一般來說，對(duì)低C/N的生活污水，可以通過補(bǔ)充碳源去除TN，但若水質(zhì)是極為惡劣的工業(yè)廢水，通過增加碳源利用活性污泥法去除TN具有不確定性，這是因?yàn)橄趸?xì)菌較為敏感，在含有重金屬等毒性廢水中不易存活，大大增加了TN去除的難度。鑒于此，明確對(duì)低C/N的工業(yè)混合廢水的脫氮行為，具有重要意義。
某水廠采用CASS工藝，處理以鋼鐵加工為主的混合廢水，出水TN、NH4+-N不合格，水質(zhì)含有金屬離子Fe2+/Fe3+、Cu2+、Zn2+等，Cl-濃度較高(5000mg/L)，而BOD5和pH較低，對(duì)微生物，特別是硝化細(xì)菌有明顯的抑制作用，由于NH4+-N、TN直接生化方法不宜處理，故水廠采用物化-生化聯(lián)合工藝去除污染物質(zhì)。物化段采用調(diào)節(jié)-絮凝沉淀工藝，目的是調(diào)節(jié)pH、去除金屬離子及無機(jī)COD，出水進(jìn)入生化段(SBR工藝)，去除BOD5及TN，但是由于金屬離子的影響和碳源的缺乏常導(dǎo)致微生物難以培養(yǎng)，致生化段對(duì)TN無去除效果，出水常年不達(dá)標(biāo)。針對(duì)這些情況，本文以該水廠鋼鐵加工廢水為研究對(duì)象，進(jìn)行活性污泥生物脫氮，為工程優(yōu)化改造提供參考。
1、材料與方法
(1)試驗(yàn)水質(zhì)。
污水廠進(jìn)水經(jīng)過pH調(diào)節(jié)-絮凝-沉淀后用于試驗(yàn)，沉淀后金屬離子含量大幅度降低，TN及氯離子仍舊較高，試驗(yàn)采取連續(xù)流，模擬水廠生化段工藝。出水TN設(shè)計(jì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)水質(zhì)見表1。表1顯示，沉淀后COD在80～120mg/L，BOD5在10～20mg/L，TOC在10～20mg/L，COD可能為無機(jī)還原性物質(zhì)組成，TP<1，C∶N∶P不滿足微生物營(yíng)養(yǎng)需求，需要按照碳氮磷比例配制營(yíng)養(yǎng)液。另外，數(shù)據(jù)顯示Cl-在3000～6000mg/L，對(duì)微生物具有毒害作用。
(2)營(yíng)養(yǎng)液配制。
一般來說，生物脫氮需碳氮比>4才能滿足微生物營(yíng)養(yǎng)需要，也有研究認(rèn)為碳氮比>8才能滿足80%的總氮去除率，但實(shí)際中只能去除50%的總氮，表1顯示BOD5<20mg/L，TP><1， 且 C、N、P 營(yíng)養(yǎng)液比例不協(xié)調(diào)。 一般認(rèn) 為碳源中 20%用于反硝化， 而其余用于微生物自身代謝，營(yíng) 養(yǎng)液 C∶N∶P 比值一般為(100～200)∶5∶1，考慮到試驗(yàn)水質(zhì)惡 劣及碳源缺乏，適當(dāng)將比例調(diào)高到 150∶5∶1。 試驗(yàn)以磷酸二氫 鉀分析純作為磷源， 以分析純乙酸鈉作為碳源， 按照去除 20mg/L 硝態(tài)氨氮設(shè)計(jì)營(yíng)養(yǎng)液配比。 各種營(yíng)養(yǎng)液參數(shù)見表 2。
(3)接種及試驗(yàn)方式。
試驗(yàn)污泥取自當(dāng)?shù)厣钗鬯畯S，經(jīng) 培養(yǎng)馴化， 逐步加入試驗(yàn)水質(zhì)直到適應(yīng)水質(zhì)， 以進(jìn)出水 TN 作為考察對(duì)象， 首先放大試驗(yàn)參數(shù)使得 TN 具有去除能力， 再逐漸收縮參數(shù)， 尋找合適的臨界條件。 按照 SBR 方式運(yùn) 行：進(jìn)水-攪拌-曝氣-靜置-出水，試驗(yàn)條件見表 3，不同階段 參數(shù)調(diào)整見表 4。
2、結(jié)果與討論
(1)TN試驗(yàn)結(jié)果。將試驗(yàn)按照上表參數(shù)試驗(yàn)，參數(shù)調(diào)整總體思路是，首先保證各個(gè)參數(shù)大于水廠設(shè)計(jì)值，依次試探性調(diào)整污泥濃度、增加水量、降低營(yíng)養(yǎng)液投加及縮短反應(yīng)時(shí)間等進(jìn)行試驗(yàn)(注意每次只調(diào)整1個(gè)參數(shù))，各階段調(diào)整結(jié)果如圖所示1。
試驗(yàn)結(jié)果顯示，進(jìn)水TN為40mg/L左右時(shí)，第1、第2、第3階段，出水TN可以穩(wěn)定達(dá)到15mg/L以下，滿足一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；在第5、第6階段出水TN大體在20mg/L左右，一級(jí)B達(dá)標(biāo)不穩(wěn)定，可能是由于反應(yīng)時(shí)間縮短導(dǎo)致反應(yīng)不完全;在第4階段時(shí)，出水最大TN<20mg/L，可以達(dá)到一級(jí) B 標(biāo)準(zhǔn)，由于水溫較低，所以試驗(yàn)也確定了TN在較低溫度下的邊界條件。
(2)硝化反應(yīng)對(duì)TN去除的影響。TN去除分為亞硝化菌將NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO2+-N的亞硝化反應(yīng)，硝化菌將NO2+-N轉(zhuǎn)變?yōu)镹O3+-N的硝化反應(yīng)及NO3+-N轉(zhuǎn)化N2的反硝化作用，一般說來，試驗(yàn)水質(zhì)中碳源不足，反硝化利用碳源，是制約TN的關(guān)鍵因素，但就菌種來說，亞硝化菌更敏感一些，為此，需要首先明確進(jìn)出水TN、NH4+-N、NO3+-N等各種形態(tài)氮數(shù)據(jù)，如表5。
表5顯示，各階段進(jìn)水NO3+-N與NH4+-N之和約為TN的1/2，說明剩余1/2為有機(jī)氮，有機(jī)氮在好氧及厭氧條件下都可轉(zhuǎn)化為氨氮，造成氨氮負(fù)荷增加。數(shù)據(jù)顯示NO3+-N幾乎去除完全，說明反硝化作用較好，出水氨氮變化較大，試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示氨氮去除較好的情況下，TN去除也較好，這與理論較吻合，如圖2所示，說明TN去除的關(guān)鍵為有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化及氨氮的去除。
(3)污泥中金屬離子對(duì)TN去除的影響。經(jīng)過預(yù)處理后，試驗(yàn)水質(zhì)中含有金屬離子，含量較低，第6階段后繼續(xù)進(jìn)水試驗(yàn)，測(cè)試MLVSS的值，直到MLVSS有所減少時(shí)，將污泥中Cu2+、Zn2+進(jìn)行檢測(cè)，如表6。
由于污泥對(duì)金屬離子吸附-富集作用，使得污泥中含有較高的金屬離子，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)污泥中Cu2+為15.31mg/L，有研究顯示Cu2+>5mg/L或者Zn2+>30mg/L不僅對(duì)硝化反應(yīng)有抑制作用，而且可以使揮發(fā)性污泥濃度(MLVSS)有不同程度的減少，試驗(yàn)過程也對(duì)不同階段MLVSS的進(jìn)行檢測(cè)，如圖3，結(jié)果顯示，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，雖然MLSS未有變化，但MLVSS呈階梯減少，所以微生物的數(shù)量逐漸減少，也可能是TN不達(dá)標(biāo)的影響因素之一。
3、結(jié)論
(1)首先通過活性污泥法TN去除試驗(yàn)確定了污水可以通過投加營(yíng)養(yǎng)液物質(zhì)等條件加以去除;通過單因素參數(shù)調(diào)整方法，確定了達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)TN去除的最佳條件為第4階段即：碳源投加量為769.23mg/L，磷源投加量17.6mg/L，厭氧停留時(shí)間為3h，曝氣停留時(shí)間為3h。
(2)通過對(duì)氮形態(tài)的測(cè)試認(rèn)為有機(jī)氮含量較高，進(jìn)而影響硝化負(fù)荷，建議在改造設(shè)計(jì)生化池時(shí)，需要注意硝化負(fù)荷的變化對(duì)池容的影響。
(3)通過測(cè)試污泥中金屬離子Zn2+及Cu2+及不同階段MLVSS的，認(rèn)為金屬離子特別是Cu2+對(duì)微生物及硝化反應(yīng)有影響，水廠運(yùn)行也發(fā)現(xiàn)污泥減少問題，建議TN去除時(shí)，由于金屬的影響，除投加營(yíng)養(yǎng)液外，還要定期更換污泥。( >
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