反硝化除磷工艺研究

第26卷第2期食品与生物技术学报VoL 26 No. 12007年3月Journal of Food Science and biotechnologyMar.2007文章编号:1673-1689(2007)02-0071-05反硝化除磷工艺研究邹华,阮文权,陈坚(江南大学工业生物技术教育部重点实验室,江苏无锡214122)摘要:研究了反硝化除磷工艺的运行效果。结果表明,此反硝化除磷工艺可以较好地进行除磷脱氮,但是磷的去除对进水氮的浓度有一定的要求。在进水COD400mg/L,总磷15mg/L,氨氪84mg/L的条件下COD的降低率可达96%以上,氪的去除率稳定在86%~88%,磷的去除率为92%~95%。进水氨氦质量浓度为60mg/L时,磷的去除率为78%,在进水氨氮质量浓度降为44mg/L时磷的去除率降为68%。反硝化除磷比以氧为电子受体的生物除磷可减少耗氧55.5%,剩余污泥的产生量可减少53%,温室气体CO2的产生量可减少体积分数21.4%。关键词:废水处理;强化生物除磷(EBPR);反硝化除磷;除磷脱氮中图分类号:X703文献标识码:AStudy of Denitrifying Dephosphatation ProcessZOU Hua, RUAN Wen-quan, CHEN Jian(Key Laboratory of Industrial Biotechnology, Ministry of Education, Southen Yangtze University, Wuxi 214122, China)Abstract: a denitrifying dephosphatation process was operated in this study. The resultshowed that the denitrifying dephosphatation process could remove phosphorus and nitrogensuccessfully at an adequate concentration of nitrogen in inflow. Above 96% Cod was removedwhen the inflow COD, total phosphorus(TP) and ammonia nitrogen(NH3-N) were 400 mg/86%-88% nitrogen and 92%-95% phremoved simultaneously. But when the inflow NH3-N was 60 mg/L,78% phosphorus wasremoved, once the inflow NH3-N dropped to 44 mg/L, only 68% phosphorus was removed inhe system. In the system used nitrate as electron acceptor, the oxygen consumption was 555% less than the system that oxygen was used as electron acceptor. The sludge and COproduction was 53% and 21. 4% less, respectively.Kwater treatment; Enhanced Biological Phosphorus Removal EBPR )denitrifying dephosphatation; phosphorus and nitrogen removal研究废水除磷技术,控制磷的排放,保护水体聚羟基烷酸(PHA)的形式储存,同时释放磷酸不受富营养化的影响是一个亟待解决的问题。目盐。在随后存在电子受体(如:氧)的条件下能吸前一个使用很广的处理方法是强化生物除磷收比所释放的更多的磷合成聚磷酸盐颗粒并储存(EBPR),其利用聚磷菌在“压抑”(如:厌氧)条件下于胞Ha中国煤化工到从废水中除磷的能利用分解体内聚磷酸盐产生的能量将碳源合成目的项高效低能耗的废CNMHG收稿日期:2006-04-1作者简介:邹华(1972-),男,江苏无锡人,工学博土,主要从事废水生物技术处理方面的研究.Email:;ohua@sytu.edu.cn食品与生物技术学报第26卷水处理技术,它在有效去除废水中有机污染物的同磷工艺流程的运行效果进行了一些初步研究,并从时起到除磷效果,受到人们的普遍重视理论上对反硝化除磷工艺和厌氧/好氧除磷工艺的强化生物除磷的大量研究结果都证实,硝酸盐耗氧量污泥产生量及CO2产生量进行了比较。也可以被聚磷菌用作为最终电子受体进行生物除磷2-3],即反硝化除磷。由于反硝化除磷不需要氧,1实验装置和方法并能做到“一碳两用”降低除磷脱氮对碳源的需求1.1实验装置及流程量。因此,对于解决目前废水处理中除磷脱氮碳实验所用系统由厌氧池、1沉淀池好氧池、22源(COD)不足的问题,以及降低曝气及运行费用都沉淀池缺氧池和3·沉淀池组成,如图1所示。其有很重要的意义,而且其还可减少污泥和温室气体中,厌氧区有效容积为365L,好氧区及缺氧区为5.12CO2的产生-6)。L,沉淀池都为21L。进水体积流量1.4L/h,厌氧区作者对根据反硝化除磷原理组合的反硝化除水力停留时间2.5h,好氧区及缺氧区的为4h图1实验装置示意图Fig. 1 The experimental system sketch map1.2实验用水及接种污泥12.I实验用水实验用水为人工合成废水,废2结果与讨论水成分同文献[1-3]:COD400mg/L;POP152,1反硝化除磷工艺的运行mg/L;pH7.0;氨氮浓度因需要而改变。启动阶段流程在厌氧池后有个沉淀池12.2接种污泥接种污泥为经驯化有高效除磷污泥和废水经过厌氧阶段后进入沉淀池。沉淀后效果的污泥。接种后系统中MLSS为4.0mg/L。清液进入好氧池进行硝化,沉淀污泥进入缺氧池进1.3实验装置的运行控制行反硝化除磷。这样好氧池中只进行好氧硝化作反硝化除磷工艺流程共运行近半年的时间用,其所需的曝气量只需满足硝化的要求即可,所(163d)。期间分为2个阶段:有磷的去除都是在缺氧条件下去除的。此流程可第1阶段(启动阶段)78d:启动运行了反硝化进一步减少除磷脱氮对曝气和碳源的要求。流程工艺。平均进水COD400mg/L,总磷15mg/L,氨中硝化污泥和除磷污泥分开为两个独立的污泥循氮84mg/I环流,可分别进行控制泥龄、MLSS等,以满足硝化第2阶段(运行阶段)85d:运行了反硝化工和除磷的不同需要艺。进水COD和总磷浓度不变,改变进水氨氮质反硝化除磷系统的启动运行获得了较好的除量浓度为60mg/L,44mg/L,90mg/l,84mg/L磷脱氮效果。图2、3和4是运行结果图。COD、总运行中控制污泥龄10磷、总氮在经过60d的启动运行后都获得了稳定1.4分析项目及测试方法的、很好的去除。COD的降低率随着时间的推移逐COD:采用5B-1型COD快速测定仪测定;渐提高,最终稳定在96%以上。总磷的去除率从NO21N:酚二磺酸光度法;TP:采用钼锑抗分光光51%提%~95%。总氮的去除率从53%逐度法测定;NH4+N:纳氏试剂光度法;渐中国煤化工38%。可见,经过MLVSS:采用重量法测定;MLSS:采用重量法测dCNMHG的去除COD和氮定;sV:30min沉降法;SvI:采用标准方法测定磷,去除率都超过或接近90%SV3o第73100400:A心80迟营餐,营鑫,去除率去除率85152229364350576471781815222936435057647178时间/d时间/d图2COD的去除情况图4总氮的去除情况Fig. 2 The removal of CODFig 4 The removal of nitrogen100直有很好的降低效果,稳定在96%~98%,氮的去N名除率也较为稳定,在83%~89%之间稍有波动。磷的去除情况由于进水氨氮质量浓度的不同有较大的波动。在进水氨氮质量浓度降为60mg/L时,磷总磷去除率的去除率降为45%,后逐渐提高至78%;在进水氨2氮质量浓度降为44mg/L时,磷的去除率降为181522293643505764717830%后逐渐提高至68%;当氨氮质量浓度变为90时间dmg/L时,磷的去除率为80%,后逐渐提高至94%。图3总磷的去除情况可见反硝化除磷系统能够有效地去除废水中的Fig 3 The removal of total phosphateCOD和氮磷。磷的去除与进水中氮的含量有关,进2.12运行阶段图5~7和表1为反硝化除磷工水含有足够的氮才能够保证反硝化除磷所需的电子艺在进水氨氮平均质量浓度分别是60mg/L,44受体(NO3-)的量。因此反硝化除磷工艺适用于原水mg/L,90mg/L,84mg/L的条件下的运行结果。含氮量较高的废水,对于原水含氮量较少的废水需在由图可知在所有进水氨氮质量浓度条件下,COD一处理中适当地添加氮,才能很好地运行此工艺40帅的校脚红2w城峭出:10250去除率115时间d图5COD的降低情况Fig. 5 The removal of COD86420营套,420去除率中国煤化时间dCNMHG图6总磷的去除情况Fig. 6 The removal of total74食品与生物技术学报第26卷营套103115151图7总氮的去除情况Fig. 7 The removal of nitrogen表1反硝化除磷工艺的运行结果2.2反硝化除磷工艺与厌氧/好氧除磷工艺的比Tab. I COD, phosphorus, nitrogen, MLSS concentration *sand sVI in different part of denitrifying dephos-根据 Smolders的生物除磷过程好氧代谢的化phatation system学量模型,每去除0.04mol磷需消耗0.55molO2,日期(mgL)进水厌氧池好氧池(区的化率/%缺氧池去除同时产生0.34mol生物量,消耗0.59moCO而根据Kuba的生物除磷过程缺氧代谢的化学量模38535.68型,在利用硝酸盐为最终电子受体的反硝化除磷过TP14.267.565.33.5175.4程中,每去除0.04mol磷需消耗硝酸盐0.58mol,氨氮质量不需要消耗氧,同时产生0.16mol生物量,消耗浓度60.656.800. 75 mol CO, [91硝基氮质量浓度2.2.1耗氧量的比较MLSS/3.653.433.78(1)除磷耗氧量:好氧代谢每去除1mg磷需耗Ⅵ/7258.574.6氧14.20mg,而缺氧代谢每去除1mg磷只需消耗天COD39739.817.51596,硝酸盐6.55mg,不需要消耗氧TP14.282.673.64.667.6(2)硝化耗氧量:好氧条件下的生物硝化过程氨氮质量浓度44.945.805.1288.6分两步进行:首先是亚硝酸盐细菌将氨氮转化为NO2,然后由硝酸盐细菌将NO2进一步氧化为硝基氮质量浓度0043.6NO3。反应式如下:4,02硝酸细菌/44.265.345.655NH4+76O2+109HCOCH,O2N+97.854NO2+57H2O+104H2CO3天400NO7+NH++4H2CO3+HCO3+1950TP13.589.386.90.894.1硝酸细菌CsH,O2N+3H20+400NO(2)质量浓度9883.50式(1)与式(2)合并得下式硝基氮质量浓度2.3079.6NH++1.8602+1.98HCO2硝化细菌(0.0181+MLSS/3.984.453.9850.66.750.80.0025)CHO2N+1.04H2O+0.98NO+第1.88H2CO40036.58.397.9由式(1),氧化1mgNH4+N为NO2-N,需TP14.289.888.293.0要3.16mgO2。由式(2),氧化1mgNO2N为氨氮质量浓度84.480.2010.387.8NO中国煤化工硝化反应转化1mg硝基氮质量浓度007.9NHMLSS/4.013.97∴NMHG27mg(不考虑硝化/56.865.756.6由此,在不考虑硝化过程中硝化细菌的增殖情况下为400mg/L,氨氮质量浓度第2期g/L,总磷15mg/L的废水除磷脱氮的理论耗氧:体的工艺每去除0.04mo磷消耗0.75 mol CO2,以氧为电子受体时,硝化需要耗氧170.8mg,除磷即每去除lg磷消耗CO226.6g。每去除1g磷反需要耗氧213mg,共需耗氧383.8mg;以硝酸盐为硝化除磷可多消耗CO25.7g,减少CO221.4%。电子受体时,硝化耗氧170.8mg。每去除15mg磷反硝化除磷可减少耗氧213mg,即每去除1g磷耗3结论氧降低了55.5%反硝化除磷可以较好地进行除磷脱氮,但是磷222污泥产生量的比較污泥的分子式可表示的去除对进水氮的浓度有一定的要求。在进水为CH209O.s4Na.2oPa.o5,摩尔质量为26g/mol。以COD400mg/L,总髒15mg/L,氨氮84mg/L的条氧为电子受体的除磷工艺每去除0.04mol磷产生件下COD的降低率可达96%以上,氮的去除率稳0.34mol生物量,则每去除1g磷产生剩余污泥定在86%~88%,磷的去除率为92%~95%。进水7.13g;以硝酸盐为电子受体的工艺每去除004氨氮质量浓度为60mg/L时,磷的去除率为78%;mol磷产生0.16mol生物量,则每去除1g磷产生在进水氨氮质量浓度降为44mg/L时,磷的去除率剩余污泥335g。每去除1g磷反硝化除磷可少产降为68%生污泥3.78g减少了53%。经理论计算,反硝化除磷比以氧为电子受体的22.3CO2产生量的比较以氧为电子受体的除生物除磷可减少耗氧55%,剩余污泥的产生量可磷工艺每去除0.04mol磷消耗0.59 mol CC2,即减少53%,产生的温室气体CO2可减少21.4%。每去除lg磷消耗CO220.9g;以硝酸盐为电子受参考文献:[1]阮文权,邹华,陈坚.乙酸钠为碳源时进水COD和总磷对生物除磷的影响[].环境科学,2002,23(3):49-52.RUAN Wen-quan, ZoU Hua, CHEN Jian. 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