钢铁加工废水活性污泥TN去除技术

钢铁加工废水活性污泥TN去除技术

2021-10-16 11:46:14 0

  一般来说,对低C/N的生活污水,可以通过补充碳源去除TN,但若水质是极为恶劣的工业废水,通过增加碳源利用活性污泥法去除TN具有不确定性,这是因为硝化细菌较为敏感,在含有重金属等毒性废水中不易存活,大大增加了TN去除的难度。鉴于此,明确对低C/N的工业混合废水的脱氮行为,具有重要意义。

  某水厂采用CASS工艺,处理以钢铁加工为主的混合废水,出水TN、NH4+-N不合格,水质含有金属离子Fe2+/Fe3+、Cu2+、Zn2+等,Cl-浓度较高(5000mg/L),而BOD5和pH较低,对微生物,特别是硝化细菌有明显的抑制作用,由于NH4+-N、TN直接生化方法不宜处理,故水厂采用物化-生化联合工艺去除污染物质。物化段采用调节-絮凝沉淀工艺,目的是调节pH、去除金属离子及无机COD,出水进入生化段(SBR工艺),去除BOD5及TN,但是由于金属离子的影响和碳源的缺乏常导致微生物难以培养,致生化段对TN无去除效果,出水常年不达标。针对这些情况,本文以该水厂钢铁加工废水为研究对象,进行活性污泥生物脱氮,为工程优化改造提供参考。

  1、材料与方法

  (1)试验水质。

  污水厂进水经过pH调节-絮凝-沉淀后用于试验,沉淀后金属离子含量大幅度降低,TN及氯离子仍旧较高,试验采取连续流,模拟水厂生化段工艺。出水TN设计为《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级B标准。试验水质见表1。表1显示,沉淀后COD在80~120mg/L,BOD5在10~20mg/L,TOC在10~20mg/L,COD可能为无机还原性物质组成,TP<1,C∶N∶P不满足微生物营养需求,需要按照碳氮磷比例配制营养液。另外,数据显示Cl-在3000~6000mg/L,对微生物具有毒害作用。

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  (2)营养液配制。

  一般来说,生物脱氮需碳氮比>4才能满足微生物营养需要,也有研究认为碳氮比>8才能满足80%的总氮去除率,但实际中只能去除50%的总氮,表1显示BOD5<20mg/L,TP><1, 且 C、N、P 营养液比例不协调。 一般认 为碳源中 20%用于反硝化, 而其余用于微生物自身代谢,营 养液 C∶N∶P 比值一般为(100~200)∶5∶1,考虑到试验水质恶 劣及碳源缺乏,适当将比例调高到 150∶5∶1。 试验以磷酸二氢 钾分析纯作为磷源, 以分析纯乙酸钠作为碳源, 按照去除 20mg/L 硝态氨氮设计营养液配比。 各种营养液参数见表 2。

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   (3)接种及试验方式。

   试验污泥取自当地生活污水厂,经 培养驯化, 逐步加入试验水质直到适应水质, 以进出水 TN 作为考察对象, 首先放大试验参数使得 TN 具有去除能力, 再逐渐收缩参数, 寻找合适的临界条件。 按照 SBR 方式运 行:进水-搅拌-曝气-静置-出水,试验条件见表 3,不同阶段 参数调整见表 4。

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  2、结果与讨论

  (1)TN试验结果。将试验按照上表参数试验,参数调整总体思路是,首先保证各个参数大于水厂设计值,依次试探性调整污泥浓度、增加水量、降低营养液投加及缩短反应时间等进行试验(注意每次只调整1个参数),各阶段调整结果如图所示1。

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  试验结果显示,进水TN为40mg/L左右时,第1、第2、第3阶段,出水TN可以稳定达到15mg/L以下,满足一级A标准;在第5、第6阶段出水TN大体在20mg/L左右,一级B达标不稳定,可能是由于反应时间缩短导致反应不完全;在第4阶段时,出水最大TN<20mg/L,可以达到一级 B 标准,由于水温较低,所以试验也确定了TN在较低温度下的边界条件。

  (2)硝化反应对TN去除的影响。TN去除分为亚硝化菌将NH4+-N转化为NO2+-N的亚硝化反应,硝化菌将NO2+-N转变为NO3+-N的硝化反应及NO3+-N转化N2的反硝化作用,一般说来,试验水质中碳源不足,反硝化利用碳源,是制约TN的关键因素,但就菌种来说,亚硝化菌更敏感一些,为此,需要首先明确进出水TN、NH4+-N、NO3+-N等各种形态氮数据,如表5。

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  表5显示,各阶段进水NO3+-N与NH4+-N之和约为TN的1/2,说明剩余1/2为有机氮,有机氮在好氧及厌氧条件下都可转化为氨氮,造成氨氮负荷增加。数据显示NO3+-N几乎去除完全,说明反硝化作用较好,出水氨氮变化较大,试验数据显示氨氮去除较好的情况下,TN去除也较好,这与理论较吻合,如图2所示,说明TN去除的关键为有机氮的转化及氨氮的去除。

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  (3)污泥中金属离子对TN去除的影响。经过预处理后,试验水质中含有金属离子,含量较低,第6阶段后继续进水试验,测试MLVSS的值,直到MLVSS有所减少时,将污泥中Cu2+、Zn2+进行检测,如表6。

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  由于污泥对金属离子吸附-富集作用,使得污泥中含有较高的金属离子,检测发现,试验污泥中Cu2+为15.31mg/L,有研究显示Cu2+>5mg/L或者Zn2+>30mg/L不仅对硝化反应有抑制作用,而且可以使挥发性污泥浓度(MLVSS)有不同程度的减少,试验过程也对不同阶段MLVSS的进行检测,如图3,结果显示,随着试验的进行,虽然MLSS未有变化,但MLVSS呈阶梯减少,所以微生物的数量逐渐减少,也可能是TN不达标的影响因素之一。

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  3、结论

  (1)首先通过活性污泥法TN去除试验确定了污水可以通过投加营养液物质等条件加以去除;通过单因素参数调整方法,确定了达到一级B标准TN去除的最佳条件为第4阶段即:碳源投加量为769.23mg/L,磷源投加量17.6mg/L,厌氧停留时间为3h,曝气停留时间为3h。

  (2)通过对氮形态的测试认为有机氮含量较高,进而影响硝化负荷,建议在改造设计生化池时,需要注意硝化负荷的变化对池容的影响。

  (3)通过测试污泥中金属离子Zn2+及Cu2+及不同阶段MLVSS的,认为金属离子特别是Cu2+对微生物及硝化反应有影响,水厂运行也发现污泥减少问题,建议TN去除时,由于金属的影响,除投加营养液外,还要定期更换污泥。(来源:北控水务(中国)投资有限公司)

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