合成革废水中试实验短程硝化快速启动研究

2017-04-24黄盛陈益明

福州大学学报（自然科学版） 2017年2期

关键词：硝化氨氮反应器

黄盛陈益明，张健

(1.福州大学环境与资源学院，福建福州 350116；2.福建省环境科学研究院，福建省环境工程重点实验室，福建福州 350013)

合成革废水中试实验短程硝化快速启动研究

(1.福州大学环境与资源学院，福建福州 350116；2.福建省环境科学研究院，福建省环境工程重点实验室，福建福州 350013)

合成革废水；短程硝化；亚酸盐累积率；容积负荷去除率

0 引言

但以实际合成革废水为进水水质，在中试规模下实现短程硝化的相关研究还未见有报道.因此，以实际合成革废水作为处理对象，在中试规模下进行短程硝化启动的研究.实验首先在其最适启动温度(34 ℃)下实现短程硝化的启动，并进一步根据该污水厂冬季的最低反应温度选择在23 ℃下成功实现短程硝化的启动，验证了其在常温下启动的可行性.为短程硝化工艺处理合成革废水的实际应用提供一定的参考.

1 材料及方法

1.1 实验装置及实验用水

图1 PNP工艺流程图Fig.1 Schematic diagram of the SHARON process

反应装置采用SBR反应器.反应器由不锈钢制成，上部为圆柱体，内径1 000 mm，高1 230 mm，底部为圆锥体，高340 mm，总容积为1.1 m3，有效容积为1.0 m3.工艺流程如图1所示.

1.2 接种污泥

采用该合成革污水处理厂二期工程硝化池的传统硝化污泥作为PNP的接种污泥.接种初期混合液悬浮固体浓度(mixed liquid suspended solids，MLSS)约为5 500 mg·L-1，该污泥含有较为丰富的硝化菌，呈深褐色，污泥沉降比(SV30)约为40%，具有良好的沉降性能且已适应合成革废水水质.

1.3 分析方法

亚硝酸盐累积率(nitrite accumulation ratio,NAR))、氨氧化率按下式计算：

游离氨按下式计算：

2 结果与讨论

2.1 实验结果

实验历时7个月，成功地在高温(34 ℃)及常温(27～23 ℃)下实现短程硝化的启动.两次启动过程充水比均为2/5，第一次实验每个运行周期为12 h，第二次启动过程由于温度较低，反应速率慢，周期调整为24 h.运行过程的pH值通过投加片碱控制；DO通过调节曝气量控制；反应过程采用加热棒进行控温.

前期探索中发现，当进水COD较高(高于800 mg·L-1)时，系统活性可能受到一定程度的抑制.此时向反应器中投加一定质量的NaCl，并闷曝12 h，可有效解除AOB所受抑制，如图2所示.

图2为前期探索时的运行效果图(其中COD质量浓度为进水中的浓度；氨氮质量浓度为反应器内反应起始及终止时混合液中的浓度)，将其分为第1～12天及第12～20天两个阶段.由图2(a)可知,第一阶段单周期氨氮质量浓度降低的数值呈不断下降趋势，至第12天这一数值降至11 mg·L-1，说明AOB活性已受到明显抑制；第12天向反应器内投加一定质量的NaCl(使其质量浓度约为2.5 g·L-1)并闷曝12 h，第13天起单周期氨氮质量浓度降低的数值明显增高并最终稳定在约每周期110 mg·L-1，说明AOB已恢复其活性；结合图2(b)可知，第二阶段亚硝酸盐累积率增高的速率明显加快.分析其原因认为主要是因为：① 一定质量浓度的NaCl可刺激AOB活性的提高；② NOB对Cl-敏感性高于AOB，因而适当质量浓度的NaCl有助于抑制NOB的活性，从而促进短程硝化的启动，这与支霞辉等[13]的研究结论有相似之处.因此，认为对接种污泥预先采用一定质量浓度的NaCl溶液进行浸泡，可加快启动速率.

图2 前期探索短程硝化启动过程运行效果图Fig.2 Profile of nitrogen removal by PNP in the early exploration

2.1.1 高温下短程硝化的启动

实验在接种污泥时，首先用质量浓度为2.5 g·L-1的NaCl溶液对待接种的污泥进行12 h的浸泡处理，然后再接种至反应器中进行实验.

图3 高温下短程硝化启动过程运行效果图Fig.3 Profile of nitrogen removal by PNP under high temperature

2.1.2 常温下短程硝化的启动

为进一步提高研究的实用性，实验进行了PNP的第二次启动.启动过程反应器首先在27 ℃下运行15 d，然后在25 ℃下运行10 d，并最终保持在23 ℃条件下运行.实验周期设为24 h，每个运行周期由进水(20 min)、曝气运行(22 h 50 min)、沉淀(30 min)和排水(20 min)4个工序组成，采用人工手动控制.

图4 常温下短程硝化启动过程运行效果图Fig.4 Profile of nitrogen removal by PNP under normal temperature

2.2 讨论

彭永臻等[10]采用实际城市污水为进水水质，在11.8～25 ℃的条件下，以有效容积为54 m3的SBR中试系统，经过约100 d的培养训化，实现短程硝化，亚硝化率基本保持在95%以上.张昭等[11]在常温(16.4～25.5 ℃)、限氧(DO=0.20～0.80 mg·L-1)条件下，以A/O除磷工艺出水为原水，在中试规模下采用SBR反应器，经过24个周期的连续运行成功实现短程硝化，氨氮氧化率超过50%，亚硝化率超过90%.

通过对比发现，研究中短程硝化启动后所达到的亚硝化率水平与彭永臻等的研究结果相当，略高于张昭等的研究结果，这说明在常温和高温下均可实现短程硝化的启动，同时较高的反应温度有利于短程硝化的实现；此外本研究最终在常温(23～27 ℃)下实现短程硝化启动及稳定运行，实验温度略高于彭永臻、张昭等的实验温度，但本研究短程硝化启动的时间更短，且以较难以生物降解的合成革废水为研究对象，分析其原因认为主要是由于：较高的反应温度有利于短程硝化的快速启动；实验在接种污泥前对其用质量浓度为2.5 g·L-1的NaCl溶液进行12h的浸泡处理也有利于短程硝化的启动.因而认为本研究的实验成果与彭永臻、张昭等的实验成果相比，有各自的侧重点和优势.

3 结语

通过实验验证了利用合成革废水实现短程硝化的可行性，同时通过与同类研究成果的对比发现：在常温和高温下均可实现短程硝化的启动，较高的反应温度更有利于短程硝化的快速启动；适量NaCl的投加也有利于短程硝化的快速启动.对合成革废水短程硝化启动的实际工程应用均具备一定的参考价值.

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(责任编辑：洪江星)

Study on the rapid start-up of short range nitrification in synthetic leather pilot experiments

(1.College of Environment and Resources,Fuzhou University,Fuzhou,Fujian 350116,China;2.Environmental Science Research Institute of Fujian Province,Fujian Provincial Key Laboratory of Environmental Engineering,Fuzhou,Fujian 350013,China)