钙离子浓度对活性污泥处理系统脱氮效果的影响

!收稿日期!!#$%9%#*基金项目!国家自然科学基金项目!&#!+*$;资助第一作者!樊艳丽#女#硕士研究生#从事污!废水生物治理方面的研究通讯联系人!孔秀琴#女#教授#从事污!废水生物治理方面的研究$,%-./)%1ZD76L!0(.U26(R文章编号!##%*9#:!!#;&%:!#%9钙离子浓度对活性污泥处理系统脱氮效果的影响樊艳丽!孔秀琴!牛佳雪!兰州理工大学石油化工学院#甘肃兰州9$&摘要!考察了钙离子浓度对活性污泥系统脱氮效果的影响&在单级序批式反应器!=‘?中#对于化学需氧量!CG^为+*-L’I)氨氮!NAF;%N质量浓度为!-L’I的自配废水#逐步增加钙离子浓度#测定了在不同钙离子浓度下的总氮!’N去除率)NAF;%N去除率)亚硝酸氮!NGa!%N和硝酸氮!NGa$%N累积量及污泥体积指数!=dM#并采用最大或然数!\N法测得亚硝酸菌)硝酸菌和反硝化菌数量的变化规律&结果表明#在钙离子质量浓度为;*##-L’I时#=dM为!&-I’L#污泥颗粒密实度较大#系统中硝酸菌与反硝化菌的数量均维持在#;##&数量级#’N和NAF;%N去除率均在:h以上#NGa$%N累积量小于2!&-L’I#实现了同步硝化反硝化!=N^作用#这是实现较高脱氮效果的主要原因&关!键!词!钙离子$同步硝化反硝化!=N^$生物脱氮$活性污泥法中图分类号!b9$2#!!文献标识码!@!!%&’%#2$:+:’H2/5562##%*9#:2!#;2&2!&423),*2+*&3#-@_#&2+*21.-1’&2&21E*S’1.&D*2P*0&M-)’28+1’M-1*%/),%D*7.&+*55P@NB.6)/#cGNOb/KZ/6#NMJE/.1K(!,)--$6$)+:$*)/7$;./#-526.2$$*.26#’#2S7)9H2.I$*1.&)+F$/72)-)6&#’#2S7)99$&#,7.2#8651.-+1%’U(/6S)K(68(7SC.!F-.558768(6R3.R/7676RU(6/R37L(63(-7Y.)3.R(7S506RU(R/8C.!F%876R./6/6LT.5R(T.R(3T/RU8U(-/8.)710L(6V(-.6V!CG^7S+*-L’I.6V.--76/.6/R37L(6!NAF;%N-.558768(6R3.R/767S!-L’IR3(.R(VW0.8R/Y.R(V5)KVL(4378(55/6.5/6L)(5(ZK(68/6LW.R8U3(.8R73!=‘?T.55RKV/(VK6V(3RU(876V/R/767SC.!F-.558768(6R3.R/76/683(.5/6L5R(4W05R(4X’U(R7R.)6/R37L(6!’N.6VNAF;%N3(-7Y.)3.R(5#6/R3/R(6/R37L(6!NGa!%N.6V6/R3.R(6/R37L(6!NGa$%N.88K-K).R/765#5)KVL(Y7)K-(/6V(1!=dMT(3(-(.5K3(V#.6V.)576/R3/R(W.8R(3/.#6/R37W.8R(3/.#V(6/R3/S0/6LW.8R(3/.6K-W(35T(3(/6Y(5R/L.R(VW0-75R437W.W)(6K-W(3!\N-(RU7VXMRT.5V(R(8R(VRU.RTU(6C.!F-.558768(6R3.R/76T.5/6RU(3.6L(7S;*a#-L’I#=dM3(.8U(V!&-I’L#RU(87-4.8R6(557S5)KVL(L3.6K)(5W(8.-().3L(3#RU(73V(37S-.L6/RKV(7S6/R3.R(W.8R(3/..6VV(6/R3/S0/6LW.8R(3/.T.5#;a#&#’N.6VNAF;%N3(-7Y.)3.R(5T(3(-73(RU.6:h#.6VNGa$%N.88K-K).R/76T.5)(55RU.62!&-L’I/6RU(505R(-X’U(5/-K)R.6(7K56/R3/S/8.R/76.6VV(6/R3/S/8.R/76!=N^T.5RU(-./63(.576S737WR./6/6LU/LU(36/R37L(63(-7Y.)3.R(/6RU(505R(-X*:=&.%5%C.!F$5/-K)R.6(7K56/R3/S/8.R/76.6VV(6/R3/S/8.R/76!=N^$W/7)7L/8.)6/R37L(63(-7Y.)$.8R/Y.R(V5)KVL(4378(55石油学报!石油加工!#;年#月!!!!!!@C’@\,’?GI,M=MNMC@!\,’?GI,J\?GC,==MNO=,C’MGN!!!!!!!第$卷第&期!!!含钙废水主要包括海水直接利用产生的废水#印染)造纸)化工和农药等行业排放出的高盐度废水#以及石油和天然气加工回收工业产生的含盐废水#遍及轻工)化工)石油化工等行业&最典型的是明胶生产废水中的磷钙水#这种废水不仅含有油脂)蛋白质)核酸等有机质#还含有大量如C#a)C.!F)\G$a;等溶解性无机盐物质#对微生物的生长产生抑制作用#甚至会造成微生物细胞的质壁分离或细胞失活#严重的影响了生物处理的应用*#%;+&国内外对于含钙废水的处理研究较少#大部分只是单纯研究了含盐废水的处理#忽视了钙离子在废水生物处理过程中的影响*&%*+#特别是对含钙废水在生物脱氮方面的研究尚有不足*:+&因此#笔者研究了活性污泥法处理含钙废水中钙离子对生物脱氮效果的影响#意在为实际含钙废水的脱氮处理提供帮助和理论支持&!实验部分?!原料和试剂@?级葡萄糖#天津市北方天医化学试剂厂产品$O?级氯化铵!NA;C))@?级磷酸二氢钾!cA!\G;#天津市北辰方正试剂厂产品$@?级无水氯化钙!C.C)!#天津市德恩化学试剂有限公司产品$@?级碘化钾!cM#天津市光复科技发展有限公司产品$@?级硫酸锌!Q6=G;,9A!G#天津市新欣化工厂产品$@?级钼酸钠!N.!7G;,!A!G#南通万邦科技新材料有限公司产品$@?级硼酸!A$‘G$#上海恒远生物科技有限公司产品&?@!废水水质及活性污泥来源实验用含钙废水由人工配制&以葡萄糖!碳源)NA;C)!氮源)cA!\G;!磷源作为微生物生长所需要的营养物质#按照;!CG^o;!No;!\f#o&o#的质量比配制营养液#并以每升进水投加2$-I微量元素溶液的比例投加由N.!7G;,!A!G!2$L’I)cM!2:L’I)Q6=G;,9A!G!2+L’I和A$‘G$!29&L’I配制而成的微量元素混合溶液#以补充微生物生长所需的微量元素&投加C.C)!以调节C.!F浓度&废水的CG^控制在+*-L’I左右#氨氮!NAF;%N质量浓度在!-L’I左右&选用兰州市安宁%七里河污水处理厂曝气池污泥作为接种污泥&?F!实验仪器及测试方法采用标准,^’@滴定法测定废水的C.!F质量浓度$采用杭州奥利龙仪器有限公司\A=%$C型酸度计测定废水的4A值$采用纳氏试剂法和尤尼柯仪器有限公司_PQJd%!#型紫外可见分光光度计测定废水的氨氮!NAF;%N含量$采用盐酸&%萘胺光度法和_PQJd%!#型紫外可见分光光度计测定废水的亚硝酸盐氮!NGa!%N含量$采用酚二磺酸光度法和_PQJd%!#型紫外可见分光光度计测定废水的硝酸盐氮!NGa$%N含量$采用\N多管发酵法和江苏金坛环保仪器厂CEE%:$#型恒温培养箱培养测定活性污泥体系的亚硝酸细菌)硝酸细菌)反硝化细菌的数量$采用压片法和北京泰克有限公司b=E%A=型电脑显微镜进行污泥镜检&?$!实验装置及方法实验在有效容积为#I的单级=‘?反应器中进行#接种活性污泥$-I#进水量9-I&一个实验周期为!;U#分为&个阶段#即进水)曝气)沉淀)排水排泥及闲置阶段&曝气!!U#沉淀$-/6后排水排泥&控制实验温度为!&g左右#曝气过程中溶解氧!^G为!2&-L’I左右&=‘?反应器前需设调节池#投加C.C)!以调节进水C.!F浓度#并调节进水4A值为*2$#*2&&反应器接种活性污泥后大约9V#待系统稳定后#进水的C.!F质量浓度以#!)!和;-L’I的梯度逐渐升高#待每个梯度内系统稳定后再变化为下一个梯度#考察进水C.!F质量浓度对其生物脱氮过程中脱氮效果的影响&@!结果与讨论@?!#-@_质量浓度$#-@_##对活性污泥体系脱氮效果的影响!2#2#!总氮!’N和氨氮!NAF;%N去除率随)!C.!F的变化活性污泥对废水中’N的去除率随)!C.!F及时间的变化示于图#&由图#可见#在每个)!C.!F梯度内#’N去除率都有明显的先抑制后恢复的现象#曲线表现为-d.字形跌落#是活性污泥适应过程的表现#虽最终不能恢复到前一个梯度的脱氮效果#但损失量最大约为+2:百分点#所以每个阶段内的’N去除率均以恢复后的数值计&在)!C.!F小于;*-L’I时#’N去除率有下降趋势#在!*V时下降了$2$;百分点$)!C.!F在;*##-L’I范围时#’N去除率有增加趋势#在!:#&!V内增加了;2!:百分点#可达:*h$在)!C.!F在##!!:!!!!石油学报!石油加工!!!!!!!!!!!!!!!!!!第$卷!!;-L’I范围时#’N去除率又呈下降趋势#在&$#9$V内下降了;2#;百分点$)!C.!F为;-L’I时#’N去除率在9;#9:V内下降了+2*+百分点#对活性污泥体系进行了冲击#但最终仍能恢复至*&h&这一实验结果表明#经过逐步增加)!C.!F驯化后的活性污泥体系受到较大C.!F浓度的冲击时#耐冲击能力较好&图!活性污泥法对含钙废水的总氮BS#去除率随$#-@_#及时间的变化C’D?!BS.*0&M-).-1*&3#-@_G+&21-’2’2D=-51*=-1*.’2-+1’M-1*%5),%D*H.&+*55M5$#-@_#-2%1’0*)!C.!F’!-L,Ia#%!#$!!#!$!$!;$!;$+$!&;*$!++$!9*$!*#$!:#!$!##+$!##!$!#!!;$!#$;活性污泥对含钙废水中氨氮!NAF;%N去除率随)!C.!F及时间的变化示于图!&由图!可见#类似于’N去除率的变化趋势#在)!C.!F小于;*-L’I时#NAF;%N去除率呈下降趋势#在##!*V内下降了$2;百分点$)!C.!F在;*##-L’I范围#NAF;%N去除率呈增加趋势#在!:#&!V内增加了;2&百分点#可达::h$)!C.!F在##!;-L’I范围#NAF;%N去除率又呈下降趋势#在&$#9$V内下降了;2*百分点$)!C.!F为;-L’I时#NAF;%N去除率在9;#9:V下降了+2:百分点#对体系进行了冲击#但最终也能恢复至*&2&h&上述实验结果表明#)!C.!F在;*##-L’I的范围内对活性污泥的脱氮具有促进作用#这是由于C.!F促进了活性污泥微生物外在和内在的某些作用*#%##+&C.!F可通过架桥作用促进污泥絮体的形成#并维持污泥絮体结构的稳定性#使污泥絮体能够通过网捕)卷扫等作用吸附并降解含氮污染物#使得总氮和氨氮去除率均在:h以上$同时随着)!C.!F的增加#促进了活性污泥微生物对胞外聚合物!,\=#主要包含多糖和蛋白质等物质的分泌#增大了可供C.!F结合的蛋白质数量#使,\=中多糖’蛋白质的比值下降#导致污泥表面的相对疏水性增强*#+#泥)水容易分离#提高了处理效果&图@!活性污泥法对含钙废水中氨氮S!_$GS#去除率随$#-@_#及时间的变化C’D?@!S!_$GS.*0&M-).-1*&3#-@_G+&21-’2’2D=-51*=-1*.’2-+1’M-1*%5),%D*H.&+*55M5$#-@_#-2%1’0*)!C.!F’!-L,Ia#%!#$!!#!$!$!;$!;$+$!&;*$!++$!9*$!*#$!:#!$!##+$!##!$!#!!;$!#$;!2#2!!含钙废水处理中亚硝酸氮!NGa!%N的累积NGa!%N的累积值#即每个实验周期中出水NGa!