SBR短程硝化影响因素研究韩晋英

科学发展与社会责任2.在负载于硅胶的Fe+3一ce+4的共掺杂体系,确定在500℃焙烧h2条件下0.01%Fe3十一0.01%ce4十一iTq℃的质量配比对硝基苯酚的降解效果最好。当在40℃时Fe+3一eC+4最佳配比的去除率最明显,比不添加ee4+高出20%。3.在城市的水资源安全日益受工业废水威胁的今天,用双元素掺杂得负载型iT02氧化技术是非常有效的。尤其是含酚得废水,在最佳配比情况下降解率达到9s%以上。参考文献l1[姚秉华,梁延荣.纳米Tio扰催化性能的研究0].西安理工大学学报,2001,1,7(3):235一238.2[]周文敏,等.水中优先控制污染物黑名单U].中国环境监测,1990,6(4):1.33[]刘洪禄,张爱茜,吴海锁等.氧化亚铜光催化降解对硝基苯酚田.环境化学,2004,23s():490一4944[]高甲友.铁一草酸盐配合物光分解降解对硝基苯酚的研究田.环境科学与技术,2004,27(3):30一31,84·sJ[刘智,洪青,张晓舟等.甲基对硫磷降解菌DLL一E4降解对一硝基苯酚特性U],中国环境科学,2003,23(4):435一439.61[沈慧芳,陈焕钦.对硝基苯酚臭氧化反应动力学研究U]北学反应工程与工艺,2003,19(s):193一198v[]地矿部水文地质工程研究所,水样分析田.北京:地矿部,1990:152一154·8[]邓南胜,吴峰.环境光化学M[].北京北学工业出版社。2003:39一51.[9」ChoiW,TemunA,MiehaelRH.TheroleofmetaliondoPantsinquantum一size!汪TIOZ:eorrelaitonbetweenPhotoreaetivityandehagreea币errecombinaiton即naimes.01PhysChem,1994,96:13669.【101ZhangZ,WangC,zak二aR,et.al.RoleofPartielesizeinnanoewstallineTIOZ一b二esphotoeatalysts.Joum公ofPhysiealCh~s卿,1998,102:10871.作者简介刘元,男,1982.11.06出生,沈阳建筑大学硕士在读,主要从事水污染与控制的研究。SBR短程硝化影响因素研究韩晋英’傅金祥’许岩岩’齐建华(1.沈阳建筑大学市政与环境工程学院沈阳110168、2.中科院沈阳生态研究所沈阳1100163.重庆大学城市建设与环境工程学院重庆400045)摘要:在BSR反应器中用传统活性污泥做为种泥驯化污泥,以模拟生活污水为处理对象进行动态试验,研究了常温下短程萌化系统的影响因素情况。试验表明,温度越高系统氛氮去除率、氛兔初始降解速率以及亚荫酸盐积累率越高,25’c运行前h2内氛氮的降解速率达)3.8昭/L·h,氛氮的去除率为50%,亚峭酸盐积累率达90%以上;高pH值下,氛氮的降解速率随看峭化反应时间的延长而增大,短程峭化现象明显,p日=8.5峭化4h的氛氮降解速率达gmg/(L·的,亚峭酸盐氮积累率达95%以上;0D为。.5一1.Ogm/L时,短程萌化可以实现,同时系统内会存在同步梢化反峭化现象。关键词:BSR;短程葫化;影响因素416农业科学与环境保护短程硝化反硝化具有以下优点:①可节省供氧量约25%,能耗低;②节省反硝化碳源约40%,在c/N值一定的情况下能提高对TN的去除率;③减少污泥生成量约50%;④减少硝化过程碱的需求量;⑤反应时间短,可减少反应器容积11一2】。因此研究短程硝化的影响因素具有重要的现实意义。一、试验材料和方法(一)试验装t及试验用水本实验装置如图1所示。玻璃转子流量计曝气器搅拌器排水口排泥管温控仪......}}}JJJ...555........3333333.....皿...图1实验装t图试验采用序批式生物反应器(sequeneingbateh:eaetor,sBR)反应器,试验装置如图1所示,反应器工作容积12L,底部设曝气头,采用鼓风曝气,以转子流量计控制曝气量,控制DO质量浓度;以温控仪和加热棒控制水温;侧部设数个取样管,阀门控制,兼作排水和排泥。sBR采用进水、曝气反应、沉淀、排水和闲置5个工序。每个反应周期由瞬时进水(305)、连续曝气(6h)、静置沉淀(Zomin)、排水(5。n)、闲置(30而n)构成。试验原水为人工配水,配水水质如下。eon:200一300mg·L一,;NH4+一N:50一70mg·L一,;TP:1mg·L一,;pH:6.7一7.5;碱度:33-0610mg·L一’(以CaCO3计)。《二)分析项目及检测方法NH4十一N:纳氏试剂分光光度法;NoZ一N:N一(1一蔡基)一乙二胺光度法;No3一N:紫外分光光度法;碱度:滴定法;MsLs:滤纸称重法;pH:酸度计;DO:DO仪l4]。试验所用药品均为分析纯3[]。二、结果与讨论(一)温度对短程硝化的影响不同温度下氨氮的转化速率417科学发展与社会责任考察了温度对氨氮转化速率的影响,氨氮的转化速率为单位时间内氨氮浓度的减少量。本阶段试验中,污泥浓度稳定在3一4mgL/,进水氨氮0S一55mgL/。16rf12-今-T二25℃-4卜-T二20℃一刁卜~T二17℃Ond孟。助日\并瑕准渔O一02468t/h图2不同温度下氨氮的降解速率图2给出了系统分别在25℃,20℃,17℃运行时氨氮的转化速率。系统在s2℃时,运行前h2内氨氮的降解速率即达到13.smg/(L·h),此时氨氮的去除率将近进水氨氮的0S%,此后降解速率不断下降,h4时降为.74mg/伍·h),h6时已大幅度降为2.8mg/(L·h),分析下降的趋势是由于系统中氨氮浓度大量减少所造成。系统在20℃时前Zh氨氮的降解速率,只有9.7mg/(L·h),此后也开始而下降,但降速平缓,到第h6时的降解速率仍有.63mg(/L·h)。系统17℃时,h2的降解速率仅为.49mg/(L·h),但此后速率开始缓慢上升,至第h6时达到8.6gnr(/L·h),这是由于此时系统中仍有大量剩余氨氮所造成。由试验结果可知,系统温度越高氨氮的去除率越高,且氨氮的初始降解速率也最高,同时随着系统的继续运行,其降解速率也会因为系统中剩余氨氮浓度的不同而表现出不同的变化趋势。2.不同温度下亚硝酸盐氮的积累率图3给出了系统在三个温度段下,亚硝酸盐氮的积累率的变化情况。本试验中系统在中温条件下成功启动且能维持稳定且高效的亚硝化率。当系统在s2℃下运行时,前h2系统即能达到95%的亚硝酸盐氮的积累率,此后,由于系统运行中有一定浓度的亚硝酸被氧化为硝酸盐氮,即积累率会有小程度的下降趋势,但在系统曝气结束的第h6时,系统中亚硝酸盐氮的积累率维持在90%以上。而系统在20℃运行时,前h2亚硝酸盐氮的积累率有81%,而当继续曝气硝化至第h4时,积累率却大幅下降至77%,此后降至第h6时积累率为70%,此时系统中已有一定浓度的亚硝酸盐氮被氧化为硝酸盐氮。当系统在17℃下运行时,硝化期内亚硝酸盐氮积累率却下降迅速,第h6时仅有51%,下降没有变缓的趋势。100r一今-T二25℃-刁卜-T二20℃-奋-T二17℃Oùllnùlln八UnùOCJnt了.八O尸ōé月性%\等哄碱彩圳侧番圈On几匕óH月任了/十L圈3不同温度下亚硝酸盐氮的积累率由试验结果可知,2s℃系统能够保持较好的亚硝酸盐积累率,硝化h6的积累率仍有90%以上,曝气时间的延长并不能对短程硝化造成较大的破坏。20℃和17℃时亚硝酸盐的积累率随着曝气时间的延长不断418农业科学与环境保护下降,曝气h6时,两温度下的积累率分别降至约70%和s0%,在一个反应周期内的下降趋势明显,分析如果为提高氨氮的氧化程度而延长曝气时间的话,短程硝化必定会遭到破坏。(二)pH对短程硝化的影响1.不同pH值下氨氮的降解速率考察不同进水pH值对氨氮转化速率的影响,分别取pH二6.9,pH二7.7,pH二8.5三个特征点。图4给出了中温条件下系统分别在pH=6.9,pH=7.7和pH=8.5运行时氨氮的降解速率。12r100r州卜-pH二6.9-.-PH二7.7-奋-PH二8.5n八U一11材n匕O口月r%\哥咬薄喊朝翻晋目-闷卜-PH=6.9-屯卜-PH=7.7-,卜-PH二8.5·切日\哥瑕城球准世46810t/h图4不同pH值下氮氮的降解速率图5不同pH值下亚硝酸盐氮的积累率试验结果表明在系统运行的前h2内,当pH二7.7时具有最大的氨氮的降解速率,有8.4mg/(L·h),而pH铭.5时为7.3mg/(L·h),而pH=6.9时只有66mg(/L·h),分析这是因为pH过高或者过低对硝化菌都有一定程度的毒性作用,从而在反应初期对氨氮的降解产生了抑制作用。随着反应的进行,pH=7.7时氨氮的降解速率虽有缓慢下降但基本稳定仍维持在smg/(L·h)左右,而pH二8.5时降解速率却在不断上升,h4时达到9mg/(L·h),系统运行h2时pH降至8.。,由此分析氨氮降解速率上升的原因是因为此时系统pH有一定程度的降低,对硝化菌的活性抑制作用减小,曝气结束时系统中pH值降至7.3,对硝化菌的毒性仍然相对较小。与此同时pH=6.9时,降解速率不断下降,运行至第h4末时,pH已经降至6.5,随后两小时氨氮的降解速率也只有5.3mg/(L·h),说明此时过小的pH值对硝化菌的抑制作用仍然存在且不断增强。由试验结果可知,在运行初期,过大或过小的pH值对系统中硝化菌的活性均有一定的抑制作用,致使硝化初期氨氮的降解速率并不是很高,随着硝化反应的继续进行,高pH系统中pH值会降低至适合硝化菌的范围时,氨氮的降解速率开始提高。2.不同pH值下亚硝酸盐氮的积累率不同pH值对氨氮的降解速率有不同的影响,同时对两类硝化菌的抑制作用也不同,这便影响了硝化反应中硝态氮的产生情况,即决定了短程硝化反硝化系统中亚硝化盐氮积累的效果。图5给出了系统在三个不同pH值下的反应周期内亚硝酸盐氮的积累情况。试验发现短程硝化反硝化系统在pH=8.5时,在反应的前h2内,亚硝酸盐氮的积累率达到97%,pH二7.7时的亚硝酸盐氮的积累率有93%,但pH=6.9的h2亚硝酸盐氮的积累率却仅有79%,从反应初期的结果来看,虽然过高的pH值对硝化反应速率的提高并不有利,但是因为对硝酸菌的抑制作用很强,所以系统中亚硝酸菌的活性较高,即pH值越高,造成的亚硝酸盐氮的累积越大。随着反应的进行,系统中亚硝酸盐氮的积累率表现出不同程度的降低,这应该是因为硝化反应造成系统pH值不断下降而导致的,致使系统中部分亚硝酸盐氮转化为硝酸盐氮。结果发现pH==.85时,反应进行到第h6内,亚硝酸盐氮的积累率降至95%,pH=贪7时亚硝酸盐氮的积累率维持在89%,pH=.69时亚硝酸盐氮的积累率下降的幅度较大,但h6时仍有74%,但如果曝气时间延长的话,系统中亚硝酸盐氮应该会有419科学发展与社会责任大部分转化为硝酸盐氮。(三)00对短程硝化的影响本试验是在中温条件下通过控制溶解氧在较低的浓度下实现的短程硝化反硝化系统的启动,在系统降温实验中,低溶解氧也是短程硝化反硝化系统维持稳定的主要控制因素。系统中的Do大小决定了短程硝化反硝化系统的启动以及稳定性的维持,关于溶解氧对短程硝化反硝化系统的影响,目前已经有大量的研究,普遍认为将系统溶解氧控制在0.5一loml弓几时,系统中的亚硝酸菌活性占优,因而会有大量的亚硝酸盐氮富集产生,可以成功地实现短程硝化14一”]。由于在短程硝化反硝化系统中溶解氧控制在较低的范围,sND现象也同样发生在较低溶解氧下,因此在短程硝化的过程中经常会发现总氮缺少的现象,即sND现象。单纯对于脱氮工艺来说,sND现象的发生是有利的,因为这不仅会减少后续构筑物的处理负荷,也减少了一定的运行工序。但对于双污泥系统来说,后续的反硝化除磷工序需要硝态氮来作为除磷过程的电子受体。在进水氨氮浓度不大的情况下,若发生大规模的sND现象,则硝态氮的浓度会大量减少,于是减少了反硝化除磷