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短程硝化-反硝化中铁炭填料对污水中氮、磷去除的研究

2015-12-16董欣杨王智鹏赵伯毅张厚军

湿法冶金 2015年6期
关键词:城市污水亚硝酸盐硝化

董欣杨,王智鹏,古 创,赵伯毅,张厚军

(1.核工业北京化工冶金研究院,北京 101149;2.江苏维尔利环保科技有限公司,江苏 常州 213125)

除磷、脱氮是污水处理工艺中经常面对的问题。除磷和脱氮同时进行,存在泥龄、碳源供给等方面的问题,使得常规生物脱氮、除磷工艺不稳定而且效率不高[1-2]。

铁元素作为微生物生长的营养物质之一,对生物生长和反应有促进作用,同时也能明显提高污水处理效果[3-8]。催化铁体系能够消除随污水进入厌氧系统中的部分溶解氧,创造更严格的厌氧环境,提高除磷菌的除磷效果。

试验根据铁在生物处理中的作用,研究了铁炭填料在实现短程硝化同步反硝化脱氮、除磷系统中对亚硝酸盐积累、COD去除、脱氮、除磷等方面的影响。

1 金属载体促进亚硝酸盐积累和污水净化机制

铁元素是一些酶(如脱羧酶)的辅助营养因子,在微生物有氧呼吸中,铁离子起着重要作用。同时,铁离子是很好的化学催化剂,对细胞膜的渗透性有强化作用。

铁在溶液中的反应通常有2种情况:在偏酸性溶液中,铁发生析氢腐蚀,反应式为(1);在偏碱性溶液中,铁发生吸氧反应,反应式见(2)。

在曝气状态下,铁的腐蚀速度加快。另外,铁的电化学性质还可使大分子物质断链开环分解成小分子中间体。

2 试验装置与流程

试验装置与流程如图1所示。试验中的原水为某小区的生活污水。铁炭填料加入反应器的好氧区。系统处理能力10L/h。

图1 厌氧-好氧-缺氧短程脱氮同步反硝化除磷工艺流程

该流程(原水一部分分流至好氧反应单元,厌氧出水一部分分流至缺氧区)运行方式的优点为:1)提高好氧反应单元游离氨的(FA)浓度,促进亚硝酸菌生长;2)有利于厌氧区磷的释放;3)有利于缺氧区聚磷菌选择适当的氧化剂实现聚磷。

试验采用的铁炭填料为螺旋状,长约50cm,其主要由零价铁和碳元素组成。铁炭填料在投入好氧处理单元之前用10%盐酸溶液浸洗活化去膜,用去离子水冲洗。

反应器内的混合液偏碱性,铁在偏碱性溶液中产生Fe(OH)2。由于铁的腐蚀导致pH升高,进而导致游离氨增加,这对亚硝酸菌的生长起促进作用,从而可在反应器内使亚硝酸盐稳定并快速积累。

3 试验结果及讨论

试验开始时是在一体化反应器好氧区中部添加金属载体床,采用底部曝气方式。随后,对曝气方式加以改进,在载体中间设置曝气装置,消除局部存在的厌氧导致污泥变黑状态,系统运行更加稳定。系统稳定后,考察对废水脱氮、除磷效果。

3.1 COD的去除

图2为投加铁炭填料前、后COD去除率的变化。投加铁炭填料之前,COD平均去除率为79.5%;投加铁炭填料之后,COD去除率有明显提高,平均达88.6%。

图2 铁炭填料对COD去除率的影响

3.2 氮的去除

图3 铁炭填料对N-N去除率的影响

图4 铁炭填料对N-N积累率的影响

3.3 磷的去除

图5为投加铁炭填料前、后总磷平均去除率的变化。

图5 铁炭填料对除磷的影响

由图5看出:投加铁炭填料前,总磷平均去除率为82.2%;投加铁炭填料后,总磷平均去除率提高到90.5%,而且出水比较稳定。这表明该工艺对总磷去除率高且稳定性能好。

4 结论

通过A/O/A工艺的快速启动,在稳定运行期间,好氧段亚硝氮的积累量稳定在5~10mg/L之间,NH+4-N、COD、总磷去除率可分别达92%、88%、90.5%,缺氧段能够实现以亚硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷。

金属铁载体对亚硝酸盐的积累有显著促进作用,调节pH(7.8~8.7)和DO(3~5mg/L),亚硝酸盐积累量可达45%以上。系统中存在生物反硝化除磷和化学除磷2种除磷方式,磷去除效果良好。

该系统结合短程脱氮及反硝化除磷,为城市污水脱氮除磷工艺的革新提供了新的研究方向,但是该工艺对控制条件和操作技术要求较高,还有待进一步完善。

[1]邱维,张智.城市污水化学除磷的探讨[J].重庆环境科学,2002,24(2):81-84.

[2]邓荣森,郎建,王涛,等.城市污水生物除磷脱氮机理研究探讨[J].重庆建筑大学学报,2002,24(3):106-111.

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[5]Jean-Philippe Boisvert,Thi Cong To,Abderrazak Berrak,et al.Phosphate Adsorption in Flocculation Processes of Aluminum Sulphate and Poly-aluminum-silicate-sulphate[J].Water Res,1997,31(8):1939-1946.

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