SBR工藝處理高COD、高氨氮煤化工工業(yè)廢水的研究

來(lái)源：http://www.thesierramadre.com/ 作者：余氯檢測儀 時(shí)間：2019-07-24

　　摘要 在采用SBR工藝處理煤化工工業(yè)廢水時(shí)，通過(guò)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(guò)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(guān)鍵詞 SBR;煤化工工藝廢水;堿度;碳源

　　SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)是序批間歇式活性污泥法污水處理工藝的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種按照時(shí)間順序改變活性污泥生長(cháng)環(huán)境的污水處理技術(shù)，又稱(chēng)序批式活性污泥法，是一種比較成熟的污水處理工藝。它的主要特征是在時(shí)間上的有序和空間上的無(wú)序，各階段的運行工況可以根據具體的污水性質(zhì)和出水功能要求等靈活變化。SBR工藝一個(gè)運行周期中進(jìn)水、反應、沉淀、出水和閑置5個(gè)基本工序都在一個(gè)設有曝氣或攪拌的反應器內依次完成的。進(jìn)水時(shí)間、曝氣方式、攪拌時(shí)間可以根據具體的進(jìn)水水質(zhì)、污泥狀況靈活改變。

　　筆者通過(guò)試驗研究了在一個(gè)運行周期內分別采用不同的進(jìn)水方式下PH、COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N、DO的變化規律，通過(guò)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(lái)源與水質(zhì)

　　某煤化工工業(yè)，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(yè)和居民使用。在煤氣洗滌過(guò)程中產(chǎn)生大量污水。污水水質(zhì)見(jiàn)表1：

　　1.2 試驗裝置

　　試驗裝置由一組四個(gè)尺寸相同的SBR反應器組成，反應器為長(cháng)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(fēng)機曝氣，離心泵進(jìn)水，潷水器出水，進(jìn)水由電磁流量計計量，整個(gè)系統由一套PLC自動(dòng)程序控制裝置操作運行。每一工作階段，如進(jìn)水、缺氧攪拌、曝氣、沉淀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(jìn)水和出水水樣的分析項目及分析方法見(jiàn)表2。

　　2 試驗結果與討論

　　2.1 沖擊性進(jìn)水非限制性曝氣方式

　　一次性快速向SBR反應池中加入200 m3原污水，好氧曝氣去除有機物并進(jìn)行硝化反應，硝化完成后投加甲醇進(jìn)行反硝化，跟蹤分析一個(gè)周期內水中殘余COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N、PH、DO變化情況見(jiàn)圖1。

　　圖1

　　由圖1可以看出：

　　1)Do的變化規律：在進(jìn)水階段，因去除有機物的反應，異養菌的耗氧速率大于供氧速率，因此DO呈下降趨勢。當COD接近其難去除濃度時(shí)，異養菌的耗氧速率迅速降低，供氧遠遠大于異養菌的耗氧速率，因此DO急劇上升，隨著(zhù)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，系統內的硝化菌開(kāi)始大量的進(jìn)行新陳代謝。在氨氮去除的過(guò)程中，雖然自養菌的耗氧速率較大，由于曝氣量比較充分，因此硝化反應過(guò)程中DO不斷上升，到硝化反應后期，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(guò)程中，異養菌對有機底物進(jìn)行分解代謝產(chǎn)生大量CO2，CO2溶解在水中導致PH下降，及硝化反應過(guò)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(huì )迅速上升，這是由于反硝化菌進(jìn)行反硝化過(guò)程中產(chǎn)生部分堿度。反應式如下：

　　有機物去除過(guò)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：由于PH對硝化細菌影響較大，在PH中性或微堿性環(huán)境下其生物活性最強，硝化過(guò)程迅速。當酸性環(huán)境中，當PH<7.0時(shí)硝化作用速度減慢，PH<5.0時(shí)硝化作用速率顯著(zhù)減慢，為此在反應初期COD去除過(guò)程及硝化反應過(guò)程PH降低較快過(guò)程中需要補充堿度維持硝化菌所需的PH的環(huán)境。本實(shí)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(shí)驗中投加了甲醇178 kg。

　　2.2 連續進(jìn)水限制曝氣方式下

　　小流量在曝氣時(shí)間段連續向SBR反應池中加入200 m3原污水，好氧曝氣去除有機物并進(jìn)行硝化反應，硝化完成后投加甲醇進(jìn)行反硝化，跟蹤分析一個(gè)周期內水中殘余NH3-N、NO2--N、NO3--N、PH、DO變化情況見(jiàn)圖2。

　　圖2

　　從圖2可以看出：

　　1)在好氧條件下，連續進(jìn)水3小時(shí)內氨氮濃度并未隨著(zhù)進(jìn)水量的增加而同等比例的增大，而是緩慢的增加，也并未發(fā)現NO3--N和NO2--N濃度大幅度增加現象，說(shuō)明在這一階段既發(fā)生了好氧硝化，也發(fā)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(mǎn)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(guò)高，以保證SBR工藝中的缺氧厭氧微環(huán)境的形成，同時(shí)使系統中碳有機物不至于降解過(guò)快而影響反硝化碳源。在實(shí)驗中溶解氧濃度控制在2 mg/L-4 mg/L時(shí)其同步硝化反硝化現象明顯。本實(shí)驗消耗甲醇明顯減少，僅為沖擊進(jìn)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(zhù)氨氮經(jīng)硝化作用轉化為亞硝酸鹽氮進(jìn)入反硝化階段，由于反硝化不斷產(chǎn)生堿度，pH值下降過(guò)程變慢，然后快速上升。從而大大降低了堿度的消耗，本實(shí)驗補充堿度230 Kg(CaCO3)。

　　2.3 二次等量連續進(jìn)水限制曝氣方式下的結果

　　第一次向SBR反應器內加入污水進(jìn)行曝氣去除有機物及氨氮，硝化完成后再加等量污水作為后續反硝化所需的碳源，反硝化完成后再進(jìn)行曝氣，使后加污水中氨氮全部轉化為硝態(tài)氮，然后停氣啟動(dòng)攪拌投加甲醇進(jìn)行徹底反硝化，結果反應完成時(shí)間比一次進(jìn)水縮短了10%，增加甲醇量為沖擊進(jìn)水的23%。

　　2.4 二次不等量連續進(jìn)水限制曝氣方式下的結果

　　進(jìn)水與曝氣、停氣攪拌時(shí)間同2.3，不同的是兩次進(jìn)水量不等。第一次與第二次進(jìn)水量比為3：2，結果添加甲醇量?jì)H為沖擊進(jìn)水的12%。

　　從上述實(shí)驗可以看出，原污水中碳源充足的情況下，連續小流量進(jìn)水比沖擊性進(jìn)水消耗的碳源及堿度要少。在保證原污水中有機物碳源充足的情況下進(jìn)水次數越多，進(jìn)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后通過(guò)調整進(jìn)水次數及比例，從而充分利用污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(guò)進(jìn)水方式的改變跟蹤分析一個(gè)周期內水中殘余COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N、PH、DO變化情況，得出不同進(jìn)水方式的PH、DO的變化規律。

　　2)小流量連續進(jìn)水，控制DO2-3mg/l，可以實(shí)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后通過(guò)調整進(jìn)水次數及比例，從而充分利用污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(guò)程中PH變化規律[J].環(huán)境工程，2001，19(5)：21-24.

　　[2]周利，李凌云，楊慶，楊岸明，彭永臻.脈沖式SBR法深度脫氮工藝及其控制[J].工業(yè)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(guò)程控制[J].中國給水排水，2002，18(11)：13-17.

　　作者簡(jiǎn)介

　　田楠(1970―)，女，學(xué)士，高級工程師，河南臺前人，畢業(yè)于河南師范大學(xué)化學(xué)系環(huán)保專(zhuān)業(yè)，研究方向：水處理的運行管理及控制。

　　崔鳳霞(1971―)，女，學(xué)士，高級工程師。

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