程 磊 石芳永 孙英杰

在高氨废水处理中,硝化过程属于控制反应,控制硝化反应处于短程硝化阶段,有助于提高硝化速率和氨氮容积负荷,具有降低反应器体积和工程造价的技术优势,同时降低了碱度投加量,减少运行费用。本研究以配制高氨废水为处理对象,采用二级接触氧化工艺,研究了水力停留时间(HRT)对工艺的影响。

1 试验装置与方法

1.1 试验装置

本试验采用硝化柱内填充盾式软性填料的二级接触氧化工艺,高氨废水硝化试验装置见图1。试验装置中两个接触氧化反应器为圆柱形,实际容积为5.0 L,有效容积为3.5 L。

1.2 试验条件

硝化反应器进水NH3-N浓度在600 mg/L左右。碳源和碱度由NaHCO3提供,按碱度足够投加,另加入 P,Fe,Mo,Mg等微量元素,其中P的浓度要达到TN的 0.5%以上,即超过3 mg/L[2],DO＞2 mg/L。

1.3 分析方法

废水流量,计量泵;空气流量,玻璃转子流量计;pH值,酸度计;溶解氧(DO),溶解氧仪;COD,标准重铬酸钾法;碱度(CaCO3),盐酸滴定法;NH3-N,纳氏试剂比色法;NO2-N,盐酸α-萘胺比色法。

2 试验结果与讨论

2.1 HRT对氨氮去除率的影响

由图2可以看出,随着HRT的延长,出水中NH3-N浓度逐渐降低,11.6 h时去除率达到92%,24 h为97.73%,时间延长了12.4 h而去除率仅增加5.7%,可见延长HRT,氨氮去除率增加很小。在HRT为11.6 h时,出水中NH3-N浓度接近50 mg/L。因此在出水达标的前提下,水力停留时间可控制在12 h,此时NH3-N的容积负荷在1.10 kg/(m3·d)左右。

2.2 HRT与亚硝酸积累的关系

由图3可以看出,HRT在10.6 h～24 h之间时,亚硝酸的积累量很大,实现了短程硝化。从图3中也可以看出,NO2-N在已转化的氨态氮中的比例随着HRT的延长呈下降趋势,由95.02%降至84.67%,降低约10%。一般认为,在硝化过程中亚硝酸的形成是限速步骤,而氨一经氧化为亚硝酸即转化为硝酸,从本试验结果看,在NH3-N转化为硝酸氮的过程中,亚硝酸的氧化受到水力停留时间的影响,如果HRT短,则会出现亚硝酸氮的积累。HRT可选12 h～13 h。

影响短程硝化的因素有很多,如温度、pH值、氨氮浓度、DO、泥龄、有害物质等[3]。一般认为,亚硝酸细菌要求的最适pH在7～8.5之间,最适的温度要大于30℃;硝酸细菌最适pH在 6～7.5之间,最适温度在20℃～30℃之间。潘桂珉[4]在煤气废水亚硝化型硝化的研究中发现,FA对硝酸菌更敏感,0.6 mg/L的FA就足以使硝酸菌受到严重的抑制,微量的FA就可使硝酸菌的活性受到损害,但亚硝酸菌对FA的承受能力就大得多,5 mg/L以上FA才能对其活性有影响,40 mg/L以上亚硝酸菌才受到严重的损害,Anthouisen[5]也报道过硝酸菌受抑制的FA范围为0.1 mg/L～1.0 mg/L的类似结论。本试验中温度为30℃,pH值为8.0,NH3-N浓度为600 mg/L,游离氨FA的浓度为 31.2 mg/L,因此,可以认为高氨废水的短程硝化主要是由pH和高氨氮造成的高游离氨A抑制硝酸细菌作用造成的。

2.3 HRT对碱度的影响

根据理论计算,完全硝化的碱度需要量为7.07 g/gN(以CaCO3计),由图4可看出,试验中随着 HRT的延长,碱度/N呈上升的趋势,碱度耗用量低于全程硝化、高于短程硝化,3.57＜碱度/N＜7.12。碱度耗用量的减少一部分是由于出水中NH3-N浓度的升高,硝化脱氨量的减少进而使耗用碱量减少引起;另一部分则主要是由出水中NO2-N所占比例上升引起,由于NH3-N转化为NO2-N所耗用的碱量小于转化为NO3-N,因此可节省部分碱度。

3 结语

1)在NH3-N浓度为600 mg/L,pH值为7.5～8.5,DO＞2 mg/L,温度为(30±1)℃等条件下,水力停留时间宜控制在12 h以上,NH3-N的容积负荷宜控制在1.10 kg/(m3·d)。据此参数,采用二级接触氧化硝化脱氨,出水可以达到GB 13458-2001的二级标准(NH3-N＜50 mg/L)。2)尿素厂预处理后废水可以实现短程硝化,短程硝化主要是由pH和高氨氮造成的高游离氨FA抑制硝酸细菌作用造成的。3)氨氮转化为硝酸氮的过程中,亚硝酸的氧化受到水力停留时间的影响,适当的HRT内,会出现亚硝酸的积累。

[1]孙英杰.尿素厂高氨废水预处理——氨吹脱试验研究[J].环境科学与管理,2006,32(2):110-111.

[2]化方法:日本专利.昭55-109497[P].1980-08-22.

[3]施永生.亚硝酸型生物脱氮技术[J].给水排水,2000,26(11):21-23.

[4]潘桂珉.煤气废水亚硝化型硝化的研究[J].水处理实验技术,1994,20(4):230-235.

[5]Anthonisen A.C.Inhibition of nitrification by ammonia and nitrous acid[J].JWPCF,1976,48(5):835-852.