SBR工藝處理高COD、高氨氮煤化工工業廢水的研究

來源:http://www.amormio929fm.com/ 作者:餘氯檢測儀 時間:2019-07-24

  摘要 在采用SBR工藝處理煤化工工業廢水時,通過考察研究廢水的不同投加方式,跟蹤分析了COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N、PH、DO、堿度及碳源消耗。通過對比確定了最佳廢水的投加方式達到了節約堿度、碳源消耗的目的,大大降低了運行成本。

  關鍵詞 SBR;煤化工工藝廢水;堿度;碳源

  SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)是序批間歇式活性汙泥法汙水處理工藝的簡稱,是一種按照時間順序改變活性汙泥生長環境的汙水處理技術,又稱序批式活性汙泥法,是一種比較成熟的汙水處理工藝。它的主要特征是在時間上的有序和空間上的無序,各階段的運行工況可以根據具體的汙水性質和出水功能要求等靈活變化。SBR工藝一個運行周期中進水、反應、沉澱、出水和閑置5個基本工序都在一個設有曝氣或攪拌的反應器內依次完成的。進水時間、曝氣方式、攪拌時間可以根據具體的進水水質、汙泥狀況靈活改變。

  筆者通過試驗研究了在一個運行周期內分別采用不同的進水方式下PH、COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N、DO的變化規律,通過對比確定了最佳廢水的投加方式,達到了節約堿度消耗、減少外加碳源,降低處理成本的目的。

  1 試驗部分

  1.1 廢水的來源與水質

  某煤化工工業,以煤為原料采用魯奇氣化工藝將煤加壓氣化為煤氣,供企業和居民使用。在煤氣洗滌過程中產生大量汙水。汙水水質見表1:

  1.2 試驗裝置

  試驗裝置由一組四個尺寸相同的SBR反應器組成,反應器為長55.5米、寬14米、有效水深5.6米。在反應器內裝有微孔曝氣器及潛水推流攪拌器;采用鼓風機曝氣,離心泵進水,潷水器出水,進水由電磁流量計計量,整個係統由一套PLC自動程序控製裝置操作運行。每一工作階段,如進水、缺氧攪拌、曝氣、沉澱和排水等工藝參數可根據需要設定。

  1.3 分析項目及方法

  進水和出水水樣的分析項目及分析方法見表2。

  2 試驗結果與討論

  2.1 衝擊性進水非限製性曝氣方式

  一次性快速向SBR反應池中加入200 m3原汙水,好氧曝氣去除有機物並進行硝化反應,硝化完成後投加甲醇進行反硝化,跟蹤分析一個周期內水中殘餘COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N、PH、DO變化情況見圖1。

  圖1

  由圖1可以看出:

  1)Do的變化規律:在進水階段,因去除有機物的反應,異養菌的耗氧速率大於供氧速率,因此DO呈下降趨勢。當COD接近其難去除濃度時,異養菌的耗氧速率迅速降低,供氧遠遠大於異養菌的耗氧速率,因此DO急劇上升,隨著COD的降低及DO濃度的升高,異養菌因缺少底物而失去競爭力,係統內的硝化菌開始大量的進行新陳代謝。在氨氮去除的過程中,雖然自養菌的耗氧速率較大,由於曝氣量比較充分,因此硝化反應過程中DO不斷上升,到硝化反應後期,氨氮濃度大大降低,耗氧速率大大減小,DO上升到較高的濃度。在反硝化階段DO為零。

  2)PH的變化規律:在反應初期,PH不斷下降。這是因為去除有機物過程中,異養菌對有機底物進行分解代謝產生大量CO2,CO2溶解在水中導致PH下降,及硝化反應過程消耗一定的堿度導致PH下降速度較大,最低達5.32,在厭氧階段PH會迅速上升,這是由於反硝化菌進行反硝化過程中產生部分堿度。反應式如下:

  有機物去除過程:

  C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O

  硝化反應:

  第一步:2NH3 + 3O2 亞硝化菌 2NO2- +2H+ +2H2O

  第二步:2NO2- + O2 硝化菌 2NO3-

  總反應:NH3 + 2O2 NO3- + H+ + H2O

  反硝化反應:以甲醇為電子供體:

  第一步:3NO3- + CH3OH 反硝化菌 3NO2- + 2H2O + CO2

  第二步:2H+ + 2NO2- + CH3OH 反硝化菌 N2 + 3H2O + CO2

  總反應:6H+ + 6NO3- + 5CH3OH 3N2 + 13H2O + 5CO2

  3)加堿消耗:由於PH對硝化細菌影響較大,在PH中性或微堿性環境下其生物活性最強,硝化過程迅速。當酸性環境中,當PH<7.0時硝化作用速度減慢,PH<5.0時硝化作用速率顯著減慢,為此在反應初期COD去除過程及硝化反應過程PH降低較快過程中需要補充堿度維持硝化菌所需的PH的環境。本實驗補充堿度440 Kg(CaCO3)。

  4)投加碳源的消耗:為了達到較好的反硝化效果,本實驗中投加了甲醇178 kg。

  2.2 連續進水限製曝氣方式下

  小流量在曝氣時間段連續向SBR反應池中加入200 m3原汙水,好氧曝氣去除有機物並進行硝化反應,硝化完成後投加甲醇進行反硝化,跟蹤分析一個周期內水中殘餘NH3-N、NO2--N、NO3--N、PH、DO變化情況見圖2。

  圖2

  從圖2可以看出:

  1)在好氧條件下,連續進水3小時內氨氮濃度並未隨著進水量的增加而同等比例的增大,而是緩慢的增加,也並未發現NO3--N和NO2--N濃度大幅度增加現象,說明在這一階段既發生了好氧硝化,也發生了好氧反硝化(即同步硝化反硝化)。

  2)溶解氧濃度直接影響到SBR工藝的硝化反硝化程度,首先,溶解氧濃度應滿足碳有機物的氧化以及硝化反應的需要;其次,溶解氧濃度又不宜過高,以保證SBR工藝中的缺氧厭氧微環境的形成,同時使係統中碳有機物不至於降解過快而影響反硝化碳源。在實驗中溶解氧濃度控製在2 mg/L-4 mg/L時其同步硝化反硝化現象明顯。本實驗消耗甲醇明顯減少,僅為衝擊進水的41%。   3)在反應初期,微生物對有機物和含氮化合物的降解,引起水中的pH值下降速度較快,隨著氨氮經硝化作用轉化為亞硝酸鹽氮進入反硝化階段,由於反硝化不斷產生堿度,pH值下降過程變慢,然後快速上升。從而大大降低了堿度的消耗,本實驗補充堿度230 Kg(CaCO3)。

  2.3 二次等量連續進水限製曝氣方式下的結果

  第一次向SBR反應器內加入汙水進行曝氣去除有機物及氨氮,硝化完成後再加等量汙水作為後續反硝化所需的碳源,反硝化完成後再進行曝氣,使後加汙水中氨氮全部轉化為硝態氮,然後停氣啟動攪拌投加甲醇進行徹底反硝化,結果反應完成時間比一次進水縮短了10%,增加甲醇量為衝擊進水的23%。

  2.4 二次不等量連續進水限製曝氣方式下的結果

  進水與曝氣、停氣攪拌時間同2.3,不同的是兩次進水量不等。第一次與第二次進水量比為3:2,結果添加甲醇量僅為衝擊進水的12%。

  從上述實驗可以看出,原汙水中碳源充足的情況下,連續小流量進水比衝擊性進水消耗的碳源及堿度要少。在保證原汙水中有機物碳源充足的情況下進水次數越多,進水比例越大需投加的碳源(甲醇)越少,因此可以在測得廢水的碳氮比後通過調整進水次數及比例,從而充分利用汙水中原有碳源減少甚至取消外加碳源,運行成本大大降低。

  3 結論

  1)通過進水方式的改變跟蹤分析一個周期內水中殘餘COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N、PH、DO變化情況,得出不同進水方式的PH、DO的變化規律。

  2)小流量連續進水,控製DO2-3mg/l,可以實現短程硝化反硝化,大大節約碳源及堿度的消耗。

  3)在測得廢水的碳氮比後通過調整進水次數及比例,從而充分利用汙水中原有碳源減少甚至取消外加碳源,運行成本大大降低。

  參考文獻

  [1]高景峰,彭永臻,王淑瑩.SBR法去除有機物、硝化和反硝化過程中PH變化規律[J].環境工程,2001,19(5):21-24.

  [2]周利,李淩雲,楊慶,楊岸明,彭永臻.脈衝式SBR法深度脫氮工藝及其控製[J].工業水處理,2008,28(2)32-35.

  [3]高大文,彭永臻,鄭慶柱.SBR工藝中短程硝化反硝化的過程控製[J].中國給水排水,2002,18(11):13-17.

  作者簡介

  田楠(1970―),女,學士,高級工程師,河南台前人,畢業於河南師範大學化學係環保專業,研究方向:水處理的運行管理及控製。

  崔鳳霞(1971―),女,學士,高級工程師。

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