作为一种生物载体,利用其比表面积大的特点,可以有效的富集微生物,增加微生物尤其是硝化菌在反应器中的浓度,从而提高了对氨氮的去除率。因此,沸石强化SBR对氨氮的去除是基于生物吸附和生物降解共同作用的结果。

  两种反应器对COD的去除有类似特点,见图4。

生物沸石强化SBR工艺脱氮研究

  沸石强化SBR反应器对COD的平均去除率约为70%,常规SBR对COD的平均去除率约为59%,二者对COD的去除差异没有对氨氮的去除那么大。原因是对有机物的去除是靠异养好氧菌完成,其增殖速度快,是水体中的优势菌种,在水中的浓度较高,因而沸石的生物富集作用表现不明显而已。

  3、结论

  (1)沸石在静态吸附条件下对生活污水氨氮的最大吸附容量为4.6mg氨氮/(g沸石),吸附饱和时间约为70min,氨氮最大去除率为18%。

  (2)沸石强化SBR反应器运行测试结果表明,沸石的投加对生物脱氮有较好的强化作用,高出常规SBR对氨氮的去除率15%左右,同时对COD的去除也有一定的提高。