固定化活性污泥去除氨氮废水尤勇军

第16卷第4期污染防治技术2叨3年12月固定化活性污泥去除氨氮废水尤勇军,安立超,潘伯宁(南京理工大学环境科学与工程系,江苏南京210094摘要:采用PVA冷冻一解冻法固定传统活性污泥,用无机硝化菌培养基对其进行活性恢复和驯化培养。用该法制备的固定化活性污泥颗粒在三相流化床中处理氨氮废水,结果表明:固定化活性污泥颗粒可处理低浓度氨氮废水,当氨氮浓度为60mg/L左右,固定化颗粒填充率9%,水力停留时间sh,c0D为4加m留L时,N从十一N去除率达82.5%以上。实验还表明,该法制作的活性污泥颗粒寿命在3个月以上。关键词:固定化;活性污泥;流化床;氨氮;循序间歇式活性污泥法中图分类号:x7031文献标识码:A文章编号:l以H一695X(2oo3)04一0163一03StudyonTreatmentofComPosedN玩十一NWasterwaterbyUsingImmobilizedAetivatedSlud罗YOUYong一jun,ANb一ehao,p气NBo一ni,19Z入争a此mentofErniornmenlalsci.&石月9.,Nan,ignnU初.ofcSi.浚2飞尹记去.,肠injng,ijang`u210094,以inaA肠traet:hTeimmobilizedaetivatedsludgepelletsweremadebyiterativeVPAfreezingandthawing.The(ultivatedpelletswereusedt。treatcom即sedN氏+一Nwasterwate:i。biOlogiealflusdized拢doaeror(BFBR)i。whiehtheimmobs]szedpelletspaok昭ewasg%.仆eexpeirmentresultswereasofllows:Asofrwastewaterwithloweoneentrat,onNH;十一N,i胡uentNH4十一Noonoentartionwas6()m岁L,re-aetiont;mewassh,influentCODwasaobut4(l)m留L,theNH;+一Nremovaleiffeieneyreaehedmorethan82.5%.Theexl、eirmentre-sulrsal、0indiea*dethattheimmobilizedaetivate(1siudgepellers,lifewasmorethan3montho.Keywords:immobilization;aetivatedsludge;flu,dizedBedReaeror(FBR);ammon,um一N;SequeneingBatehReaotor(SBR)近年来,利用固定化微生物强化生物脱氮受到了广泛关注,国内外对此进行了大量研究〔’一2马。固定化方法主要采用包埋固定法,包埋材料有聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠、聚丙烯酞胺等。但在制作固定化细胞时,采用纯种的或者富集后的硝化菌和反硝化菌,需要对活性污泥或A/O池硝化污泥进行驯化富集培养,这样将影响微生物固定化技术用于污水处理的工业化进程。作者采用PVA冷冻法包埋未经驯化培养的传统活性污泥,并研究了其对氨氮废水的处理效果。1材料和方法(l)化学试剂聚乙烯醇(PvA),平均聚合度为175。土50,上海石化水处理剂厂;海藻酸钠(化学纯),上海化学试剂采购供应站分装厂;试验所用其它试剂均为国产,分析纯。(2)细胞的固定化方法[’〕将淘洗抽滤后的活性污泥离心巧min(3000r/min),用生理盐水洗涤、离心二次,然后将所得的浓缩菌体加人到8%PVA和2%海藻酸钠的混合液中,搅拌均匀后,滴人到4%的caCI:溶液中,经搅拌、钙化30min,制成妇mnr左右的小球。滤去Cacb溶液,将小球置于冰箱冷冻室内,在一巧℃左右冷冻过夜,再在室温下解冻。重复冷冻解冻4次,用蒸馏水充分洗涤小球,便得到固定化细胞。(3)模拟废水的组成0.30一1.209/L的(NH4)250;,适量的Fe、Mg、Ca、p等微量元素,采用NaHco,调pH值到7.5一8.5之间,处理含氮有机废水时,添加葡萄糖。(4)固定化细胞的驯化培养培养基的组成〔4j:(NH4)250;浓度为700mg/L、NaHCo3浓度为1以x〕gm/L、适量的微量元素和磷酸盐缓冲液。培养过程采用间歇进水方式,控制pH值在8.0左右收稿日期:2003一07一2;5修订日期:2003一08一05作者简介:尤勇军(1972一),男,在读硕上研究生,主要从事污水处理技术方面的研究45第16卷第4期尤勇军等.固定化活性污泥去除氨氮废水2仪)3年12月(用NaHCO3调节)。(5)固定化活性污泥颗粒的间歇实验采用三相流化床,以循序间歇式活性污泥法(SequecnignBatehReaetor,sBR)运行方式进行实验,装置容积为ZL,颗粒填充率为9%,每个循环结束时,滤出固定化颗粒,用蒸馏水洗涤并过滤后,与新鲜的模拟废水一起加人到反应器中进行新一轮操作。(6)分析与计算方法N氏十一N、NO3一N、No:一N的浓度测定用比色法分析川,并按下式计算总无机氮(ITN)浓度和氨氧化速率:〔皿N」二[N4H十一N」+仁No3一N」+[NoZ一N〕,氨氧化速率二〔(N氏+一N)。·y一(N氏十一N)`·V」/(V·t)式中:v为模拟废水的体积;(N玩+一N)。,(N氏十一N):为反应开始以及t时刻的氨氮浓度,(啤/)L。泥颗粒和悬浮活性污泥的处理效果。结果如图2。,悬浮活性污泥,~第巧天固定化颖粒,去第20天固定化颖粒,二卜第30天固定化颖粒.`kr.r.L,esì六月0ùUO40`ǎ一~旨è\侧锐年十仲乏000onùn月力040乙承\哥迷报2结果与讨论2.1固定化活性污泥颖粒的物理特性将制作好的固定化活性污泥颗粒装人流化床反应器,开始运行后,有少量的VPA溶出,反应器中有白色泡沫产生。第3天时,溶液混浊,颗粒略微膨胀且变软,有个别颗粒破碎。更换培养基后继续曝气驯化。第5天时,溶液较澄清,无白色泡沫,颗粒手感软且弹性好,无颗粒破碎,体积无变化。此后,颗粒基本保持性状不变。2.2固定化活性污泥生物活性的恢复及驯化活性污泥经包埋固定化后,其生物活性低,需要对其进行生物活性恢复和驯化,以适应废水中氨氮的去除。参考活性污泥试验中,以氧利用速度表示微生物的生物活性,计算出单位体积固定化颗粒的氧利用速度(R衬,作为固定化颗粒的微生物活性指标,如图1所示。图2氮氮浓度随时间变化从图中可以看出,固定化活性污泥颗粒经驯化后,其去除氨氮的能力明显高于悬浮活性污泥,固定化颗粒第20天时,反应时间sh,氨氮去除率达82.5%,第30天时达99%以上。同时可以看出,固定化活性污泥颗粒随着驯化时间的延长,氨氧化能力不断提高,平均氨氧化速率由第巧天的4.36mg/(L.h)提高到第30天的23mg/(L.h),说明颗粒在生物活性恢复的同时,硝化菌有了增殖。2.4固定化活性污泥颗粒时含氮有机废水的去除实验中,以含葡萄糖的模拟废水为原水,考察水中有机物的存在对N氏十一N去除率及总无机氮ITN去除效果的影响。水力停留时间sh,固定化颗粒填充率9%,coD为400m岁L,N风+一N浓度为60mg/L左右。实验结果见图3。100r土望趾竺坚丛立竺生6810t/d000000,J今山,1ē一ǎ曰二à;日é向、O扣`二乙几一一占叱`U10图1203040t/dR,历时变化曲线从图1可以看出,驯化期间,R甲稳定缓慢增长。考虑实际处理废水效果,驯化期应不少于20d。在间歇实验期间,细胞活性仍会进一步提高。2.3固定化活性污泥颗粒时含氮废水的去除实验用固定化活性污泥颗粒处理不含有机物的氮氮废水,比较驯化了15、20、30d的固定化活性污圈3COD、N氏千一N及竹N去除率变化曲线由图3可见,在刚加人有机物时,由于原先被固定化了的活性污泥中,异氧菌数量活性低,固定化颗粒对有机污染物降解作用不明显。而异养菌的比增长速度要比硝化细菌的高一个数量级,随着异养菌活性的恢复,COD去除率逐渐升高,sd后,达到65%以上。由图3还可看出,ITN去除率随COD去除率的提高也逐渐升高,sd后,达60%左右。由于固定化颗粒的结构关系,在其内部产生了厌氧区,随着厌氧菌的繁殖,促进了反硝化的进行,反硝化的进行又促进了硝化反应,N氏十一N去除率略有提高,由82.5%到90%。说明固定化活性污泥颗粒可以有效处理低浓度的有机氨氮废水,并可实现一定程度的单级生物脱氮。2.5固定化活性污泥与固定化峭化菌颗粒性能将富集后的硝化细菌制成固定化颗粒后,比较其与固定化活性污泥颗粒在活性恢复及驯化期间第61卷第4期尤勇军等.固定化活性污泥去除氨氮废水20()3年12月的氨氧化能力,示于图4。~30+固定化硝化菌,~固定化活性污泥20oro.ǎ月.曰à.切日é\并瑙李减嘛20t/d图4氨氧化速率随驯化时间的变化从图4可以看出,随着活性恢复及驯化时间的增加,固定化活性污泥颗粒的氨氧化速率低于固定化硝化细菌,第30天时,平均氨氧化速率为13mg/(L.h),而固定化硝化细菌达30m岁(L.h)。因而固定化活性污泥颗粒较适宜于处理低浓度的氨氮废水,比如生活污水:“育。2.6颗粒的操作稳定性操作稳定性是固定化活性污泥颗粒能否得以实际应用的关键。实验中采用批式操作,除了滤出固定化颗粒及换水时间外,进行24h连续曝气运行。实验进行到第4个月时,未见颗粒有明显破损,颗粒弹性很好,氨氧化速率稳定,说明用冷冻法制作的活性污泥颗粒寿命在3个月以上。样就加快了微生物固定化技术用于氨氮废水处理的工业化进程。(2)固定化活性污泥颗粒在活性恢复和驯化期间,随着生物呼吸活性的提高,氨氧化能力也随之提高,3od时达13mg/(L.h)(3)固定化活性污泥颗粒可以稳定处理低浓度的氨氮废水,当其中含有有机质时,可在一定程度上实现单级生物脱氮。(4)经PVA冷冻法包埋后,固定化颗粒的耐曝气性能得到了较大的提高,稳定运行3个月以上,颗粒保持了良好的弹性,未破损。[参考文献〕〔川张彤,曹国民,赵庆祥.固定化微生物脱氮技术进展红Jl城市环境与城市生态,21加洲!,14(2);14一17I)05SA入r丫)5VAPM,I只AMPERJ,WIJF卜,EISRIJgenRemovalinCompactSystemsbyImmf、b一lizo.JNew一罗noartlonBioeraotor钉J习日i、》tee卜no一Annu一394.intf、grat〔、(f刹i*r(-幼一《n))rganlsrnsI飞ev,1998,4:3213结论(1)固定化活性污泥颗粒经驯化培养后,可以用于处理低浓度的氨氮废水,而不需对活性污泥进行硝化细菌富集培养后再制作成固定化颗粒。这L爪A乙A人IM,HAMAoA一,卜L川.1,etall)evel(卜PmentofOPly(vinylalc,,卜、,l)Hydor只elforWastewat。:(二loan,ng1.5一u`lyofpoly〔vinylale,h`,I)GelasaCa,rof:Immob,11,,n阵M,、,丫,,r即ni、m。勤J!八即1Polynrer阮l,1995,58(一2):2235一2249曹国民,赵庆祥,龚剑丽,等固定化微生物在好氧条件卜同时硝化和反硝化〔J〕.环境工程,2侧洲〕,18(5):17一19囚家环保局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法「M]、第三版北京:中国环境出版社.1997,254一263`王磊,乃淑澄.微生物固定化技术在污水牛物脱氮中的应用乳J」.环境科学,1995,16(6):76一78..t~,..“J,.h,..(上接第136页)均衡兼顾的,因而比较符合大气污染的实际情况。运用这一模型得出综合评价结果乓,最后,根据最大录属原则,分别评价各测点的大气环境质量状况,评价结果见表5。表5多因素综合评价结果级别黄思湾环保局沈家营石料厂黄石港下陆10.26400,(科80.0300.030004811