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前置反硝化生物滤池处理化工企业生化尾水

发布时间:2020-11-11 8:28:43  来源:  作者:

      北极星水处理网讯:化工企业废水具有有机物污染浓度高、毒害性强、难以生物降解及色度高等特点,是一类难处理的废水。常规的处理方法是组合使用物化和生化技术,但生化处理后的尾水水质复杂、可生化性低,含有稳定的难降解的有毒污染物。因此采用有效的深度处理工艺尤为重要。

某化工企业主要生产杀菌剂、除草剂、中间体等农化品,产生的废水氮含量较高,经厂区污水厂现有预处理—生化工艺处理后,仍未达到当地GB 31571—2015的直接排放标准要求,生化出水COD较低,但硝态氮浓度较高。

污水脱氮方法主要有物理化学法与生物脱氮法。生物法能耗较低、化学试剂投入较少,在污水处理中特别是大、中型污水处理厂广泛应用。曝气生物滤池集生物氧化和截留悬浮固体于一体,同时填充载体材料对水流可起到强制紊流的作用,强化微生物和污染物的富集与传质,实现污水污染物的高效去除。

前置反硝化生物滤池结合了A/O工艺和曝气生物滤池工艺的特点,具有良好的脱氮效果,被广泛用于尾水的深度处理中。该工艺不但出水稳定、投加碳源量少、节约药剂成本,同时流程相对简单,省去中间沉淀池,节约建筑成本。

很多研究者对前置反硝化生物滤池脱氮效率的影响因素进行分析。研究表明硝化液回流比、碳氮比及水力负荷直接影响系统的脱氮效果。

笔者针对某化工企业生化尾水硝态氮浓度高、COD低的特点,提出采用前置反硝化生物滤池工艺,两端滤池均用聚氨酯为填料,探讨停留时间、回流比及碳氮比等参数对该生化出水脱氮效果的影响,并进行小试调试,为实际工程应用提供参考。

1 实验部分

1.1 实验装置

实验装置由2个滤池串联而成,前端为缺氧生物滤池,后端为好氧生物滤池,水流方向均为升流。污水由缺氧生物滤池底部进入,从上端溢流堰自流至好氧生物滤池底部,随后从好氧生物滤池顶部溢流堰排出,出水部分回流至缺氧池。缺氧池和好氧池柱体高45 cm,直径10 cm,柱体采用有机玻璃制成,容积均为3.5 L,两滤池均填充聚氨酯轻质填料。缺氧池溶解氧控制在0.5 mg/L以下,好氧池隔板处设有1个曝气口,通过气体流量计控制池内溶解氧为2~4 mg/L。前置反硝化生物滤池实验装置如图 1所示。

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1.2 实验用水

模拟配水:用自来水进行配水,氨氮由氯化铵配制,硝酸盐氮由硝酸钠配制,COD由甲醇配制,加入少量稀盐酸或碳酸钠溶液调节配水pH至7~8。

实际废水:取自安徽某化工企业污水站生化出水,污水站生化段原有工艺为厌氧—兼氧—好氧,原有废水处理工艺启动后污水站出水水质为COD≤80 mg/L、TN 110~160 mg/L,其中硝酸盐氮占比在90%以上,pH为6.5~7.0。可以看出该污水TN超标较严重(排放标准≤15 mg/L)。由于前置反硝化脱氮过程中碳源明显不足,因此实验过程投加少量甲醇作为外加碳源,并加入少量碳酸钠调节废水pH至7~8。

1.3 实验方案

实验分为3个阶段。第1阶段以模拟配水为实验用水,进行装置挂膜启动。

好氧生物滤池启动:首先向反应器内加入500 mL活性污泥,进水水质COD为80 mg/L,NH3-N为30 mg/L,控制DO为2~4 mg/L,HRT为12 h,出水COD去除率稳定在70%,氨氮去除率稳定在90%以上,说明好氧生物滤池挂膜成功。

缺氧生物滤池启动:首先向反应器内加入500 mL活性污泥,进水COD为400 mg/L,NO3--N为100 mg/L,控制DO<0.5 mg/L,pH在7~8,HRT为12 h,出水COD去除率稳定在90%以上,TN去除率稳定在80%以上,说明缺氧生物滤池挂膜成功。

好氧生物滤池和缺氧生物滤池均挂膜成功后,组装前置反硝化生物滤池反应器(见图 1),控制硝化液回流比为1:1,HRT为12 h,定期监测进出水水质,水质稳定后则认为前置反硝化生物滤池启动成功。

第2阶段以实际废水为实验用水,考察运行参数对前置反硝化生物滤池工艺处理性能的影响。分别进行不同水力停留时间、硝化液回流比、碳氮比实验。每次调节运行参数后运行3~5 d,稳定后开始采样测试,连续采样15 d,结束后进行下一参数实验。

第3阶段,实际废水于前置反硝化生物滤池系统中,在最佳运行参数条件下小试运行。

1.4 分析方法

DO采用hqd-ldo型溶解氧测定仪(美国哈希公司)测定;pH采用pHS-3C pH计(雷磁公司)测定;COD采用HJ 828—2017《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》测定;NO3--N采用HJ/T 346—2007《水质硝酸盐氮的测定紫外分光光度法》测定;NH4+-N采用HJ 535—2009《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》测定;TN采用HJ 636—2012《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》测定。

2 结果与讨论

考察运行参数对前置反硝化生物滤池工艺处理性能的影响时,实验用水为某化工厂生化尾水,缺少足够的营养源,因此根据水样COD和TN,按一定比例投加甲醇补充碳源(1 g甲醇=1.5 g COD),并加入少量碳酸钠调节废水pH至7~8,配制好后进行实验。

2.1 水力停留时间(HRT)

水力停留时间是生物滤池的重要工艺参数,直接影响污水在滤池内与生物膜的反应接触时间,进而决定对污水的处理效果。投加甲醇控制m(COD):m(TN)=4,控制回流比为100%,调节HRT依次为8、6、5 h,每次调节参数后运行3~5 d,稳定后开始采样测试,连续采样15 d,考察HRT对前置反硝化生物滤池处理生化尾水脱氮效果的影响,结果见图 2。

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由图 2可见,随着HRT的减小,COD去除率总体呈下降趋势,但仍能保持在85%以上,TN去除率总体也呈下降趋势,HRT为8 h和6 h时去除率相差不大,均在90%左右,但HRT缩短至5 h时TN去除率下降明显,为78.9%。

TN主要通过缺氧池的反硝化作用去除,水力停留时间缩短后,有机物尚未被完全降解便被水流带走,使得异养反硝化菌对碳源的利用率不足,TN去除效果降低。综合考虑土建成本及处理效果,HRT设为6 h较佳。

2.2 回流比

投加甲醇控制m(COD):m(TN)=4,控制HRT为6 h,调节回流比依次为50%、100%、200%,考察回流比对前置反硝化生物滤池脱氮效果的影响,结果见图 3。

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由图 3可以看出,随着回流比从1:2提高至2:1,系统对COD的去除率先增大后减小,其中回流比为100%时系统对COD的去除率可达到88.5%;系统对硝酸盐氮及TN的去除效果也表现为先增加后减小,其中回流比为100%时,TN去除率达到89.5%。

上述结果表明,适当的硝化液回流比对COD及TN的去除有利,马秋莹等和李汝琪等的研究也得到相似结论。回流比从50%提高至100%,稀释了缺氧反硝化生物滤池的进水浓度,同时进入反硝化池的硝酸盐和亚硝酸盐增加,促使反硝化菌利用更多的有机物进行脱氮,COD和TN去除率均得以提高;但当回流比提高至200%时,一方面产生较大的水力负荷,缩短了污水在系统中的停留时间,加大滤层的过流速度和水力剪切,使生物膜容易脱落而被水流带出,另一方面导致回流液携带至缺氧反硝化生物滤池的DO增加,进而使反硝化反应受到抑制,因此COD和TN去除效果均下降。在前置反硝化生物滤池运行中,选择回流比为100%较佳。

2.3 碳氮比

控制HRT为6 h,回流比为100%,通过投加甲醇补充碳源,调节碳氮比分别为3、4、5,考察碳氮比对前置反硝化生物滤池脱氮效果的影响,结果见图 4。

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由图 4可以看出,碳氮比由3提高至5,COD、NO3--N及TN的去除率总体呈上升趋势;碳氮比从3升至4,去除率提高较为明显,碳氮比从4提高至5时,去除率提高趋势趋于平缓。

当进水有机物浓度较低时,对于反硝化生物滤池,碳源会成为限制因素,COD和TN去除效果较差。而逐步提高碳氮比会有效提升去除效果。但碳氮比过高时进水中的有机物浓度高,即使COD去除效果好,出水COD也会相应提高,且增加药剂成本。综合考虑污水处理效果及运行成本,选用碳氮比为4较佳。

2.4 实际废水运行效果

该化工厂生化尾水pH为6.5~7,COD约为50 mg/L,NO3--N约为100 mg/L,TN约为110 mg/L。将前置反硝化生物滤池装置HRT设为6 h,回流比100%,同时根据废水COD及TN投加甲醇,控制碳氮比为4,补加少许碳酸钠控制pH为7~8,运行30 d,具体运行效果见图 5。

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从运行效果来看,前置反硝化生物滤池的运行效果稳定,COD去除率在85%~92%,TN去除率在87%~93%,出水COD稳定在80 mg/L以下,TN可稳定在15 mg/L以下,达到当地排放标准要求。

3 结论

(1)研究了前置反硝化生物滤池的停留时间、回流比及碳氮比等参数对某化工企业生化尾水脱氮效果的影响。随着HRT从8 h缩短至5 h,COD及TN去除率总体呈下降趋势;适当增加硝化液回流比有利于提高系统脱氮效率,随着回流比由50%提高至200%,系统对COD及TN的去除率表现为先增大后减小;随着碳氮比由3提高至5,COD、NO3--N及TN去除率总体呈上升趋势。

(2)综合考虑污水处理效果、投资及运行成本,设置HRT为6 h,回流比为100%,同时根据废水COD及TN情况投加甲醇,控制碳氮比为4,补加少许碳酸钠控制pH7~8,运行30 d。从运行效果来看,采用前置反硝化生物滤池处理某化工厂生化尾水,取得良好的脱氮效果,出水COD可稳定在80 mg/L以下,TN可稳定在15 mg/L以下,已达到当地排放标准要求。

原标题:工业水处理|前置反硝化生物滤池处理化工企业生化尾水