好氧顆粒污泥處理高氨氮化肥工業(yè)廢水的研究

蔡佳青

（廣東聯(lián)泰環(huán)保股份有限公司廣東汕頭515041）

好氧顆粒污泥處理高氨氮化肥工業(yè)廢水的研究

蔡佳青

（廣東聯(lián)泰環(huán)保股份有限公司廣東汕頭515041）

當(dāng)前我國(guó)水資源污染嚴(yán)重，受污染水主要體現(xiàn)為水體氮氨營(yíng)養(yǎng)超標(biāo)，污染情況日趨嚴(yán)重。傳統(tǒng)活性污泥法很難解決現(xiàn)實(shí)污水中高氮氨問(wèn)題。好氧顆粒污泥法具有較好抗化學(xué)毒素，沉降效率高，污水和污泥易分解，能夠有效改善污水處理系統(tǒng)的處理效果和處理成本。本文研究利用好氧顆粒污泥來(lái)處理現(xiàn)實(shí)化學(xué)肥料企業(yè)污水，分析馴化過(guò)程中好氧顆粒污泥的污染物去除效果變化和物理性質(zhì)變化，從而研究好氧顆粒污泥法對(duì)高濃度氨氮污水的處理效果。

好氧顆粒污泥法；馴化；氨氮污水

1　引言

化肥企業(yè)污水屬于高濃度氮氨污水[1]，由于化肥企業(yè)生產(chǎn)尿素和氨等化肥時(shí)形成的廢水，這種廢水是造成水資源中氮氨的主要來(lái)源。傳統(tǒng)活性污泥法很難解決現(xiàn)實(shí)污水中高氮氨問(wèn)[2]。首先，傳統(tǒng)活性污泥法要求有大容量的二沉池分解污泥和水，微生物很難保存，沉降花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)；其次，現(xiàn)實(shí)污水中高氮氨濃度會(huì)影響傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)的處理效果，同時(shí)污水中的氰化物和硫化物等有毒化學(xué)成分也會(huì)影響處理效果；最后，盡管A2/O工藝技術(shù)能夠一定程度上脫氮，但是硝化污水和污泥的回流致使處理系統(tǒng)電能消耗和成本顯著增長(zhǎng)，傳統(tǒng)活性污泥法中很難產(chǎn)生反硝化反應(yīng)，因而脫氮效果不理想[3]。

2　待處理污水水質(zhì)和好氧顆粒污泥

本文研究中所用好氧顆粒污泥顆粒[4]的平均粒徑約為1.73mm，MLSS約為7000mg/L，其在處理COD為600mg/L，C:N:P為100:5:1的模擬化肥企業(yè)污水時(shí)，對(duì)COD、NH4+-N及TN的去除率分別為95.8%、98.7%和82.6%左右。本文研究所用的化肥原料企業(yè)污水來(lái)自廣東省某化肥廠廢水，表1顯示了該廢水中幾種主要污染元素及其濃度，pH值在10～11左右。通過(guò)向現(xiàn)實(shí)化學(xué)肥料企業(yè)污水中添加適量的乙酸鈉和磷酸二氫鉀，為微生物生長(zhǎng)提供必要的磷和碳，并且使污水中的C:N:P的比值維持在100:10:1左右，即COD濃度約為1800mg/L，NH4+-N濃度約為200mg/L，TP濃度約為20mg/L，此外用乙酸鈉、氯化銨和磷酸二氫鉀配制同比例但COD濃度分別為600mg/L、1200 mg/L和1800mg/L的模擬的化肥企業(yè)污水，三者均由NaHCO3調(diào)節(jié)pH在8～9之間[5]。

表1　化肥企業(yè)廢水主要污染物及其濃度

3　研究方案

本文研究中好氧顆粒污泥的接種裝置是自制的序批式生物反應(yīng)器（SBR）[6]。該反應(yīng)器高度為500mm，內(nèi)徑為70mm，總有效體積為1.2L。利用繼電器協(xié)調(diào)蠕動(dòng)泵和電磁式增氧泵工作，從該反應(yīng)器頭部注水，中部排水，電磁式增氧泵壓縮空氣通過(guò)裝在反應(yīng)器底部的小孔曝氣頭進(jìn)入水中，使用空氣流量計(jì)測(cè)量氣體流量，使用恒溫水加熱維持反應(yīng)器溫度約26℃。

本文實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)為培養(yǎng)好氧顆粒污泥分兩部分進(jìn)行。第一個(gè)部分為模擬的化肥企業(yè)污水馴化，這個(gè)部分注入的污水COD濃度分別為600mg/L、1200mg/L和1800mg/L的模擬污水；第二部分為現(xiàn)實(shí)化肥企業(yè)污水馴化，這個(gè)部分注入的污水使用COD濃度為1800mg/L的模擬企業(yè)污水和現(xiàn)實(shí)企業(yè)污水混合而成，利用依次增加現(xiàn)實(shí)污水百分比的方法培養(yǎng)好氧顆粒污泥，實(shí)驗(yàn)中配入比分別為：25%、50%、100%。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，分析好氧顆粒污泥對(duì)主要污染物處理效果及其物理性質(zhì)的變化。同時(shí)，也利用周期實(shí)驗(yàn)分析培養(yǎng)后好氧顆粒污泥對(duì)主要污染物的實(shí)際分解過(guò)程以及水中N的形態(tài)變化規(guī)律。

4　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1馴化過(guò)程中好氧顆粒污泥的污染物去除效果變化

為了研究好氧顆粒污泥對(duì)現(xiàn)實(shí)高氨氮化肥企業(yè)污水的處理效果，實(shí)驗(yàn)對(duì)好氧顆粒污泥進(jìn)行分階段培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)第1～16天是對(duì)模擬的企業(yè)污水馴化過(guò)程，第1天出水COD濃度為43mg/L，去除率為90.3%，與馴化前模擬污水的COD去除率有一定程度的下降，主要是因?yàn)槟M污水中C/N比出現(xiàn)了變化，污水中氨氮濃度增加了約一倍，導(dǎo)致微生物的活性在一定程度上變差，然而經(jīng)過(guò)一段時(shí)間微生物逐步適應(yīng)污水水質(zhì)，顆粒污泥對(duì)COD的去除率出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，盡管過(guò)程中由于注水量有所增加，造成COD去除率上下波動(dòng)，但是沒(méi)用多久能夠達(dá)到穩(wěn)定，在第16天時(shí)對(duì)COD的去除率大體維持在93.8%左右，出水約為81mg/L；另一方面，好氧顆粒污泥對(duì)NH4+-N和TN的去除率也受到相應(yīng)影響，但二者的波動(dòng)幅度比較大，到第15d對(duì)NH4+-N和TN的去除率分別為94.8%和75.2%，出水為7.9mg/L和37.8mg/L。相比馴化前顆粒污泥對(duì)模擬廢水的處理效果，污染物負(fù)荷沖擊對(duì)NH4+-N和TN的降解性能影響較大，對(duì)COD的影響不明顯。

第17～46天是現(xiàn)實(shí)化肥企業(yè)污水馴化過(guò)程，對(duì)現(xiàn)實(shí)企業(yè)污水配入比為25%的前期，出水COD的去除率僅達(dá)到91.8%，COD濃度達(dá)到110mg/L，造成這樣結(jié)果的原因是注入了現(xiàn)實(shí)化肥企業(yè)污水，其污水中包含的有毒化學(xué)物質(zhì)和復(fù)雜的組成成份阻礙了微生物活性。過(guò)了一段時(shí)間去除率穩(wěn)步回升，在第30天對(duì)現(xiàn)實(shí)企業(yè)污水配入比為50%的中期，出水COD的去除率達(dá)到95.1%。在第32天對(duì)現(xiàn)實(shí)企業(yè)污水配入比為100%的后期，由于污水中有毒化學(xué)成分顯著增加，造成微生物活性顯著降低，進(jìn)而COD的去除率明顯降低，再馴化一段時(shí)間之后，COD去除率再次出現(xiàn)提高，在第42～46天COD去除率大體在94.2%左右。

4.2馴化過(guò)程中好氧顆粒污泥的物理性質(zhì)變化

在馴化實(shí)驗(yàn)中，好氧顆粒污泥隨著進(jìn)水水質(zhì)的變化其物理性質(zhì)也發(fā)生了變化。好氧顆粒污泥在第1～16天的模擬企業(yè)污水培養(yǎng)階段，MLSS、平均粒徑和平均沉速?gòu)?037mg/L、1.62 mm、59.1 m/h逐漸增加到6692mg/L、1.71mm、63.2m/h，而SVI值、比重和強(qiáng)度等指標(biāo)均不同程度減少，含水率大體上比較穩(wěn)定，這充分體現(xiàn)出好氧顆粒污泥對(duì)模擬企業(yè)污水具有比較理想的適應(yīng)性能，在培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中展現(xiàn)了較好的生物活性、沉降性能以及穩(wěn)定的物理結(jié)構(gòu)。好氧顆粒污泥在第17～46天的現(xiàn)實(shí)化肥企業(yè)污水馴化階段，對(duì)現(xiàn)實(shí)企業(yè)污水配入比為25%的第16～21天，其各物理性質(zhì)變動(dòng)不顯著，體現(xiàn)了其對(duì)現(xiàn)實(shí)企業(yè)污水的注入具備一定程度的耐受性；在實(shí)驗(yàn)第22～31天，隨著現(xiàn)實(shí)企業(yè)污水的配入比從25%增加至100%，好氧顆粒污泥的MLSS和平均粒徑從6746 mg/L、1.70mm減少至6472mg/L、1.65mm，而SVI值和含水率指標(biāo)在一定程度上增加，污泥比重、平均沉速和強(qiáng)度等指標(biāo)減少幅度不大，這體現(xiàn)了由于現(xiàn)實(shí)企業(yè)污水配入比的增加，對(duì)好氧顆粒污泥的活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生了負(fù)面影響，實(shí)驗(yàn)中一部分大顆粒污泥破碎，含水率提高，顆粒污泥的生物活性和沉降性能降低。在實(shí)驗(yàn)中隨著100%現(xiàn)實(shí)企業(yè)污水的持續(xù)馴化，顆粒污泥開始適應(yīng)了現(xiàn)實(shí)企業(yè)污水，在實(shí)驗(yàn)的第46天，MLSS、平均粒徑和平均沉速逐漸從6472 mg/L、1.65mm、57.7 m/h增加至6787mg/L、1.69mm、62.8m/h，污泥比重和強(qiáng)度也從1.040g/m3、93.33%增加至1.042g/m3、94.85%，SVI值和含水率則從37.1mL/g、93.8%減少至33.6mL/g、93.5%。

5　結(jié)語(yǔ)

本文實(shí)驗(yàn)分析了好氧顆粒污泥對(duì)現(xiàn)實(shí)高氨氮化肥企業(yè)污水的處理效果，主要研究?jī)?nèi)容包括馴化過(guò)程中好氧顆粒污泥對(duì)污水主要污染指標(biāo)的去除效果和物理性質(zhì)變化，現(xiàn)總結(jié)出如下結(jié)論：（1）本文實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)全部46天馴化培養(yǎng)，好氧顆粒污泥能夠適應(yīng)現(xiàn)實(shí)化肥企業(yè)污水，處理效果穩(wěn)步提升，最后對(duì)COD和氨氮的去除率分別為94.2%和89.8%左右，對(duì)TN的去除率也能夠到68.6%，污水處理系統(tǒng)具有比較理想的COD、氨氮和TN去除率，同時(shí)表明好氧顆粒污泥具有良好的耐毒抗負(fù)荷沖擊性能，對(duì)現(xiàn)實(shí)高氨氮化肥企業(yè)污水的處理效果比較理想。（2）本文實(shí)驗(yàn)分析馴化過(guò)程中好氧顆粒污泥物理性質(zhì)的變動(dòng)情況，最終得出現(xiàn)實(shí)化肥企業(yè)污水的注入沒(méi)有顯著影響好氧顆粒污泥的馴化培養(yǎng)，其MLSS和平均粒徑等指標(biāo)在培養(yǎng)過(guò)程中都始終維持在6037mg/L和1.62mm以上，最后維持在6787mg/L、1.69mm左右，此外也保持了較好的沉降性能，平均沉速始終維持在57.0m/h以上，SVI值在38mL/g以下，污泥比重和含水率變動(dòng)范圍很小。從整體上來(lái)說(shuō)，好氧顆粒污泥達(dá)到了比較理想的穩(wěn)定性。

[1]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.2013年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)[R].2014.

[2]黃偉,屈二軍.A/O活性污泥處理系統(tǒng)運(yùn)行管理問(wèn)題初探[J].河南城建高等專科學(xué)校學(xué)報(bào),2000,9（1）:14-17.

[3]Barnard J L.,Meiring P.G.J.,Partners.The BARDENPHO process. In:Advances in water and wastewater treatment biological nutrient removal[M].Ann Arbor Science Publishers,Michigan,1987.

[4]Sunil S A,Lee D J,ShowK Y.Aerobic granular sludge:Recent advances[J].BiotechnologyAdvances,2008,26(3):411-423.

[5]彭永臻,吳蕾,馬勇,等.好氧顆粒污泥的形成機(jī)制、特性及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué),2010,31(2):273-281.

[6]Sunil S A,Lee D J,Juin Y L,et al.Treating chemical industries influent usingaerobic granular sludge:Recent development[J].Journal of the Taiwan Institute ofChemical Engineers,2009,40(3):333-336.