pH值對明膠廢水脫氮除磷的影響

劉水紅，李姜華

pH值對明膠廢水脫氮除磷的影響

劉水紅1，李姜華2

（1重慶兩江建筑工程質(zhì)量檢測有限公司，重慶400060；2重慶市宏偉輻射防護(hù)技術(shù)服務(wù)有限公司，重慶400021）

該文采用兩級串聯(lián)SBR工藝處理明膠廢水，考察了系統(tǒng)pH變化時引起的鈣離子濃度的變化以及對脫氮除磷效果的影響。研究結(jié)果表明：在進(jìn)水總磷為608.7～1176.8mg/L、總氮為169.2～229.3mg/L的情況下，系統(tǒng)出水TP、TN的平均去除率分別為99.2%和93%左右，該工藝脫氮除磷效果良好；pH值和系統(tǒng)鈣離子濃度、磷酸鈣或磷酸氫鈣沉淀量、總磷濃度之間有密切關(guān)系；系統(tǒng)pH值宜保持在7.0左右。

pH；兩級SBR；脫氮除磷

明膠廢水一般存在高鈣、高堿、高有機(jī)蛋白污染等特點(diǎn)，其處理難度大[1-2]。如果僅僅采用好氧生物處理法難以達(dá)標(biāo)排放，而采用物化法，則會帶來高昂的處理成本[3-5]。為此，本文通過對明膠廢水生物處理系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)的研究，并借鑒相關(guān)文獻(xiàn)的研究成果，嘗試了采用兩級串聯(lián)SBR工藝處理明膠生產(chǎn)廢水。通過控制不同的試驗條件，考察了pH值和系統(tǒng)出水總磷濃度、鈣離子濃度以及磷酸鈣或磷酸氫鈣沉淀量之間的關(guān)系，分析了pH環(huán)境對系統(tǒng)脫氮除磷效果的影響，為高效處理明膠廢水提供一定的理論試驗依據(jù)。

1 試驗內(nèi)容與方法

1.1 試驗裝置與運(yùn)行方式

該試驗采用塑料器具作為反應(yīng)器（Reactor）。其中，第一個反應(yīng)器（反應(yīng)器Ⅰ，簡稱RⅠ，下同）的有效反應(yīng)容積為16L，第二個反應(yīng)器（反應(yīng)器Ⅱ，簡稱RⅡ，下同）的有效反應(yīng)容積為24L。RⅠ、RⅡ中均設(shè)有攪拌裝置。在缺氧狀態(tài)下，通過慢速攪拌，使得反應(yīng)器中污泥呈懸浮狀態(tài)。該實驗的曝氣量通過金魚泵的數(shù)量來控制，而曝氣和攪拌時間通過時間數(shù)碼控制器來控制[6]，系統(tǒng)裝置如圖1所示。采用瞬時進(jìn)水，限制性曝氣方式。兩反應(yīng)器運(yùn)行方式一樣，RⅠ的出水即為RⅡ的進(jìn)水。

圖1 反應(yīng)器I、II裝置示意圖

1.2 試驗水質(zhì)及接種污泥

RⅠ在中負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行：進(jìn)水體積（排水體積）為4L，反應(yīng)混合液體積為16L，COD約為1400～2000mg/L，污泥濃度約為3300～4800mg/L，污泥負(fù)荷約0.2～0.4kgCOD/(kgMLSS·d)，排水比約為0.21L，低于1/4～1/2；RⅡ在低負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行：進(jìn)水體積（排水體積）為4L，反應(yīng)混合液體積為24L，污泥濃度約為10900～12700mg/L，污泥負(fù)荷約為0.03～0.05kgCOD/ (kgMLSS·d)，排水比約為0.136，小于1/3～1/6。

該試驗進(jìn)水水質(zhì)見表1。對重慶市唐家橋污水處理廠曝氣池的污泥進(jìn)行取樣，作為該試驗接種污泥。

表1 RⅠ試驗進(jìn)水指標(biāo)（mg/L）

1.3 測驗項目及方法

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 鈣離子濃度、磷酸鈣（磷酸氫鈣）占比分析

系統(tǒng)出水鈣離子濃度及污泥中磷酸鈣或磷酸氫鈣沉淀的變化曲線，見圖2。

圖2 系統(tǒng)出水鈣離子濃度及磷酸鈣（磷酸氫鈣）在污泥中占比

由圖2可知：（1）在系統(tǒng)反應(yīng)前期，就反應(yīng)器出水鈣離子濃度值而言，Ca2+（RⅡ）低于Ca2+（RⅠ）；到了中后期，RⅠ、RⅡ的鈣離子出水濃度相差不大，偶爾也會出現(xiàn)Ca2+（RⅡ）高于Ca2+（RⅠ）的情況。出現(xiàn)這些變化的原因可能有：第一，反應(yīng)器進(jìn)水水質(zhì)、水量不均勻；第二，在系統(tǒng)運(yùn)行前期，進(jìn)水鈣離子濃度均高于RⅠ、RⅡ中的鈣離子濃度。由于廢水先經(jīng)過RⅠ，再進(jìn)入RⅡ，經(jīng)RⅡ混合液的稀釋作用而使鈣離子濃度變低，因此，使得在系統(tǒng)運(yùn)行前期出現(xiàn)了Ca2+（RⅡ）低于Ca2+（RⅠ）的情況，也即RⅡ出水鈣離子濃度低于RⅠ出水鈣離子濃度；隨著運(yùn)行系統(tǒng)周期的延長，如果不計在RⅡ中鈣離子和磷酸根離子發(fā)生的沉淀反應(yīng)，RⅡ很難再對經(jīng)由RⅠ出水過來的鈣離子濃度存在稀釋作用，以致RⅠ、RⅡ鈣離子在排水和進(jìn)水時的濃度相差不大；當(dāng)RⅡ中的pH值變得足夠低時，原來沉淀的磷酸鈣或磷酸氫鈣重新變?yōu)橛坞x狀態(tài)，從而使得出現(xiàn)Ca2+（RⅡ）高于Ca2+（RⅠ）情況，也即RⅡ出水鈣離子濃度高于RⅠ出水鈣離子濃度。

（2）就系統(tǒng)中磷酸鈣或磷酸氫鈣沉淀在污泥中占比值而言，RⅠ遠(yuǎn)高于反應(yīng)器RⅡ，前者這一值一般在42%～50%，而后者一般20%左右。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能有：第一，RⅠ經(jīng)常在較高的pH環(huán)境中運(yùn)行，進(jìn)水pH一般在7～10之間，從而有利于磷酸鈣或磷酸氫鈣沉淀的產(chǎn)生；第二，與系統(tǒng)的污泥負(fù)荷及生物量有關(guān)。由前文所敘，盡管RⅡ污泥負(fù)荷約為RⅠ污泥負(fù)荷的十分之一，但RⅡ生物量卻是RⅠ生物量的兩倍多。在低pH值、低負(fù)荷和高生物量的系統(tǒng)中不利于磷酸鈣或磷酸氫鈣的生成。

2.2 系統(tǒng)總磷去除及反應(yīng)器運(yùn)行分析

系統(tǒng)進(jìn)、出水總磷及其去除率變化曲線見圖3；反應(yīng)器運(yùn)行情況見表2～表3。

圖3 系統(tǒng)對TP去除效果

表2 RⅠ運(yùn)行情況表

表3 RⅡ運(yùn)行情況表

由圖3及表2、表3可看出：

在污泥酸化 （即取一定量的混合液，把pH值調(diào)到1.5左右），RⅠ總磷濃度最高可達(dá)1017.6mg/L（RⅠ在46周期時），RⅡ總磷濃度最高為519.4mg/L（RⅡ在19周期時），這說明廢水中的鈣離子有部分直接轉(zhuǎn)換為Ca3(PO4)2或CaHPO4沉淀；當(dāng)pH值處于7左右時，RⅠ、RⅡ出水鈣離子濃度較穩(wěn)定，總磷出水濃度也較小。以RⅡ（在19～76周期時）為例，當(dāng)pH值從7.13慢慢下降到5.3時，出水鈣離子濃度由90.4mg/L下降到了最低點(diǎn)74.4mg/L，總磷濃度從1.12mg/L上升到最高點(diǎn)49.76mg/L，而磷酸鈣或磷酸氫鈣沉淀在污泥中所占百分比下降到14.1%；在污泥酸化后，鈣離子濃度由236mg/L下降到了144mg/L，總磷濃度由519mg/L下降到249mg/L。這一變化過程說明，在RⅡ中，pH值和系統(tǒng)最終排水時的鈣離子濃度、磷酸鈣或磷酸氫鈣沉淀量、總磷濃度之間有密切的關(guān)系。系統(tǒng)應(yīng)在一定的pH值環(huán)境中運(yùn)行，其排水時的最小pH值應(yīng)不低于6.0。

2.3 氨氮、亞硝態(tài)氮及總氮去除效果

系統(tǒng)出水氨氮、亞硝態(tài)氮變化曲線見圖4；總氮去除效果見圖5。

圖4 系統(tǒng)對氨氮、亞硝態(tài)氮的去除效果

圖5 系統(tǒng)對TN的去除效果

從圖4、圖5可以看出：（1）在整個試驗過程中，RⅠ出水氨氮、亞硝態(tài)氮和總氮波動較大，出水總氮濃度最低20.56 mg/L，最高214.3 mg/L。隨著磷酸鈣或磷酸氫鈣沉淀的慢慢積累，系統(tǒng)中氨氮和亞硝酸鹽也開始積累，甚至幾乎不能發(fā)生反硝化反應(yīng)。這說明磷酸鈣或磷酸氫鈣沉淀對硝化菌和反硝化菌存在嚴(yán)重影響，從而使系統(tǒng)的脫氮功能基本喪失。

（2）由于磷酸鈣或磷酸氫鈣對RⅡ的影響較小，系統(tǒng)出水氨氮、亞硝態(tài)氮和總氮較穩(wěn)定。當(dāng)RⅡ處于第36-76周期時，由于系統(tǒng)一直在較低pH值環(huán)境中運(yùn)行，對硝化菌產(chǎn)生了強(qiáng)烈的抑制作用，致使系統(tǒng)出水氨氮、總氮濃度較高，總氮去除率較低時為46.14%；當(dāng)RⅡ處于第76-86周期間，系統(tǒng)pH值提高到了7.0以上，系統(tǒng)就很快恢復(fù)了正常，氨氮、總氮出水達(dá)標(biāo)。系統(tǒng)出水TN濃度為4.2～17.6mg·L-1，總氮平均去除率在93%左右，這也滿足了國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的廢水排放要求。

3 結(jié)論

（1）該工藝脫氮除磷效果良好。在進(jìn)水TP濃度為608.7～1176.8mg/L、TN濃度為169.2～229.3mg/L的情況下，系統(tǒng)出水TP、TN平均去除率分別為99.2%和93%左右。出水指標(biāo)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的廢水排放要求。

（2）系統(tǒng)pH值和反應(yīng)器最終排水時的總磷濃度、鈣離子濃度以及磷酸鈣或磷酸氫鈣沉淀量之間有密切的關(guān)系，系統(tǒng)應(yīng)在一定的pH值環(huán)境中運(yùn)行。當(dāng)pH值升高或降低時，會引起鈣離子濃度急劇變化。在低pH值、低負(fù)荷和高生物量的系統(tǒng)中不利于磷酸鈣或磷酸氫鈣的生成。

（3）反應(yīng)器Ⅰ出水氨氮、亞硝態(tài)氮和總氮波動較大，出水總氮濃度最低20.56mg/L，最高214.3mg/L。磷酸鈣或磷酸氫鈣沉淀對硝化菌和反硝化菌存在嚴(yán)重影響，從而使系統(tǒng)的脫氮功能基本喪失。

（4）反應(yīng)器Ⅱ受到磷酸鈣或磷酸氫鈣的影響較小，出水氨氮、亞硝態(tài)氮和總氮效果較穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)長期在較低pH環(huán)境中運(yùn)行時，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)脫氮除磷功能。當(dāng)系統(tǒng)的pH值保持在7.0左右時，系統(tǒng)運(yùn)行良好。

[1]熊代群，劉惠成，陳航，等.混凝-氣浮-生物接觸氧化處理明膠廢水[J].中國給水排水，2006，22（22）：69-71.

[2]余建朋，鄭澤根.水解-硝化反硝化二級SBR工藝處理明膠生產(chǎn)廢水[J].中國給水排水，2007，23（19）：64-66.

[3]奉林玉，周少奇，吳碩賢.雙泥膜法SBR脫氮除磷效果研究[J].環(huán)境工程學(xué)報，2009，3（2）：258-262.

[4]孫洪偉，彭永臻，時曉寧，等.兩級UASB-SBR處理高氨氮垃圾滲濾液的快速啟動及穩(wěn)定運(yùn)行 [J].環(huán)境科學(xué)，2009，30（6）：1681-1688.

[5]馬娟，彭永臻，王麗.溫度對反硝化過程的影響以及pH值變化規(guī)律[J].中國環(huán)境科學(xué)，2008，28（11）：1004-1008.

[6]李姜華，鄭澤根.SBR動力學(xué)模型的研究及其在明膠廢水處理中的應(yīng)用[D].重慶：重慶大學(xué)，2006.

責(zé)任編輯：孫蘇

施工經(jīng)驗

1、買馬桶時要考慮馬桶的坑距

2、洗衣機(jī)要考慮是上排水還是下排水

3、衛(wèi)生間里最好不要裝電話，容易受潮

4、衛(wèi)生間里的鏡子要先考慮好尺寸，否則鏡前燈很容易就裝高了

5、衛(wèi)生間管道最好留檢修孔

6、強(qiáng)電弱電不能穿在同一根管子里

7、左零、右相上接地

8、電源插座距地300，開關(guān)1.4米

9、開關(guān)不要裝在門背后

10、插座多多宜善

11、大功率電器用16A插座，如電烤箱等

12、暗盒要用好的

13、暗盒一定要和面板配套，否則有可能裝不上

Effects of pH on Nitrogen and Phosphorus Removal from Gelatin Wastewater

Two-stage SBR process is used to treat the wastewater from gelatin production,and the effects of pH on nitrogen and phosphorus removal and the change of Ca2+concentration are studied.The results show that the effect of nitrogen and phosphorus removal is well in the system when the influent TP is 608.7 to 1176.8 mg·L-1 and TN is 169.2 to 229.3mg·L-1,and the average removal rates of TP and TN are about 99.2%and 93%respectively.The increasing or reducing of pH will cause Ca2+concentration to change sharply and there are some close relationships among pH value,Ca2+concentration and precipitation of Ca3(PO4)2 or CaHPO4 in the system.The pH value should be maintained at about 7.0 to keep the system in good operation.

ph；two-stage SBR；nitrogen and phosphorus removal

[TU992.3]

A

1671-9107（2013）03-0037-03

基金論文：該文為國家自然科學(xué)基金資助項目（No.79270088）論文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.03.037

2013-01-07

劉水紅（1979-），女，四川雙流人，本科，高級工程師，主要從事市政工程相關(guān)工作。