生物反硝化—樹脂吸附去除農(nóng)藥生化尾水總氮實(shí)驗(yàn)研究

宋均軻, 司徒瑜霞, 賀 偉

(南京環(huán)保產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，江蘇 南京 211102)

某農(nóng)藥企業(yè)主要生產(chǎn)菊酯類農(nóng)藥及中間體，廠內(nèi)建有污水廠1 座，各產(chǎn)品生產(chǎn)廢水在調(diào)節(jié)池混合后，經(jīng)MBR+A/O+生物濾池處理滿足園區(qū)納管標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)入園區(qū)污水處理廠。園區(qū)原有納管監(jiān)管指標(biāo)主要為化學(xué)需氧量(COD,COD≤500 mg/L)和氨氮(氨氮≤45 mg/L)，近年來，國家和各個(gè)地區(qū)陸續(xù)頒布了更為嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，除傳統(tǒng)指標(biāo)COD和氨氮外，新增總氮(TN)指標(biāo)的考核[1]。因此，對(duì)尾水進(jìn)行脫總氮提標(biāo)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

生物脫氮是水污染處理中脫氮最為經(jīng)濟(jì)和有效的處置方法[2]。現(xiàn)有污水經(jīng)過好氧處理后，氨氮等轉(zhuǎn)換為硝態(tài)氮，總氮成分主要以硝態(tài)氮形式存在。同時(shí)考慮到原有系統(tǒng)改造難度大，擬在生物濾池出水后端增加生物反硝化脫總氮處理單元，通過反硝化細(xì)菌作用實(shí)現(xiàn)總氮去除。農(nóng)藥污水生物毒性強(qiáng)，考慮到冬季水溫低，出水總氮指標(biāo)波動(dòng)較大，反硝化脫總氮單元后增加樹脂吸附單元。

1 實(shí)驗(yàn)及檢測方法

1.1 廢水來源及水質(zhì)

污水來源取自原有生物濾池出水，廢水指標(biāo)見表1，總氮主要由硝態(tài)氮形式存在。

表1 廢水指標(biāo)匯總(mg/L)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

生物濾池出水進(jìn)入生物反硝化單元，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置攪拌機(jī)攪動(dòng)，控制設(shè)定的溶解氧和污泥濃度，評(píng)估原有碳源直接反硝化脫總氮可行性，探究最佳停留時(shí)間及碳氮比。反硝化處理單元出水進(jìn)入樹脂吸附系統(tǒng)，評(píng)估單位樹脂處理水量及系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1.3 測量方法

化學(xué)需氧量(COD)采用《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定 重鉻酸鹽法》(HJ 828—2017)中的方法進(jìn)行測定；總氮(TN)依據(jù)《水質(zhì)總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》(HJ636—2012)中的方法測定；硝態(tài)氮采用《工業(yè)循環(huán)冷卻水及鍋爐水中氟、氯、磷酸根、亞硝酸根、硝酸根和硫酸根的測定離子色譜法》(GB/T 14642—2009)中的方法進(jìn)行測定；氨氮(NH3-N)依據(jù)《水質(zhì) 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》(HJ 535—2009)中的方法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 反硝化系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)研究

(1)原有碳源反硝化脫總氮可行性分析。反應(yīng)器內(nèi)攪拌機(jī)緩慢攪拌，溶解氧為0.2～0.5 mg/L，MLSS為3 500 mg/L，不投加碳源，在不同的反應(yīng)時(shí)間取水監(jiān)測總氮，數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 未投加碳源出水總氮隨時(shí)間變化圖

根據(jù)圖1可知，當(dāng)原水未加碳源時(shí)，總氮去除能力弱。延長反應(yīng)時(shí)間，總氮去除能力增加幅度小，去除能力最高穩(wěn)定在20%～25%，出水總氮≥40 mg/L。反硝化細(xì)菌主要以有機(jī)碳源為電子供體，在缺氧環(huán)境下將亞硝酸氮和硝酸氮還原成氮?dú)猓荚捶N類及濃度影響著反硝化效果，水體中有充足的碳源才能讓反硝化過程順利進(jìn)行[3]，因此利用原水中碳源無法實(shí)現(xiàn)高效脫氮。

(2)碳氮比優(yōu)化研究。反應(yīng)器內(nèi)緩慢攪拌，反應(yīng)溶解氧為0.2～0.5 mg/L，MLSS為3 500 mg/L，反應(yīng)時(shí)間控制為12 h，反應(yīng)器內(nèi)投加反硝化常用的碳源甲醇[4]，投加碳源與總氮比值分別控制在2、3、4、5、6、7、10，出水總氮數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 碳氮比對(duì)總氮去除的影響

根據(jù)圖2可知，碳氮比的增加，有助于出水總氮去除。碳氮比3∶1時(shí)，總氮去除率為僅為44.6%，隨著碳氮比增加，當(dāng)碳氮比為5∶1時(shí)，總氮去除率已經(jīng)達(dá)到70%，出水總氮達(dá)到穩(wěn)定在20 mg/L；之后隨著碳氮比的增加，總氮去除率趨于穩(wěn)定。考慮到經(jīng)濟(jì)性，建議碳氮比控制為5∶1。

(3)停留時(shí)間優(yōu)化研究。反應(yīng)器內(nèi)緩慢攪拌，反應(yīng)溶解氧為0.2～0.5 mg/L，MLSS為3 500 mg/L，碳氮比控制在5∶1，控制反應(yīng)停留時(shí)間分別為2、4、6、8、10、12、18、24、36 h，出水總氮數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 停留時(shí)間對(duì)總氮去除的影響

隨著反應(yīng)停留時(shí)間的增加，出水總氮呈現(xiàn)下降趨勢。當(dāng)停留時(shí)間為12 h，總氮去除率達(dá)到75.4%，總氮穩(wěn)定在20 mg/L 左右；隨著停留時(shí)間的增加，出水總氮降低趨勢減緩，當(dāng)停留時(shí)間為24 h時(shí)，總氮去除率為80%，出水總氮最低可至13.4 mg/L。停留時(shí)間增加會(huì)帶來構(gòu)筑物容積和占地面積的增加，建議停留時(shí)間選取12 h。

2.2 樹脂吸附系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

反硝化系統(tǒng)出水進(jìn)入樹脂吸附系統(tǒng)，樹脂為流動(dòng)態(tài)，裝填樹脂體積占比為5%，反應(yīng)溫度為35 ℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5 h。針對(duì)單位容積樹脂對(duì)應(yīng)處理水量(BV)的處理效果進(jìn)行研究，具體數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 總氮濃度隨處理水量的變化

根據(jù)圖4所示，樹脂吸附能有效去除污水中的總氮。隨著處理水量的增加，出水總氮濃度呈上升趨勢，當(dāng)處理能力為50 BV時(shí)，出水總氮低于10 mg/L，當(dāng)處理能力為200 BV時(shí)，出水總氮為14.5 mg/L，滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918—2002)》中一級(jí)A中總氮指標(biāo)要求。

3 結(jié)論

利用生物反硝化與樹脂吸附組合工藝對(duì)某公司生物濾池出水進(jìn)行脫總氮研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，原水中的有機(jī)物無法作為反硝化脫氮優(yōu)質(zhì)碳源；外加甲醇作為碳源，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為12 h，溶解氧為0.2～0.5 mg/L，MLSS為3 500 mg/L，碳氮比為5∶1時(shí)，總氮去除率達(dá)80%以上，出水總氮≤20 mg/L；樹脂吸附處理能力為200 BV時(shí)，出水總氮低于15 mg/L。