硅藻精土强化AO生化脱氮技术的研究郑育毅

15硅藻精土强化A/O生化脱氮技术的研究郑育毅，刘文伟，吴春山，李家兵，郭绍英（福建师范大学环境科学与工程学院，福建福州350007）摘要：在A/O工艺中投加硅藻精土，对其强化A/O生化脱氮工艺参数初步探讨。试验表明，对工业园区综合污水，昀佳硅藻精土投加量为40mg/L，此时生化池污泥负荷可控制在0.14kgBOD5/kgMLSS·d，昀佳混合液回流为200%。系统投加硅藻精土后硝化速率比原来提高1.7倍，并能够在好氧池内形成同步硝化反硝化（SND）作用，增强了生化脱氮效果。关键词：硅藻精土；脱氮；A/O工艺；同步硝化反硝化（SND）基金项目：福建省科技厅科技计划项目（2009D47）。前言硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由古代硅藻残骸的化石组成，主要化学成分是SiO2。硅藻颗粒细小，具有细腻、滑润、松散、质轻、多孔、吸水和渗透性强的特性[1]。硅藻精土拥有巨大的比表面和合适的表面负电性，并具有优良的生物相容性，有利于增加微生物泥龄、富集硝化细菌，延长微生物和污染物的接触时间[2]。硅藻土表面的生物膜还存在着同步硝化-反硝化（SND）过程，从而能够有效地降低废水中的氨氮、总氮。本研究针对采用硅藻精土强化A/O生化脱氮工艺的工业园区综合污水处理，考察了硅藻精土投加量、污泥负荷、混合液回流比等工艺参数对脱氮效果的影响，并对其脱氮机理进行初步探讨。1试验装置及方法1.1进水水质本次研究针对福建省某工业园5000m3/d污水处理厂，其接纳的污水主要为该工业园综合污水，该综合污水进水水质主要指标平均值为：CODCr=288mg/L、BOD5=122mg/L、NH3-N=18.8mg/L、TN=30.5mg/L、TP=4.0mg/L、SS=156mg/L。从进水水质分析，它属于工业废水与生活污水的综合废水，CODCr与BOD5略高于常规城镇生活污水，但可生化性仍较好BOD5/CODCr=0.42，BOD5/TN=4，满足生物脱氮技术要求。1.2研究对象工艺与流程污水处理厂采用硅藻精土强化A/0工艺，硅藻土投加点位于A池。工艺流程见图1。所用硅藻精土来自来自大理某公司。1.3分析方法[3]COD：重铬酸钾法；TP：钼铵酸分光光度法；NH3-N：纳氏试剂分光光度法；TN：过硫酸钾紫外分光光度法；pH值：pH计测定；温度：水温计法。2结果与讨论2.1硅藻精土投加量对系统脱氮效果的影响2010年第6期2010年6月化学工程与装备ChemicalEngineering&Equipment16郑育毅：硅藻精土强化A/O生化脱氮技术的研究表1硅藻精土投加前后比硝化速率变化情况的比较A/O投入硅藻精土前A/O投入硅藻精土后比硝化速率0.94mgNH4+-N/(gMLSS·h)2.53mgNH4+-N/(gMLSS·h)表2投加硅藻精土后活性污泥与普通活性污泥同步硝化反硝化作用的比较硅藻精土作为载体的活性污泥对比例进水浓度8h出水浓度进水浓度8h出水浓度TN24.8521.8522.8422.06NH4+-N20.282.9918.585.67NO3--N1.4315.891.3214.08NO2--N0.070.060.060.06硅藻精土投加点位于生化系统缺氧段，作为微生物载体昀终存在于整个生化系统中。在生化总停留时间为9.6h、MLSS为3000～5000mg/L、泥龄20d、内回流比200%、外回流比50%、温度20～25℃条件下，分析硅藻精土投加量分别在10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L时系统脱氮效果。硅藻精土投加量对系统脱氮效率的影响见图2。由图3可以看出：随着硅藻精土投加量的增加，A/O生化系统对TN的去除效率随之升高，当硅藻精土投加量达到40mg/L时，出水TN浓度为10mg/L左右,去除率达到69%。随着硅藻精土投加量的继续增加，TN的去除效率缓慢提高。这说明在生化系统中硅藻精土的存在对提高系统脱氮能力具有积极意义。综合考虑系统脱氮效果及运行成本，昀佳硅藻精土投加量应控制在40mg/L左右。17郑育毅：硅藻精土强化A/O生化脱氮技术的研究2.2污泥负荷对系统脱氮效果的影响在MLSS为3000～5000mg/L、泥龄为20d、内回流比200%、外回流比取50%、温度20～25℃条件下，考察污泥负荷分别在0.09～0.15kgBOD5/kgMLSS·d时系统脱氮效果。不同污泥负荷对系统TN去除效率见图3。由图3分析可知，在前期未投加硅藻精土时，随着系统污泥负荷的不断提高，系统对污水中TN的去除效率呈先升高后降低到趋势。当污泥负荷从0.09kgBOD5/kgMLSS·d提高到0.11kgBOD5/kgMLSS·d时，出水TN浓度缓慢下降，这是因为随着系统运行趋于稳定，脱氮效率逐渐提高。当污泥负荷超过0.11kgBOD5/kgMLSS·d时，系统对TN的去除效率迅速降低。当污泥负荷达到0.13kgBOD5/kgMLSS·d时，出水TN浓度达到13.5mg/L。此时，向系统中连续投加40mg/L硅藻精土，出水TN浓度降至8mg/L左右，去除率从投加硅藻精土前的53.8%提升至62.5%。随后随着系统中污染负荷的增加，出水TN浓度迅速升高，脱氮效率下降。但是当污泥负荷提升至0.14kgBOD5/kgMLSS·d时，出水氨氮浓度为12.6mg/L，仍在污水厂污染物排放一级B标范围内。这说明系统中硅藻精土的存在大大提高了脱氮效率，并使得系统在保证出水水质达标的情况下能够承受更大的污泥负荷。2.3内回流比对系统脱氮效果的影响A/O的内回流比直接影响到系统的脱氮效果，当硅藻精土投加量为40mg/L时，系统内回流比分别为150%、200%、250%、300%的条件下对系统脱氮效果进行检测分析，结果见图4。由图4分析可知，随着内回流比从150%调至200%，出水TN浓度明显降低，但内回流比从200%提高至300%时，出水TN浓度值变化较平稳，这主要是因为进水中C/N限制了脱氮的进一步进行，因此从系统脱氮效率及运行费用角度考虑，昀佳回流比控制在200%较合适。2.4硅藻精土协同生化作用机理研究2.4.1硅藻精土强化硝化作用20～25℃常温条件下，通过研究A/O投加硅藻精土前后活性污泥的硝化速率的差异来研究硅藻精土的强化效果。硅藻精土在投加前后的比硝化速率变化情况见表1。由表1可以看出，在投加硅藻精土前比硝化速率为0.94mgNH4+-N/(gMLSS·h)，而在投加硅藻精土以后，比硝化速率能够达到2.53mgNH4+-N/(gMLSS·h)，系统比硝化速率提高了1.7倍。这是由于硅藻精土进入A/O生化体系后，可以作为微生物的载体，起到富集微生物、强化生化尤其是强化硝化效果的作用。2.4.2硅藻精土强化同步硝化反硝化作用利用物料平衡来研究硅藻精土作为微生物载体对同步硝化反硝化作用的强化效果。对比对象为同地区同时期采用相同工艺的稳定运行的10万m3/d污水处理厂。在温度25℃、溶解氧为3mg/L的条件下对好氧池活性污泥进出水浓度进行对比分析，结果见表2。由表2可以看出，进水TN中NH4+-N约占82%，硝态氮约占6%，有机氮较少。以硅藻精土作为微生物载体的活性污泥经过8h曝气，TN下降3mg/L，而普通活性污泥8h出水TN相比进水仅下降0.77mg/L。此外，从NH4+-N、NO3--N、NO2--N转换来看，以硅藻精土作为微生物载体的活性污泥三者进水总浓度为21.78mg/L，出水三者总和为18.94mg/L，8h反应时间内下降2.84mg/L；普通活性污泥三者进水总浓度为19.96mg/L，出水三者总和为19.81mg/L，8h反应时间内下降0.15mg/L。经计算，投加硅藻精土好氧池中反硝化速率达到0.012gTN/(gVSS·d)。由此推测，生化系统投加了硅藻精土之后，在好氧池能够形成同步硝化反硝化作用，增强生化脱氮效果。3结论（1）针对福建省某工业园综合污水，在A/O生化系统投加硅藻精土，运行中昀佳硅藻精土投加量为40mg/L，此时生化池污泥负荷可控制在0.14kgBOD5/kgMLSS·d，昀佳内回流200%。（2）在投加硅藻精土后，系统硝化速率比投加前提高了1.7倍。（3）与普通活性污泥法相比较，投加硅藻精土可在好氧池形成同步硝化反硝化作用，反硝化速率达到0.012gTN/(gVSS·d)，增强了生化脱氮效果。参考文献[1]张凤君．硅藻土加工及应用[M]．化学工业出版社，2006：[2]刘辉，吴晓翔，施汉昌．硅藻精土技术在中小城镇污水处理中的应用[J]．中国给水排水，2008；24(4)：9-12.[3]国家环保总局．水和废水分析监测方法[M]．第四版，北京：中国环境科学出版社，2002：103-257.