高鹽高有機(jī)廢水脫氮應(yīng)用厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化的處理分析

李翠翠

摘要：在工業(yè)發(fā)展過程中，不可避免會產(chǎn)生大量高鹽高有機(jī)廢水，其不僅處理難度大，效率低，而且投資大、耗能大，將會有少量廢水直接向河流排放，誘發(fā)水質(zhì)污染。此時就需要對高鹽高有機(jī)廢水處理給予高度重視。如今，厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化處理在高鹽高有機(jī)廢水脫氮中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了比較理想的應(yīng)用效果，其既能夠滿足除氮脫碳效果，而且還符合生態(tài)可持續(xù)發(fā)展要求。

關(guān)鍵詞：高鹽高有機(jī)廢水;厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化;脫氮效果

如今，隨著化工業(yè)的發(fā)展，在醫(yī)藥、農(nóng)藥、造紙、紡織、印染等行業(yè)生產(chǎn)和使用階段，不可避免會有大量高鹽有機(jī)廢水產(chǎn)生，其中含有大量有機(jī)物和無機(jī)鹽。高鹽有機(jī)廢水具有COD高、鹽度高、化學(xué)成分復(fù)雜、酸堿性強(qiáng)、生化性差、毒性大等特點(diǎn)。通常情況下，高鹽有機(jī)廢水包含難降解有機(jī)物及油類、較高濃度可溶性無機(jī)鹽等物質(zhì)，如果直接選擇生化法進(jìn)行處理，不僅投入成本高，而且處理效果不理想。如果直接將高鹽高有機(jī)廢水向外界排放，其中所含有的難降解毒性有機(jī)物和可溶性無機(jī)鹽等會嚴(yán)重影響土壤和水體，誘發(fā)環(huán)境污染。這就對高鹽高有機(jī)廢水處理提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，此時厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化處理應(yīng)運(yùn)而生，并取得了比較理想的應(yīng)用效果，下面對其試驗(yàn)過程進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.材料和方法

1.1試驗(yàn)裝置

本次試驗(yàn)過程中，選擇了ASBBR、SBR和UASB反應(yīng)器，如圖1所示。

因?yàn)锳SBBR與SBR反應(yīng)器選擇了間歇式進(jìn)出水，而UASB選擇了連續(xù)式進(jìn)出水，并且將兩個調(diào)節(jié)池設(shè)置在三個反應(yīng)器中間。ASBBR、SBR和UASB反應(yīng)器有效容積分別為40L、10L、12L，調(diào)節(jié)池有效容積為20L。

1.2試驗(yàn)原水

本次試驗(yàn)所選擇的原水水質(zhì)情況如表1所示。

1.3運(yùn)行條件

在ASBBR反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行時，選擇了SBR運(yùn)行方式，其可以實(shí)現(xiàn)瞬時進(jìn)出水，并且在運(yùn)行過程中，HRT為 48h，溫度為 30～32℃，排水比為1/2，不提供水力攪拌，采用 NaOH 溶液來對進(jìn)水pH進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制在7.0～7.2。

SBR反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行時可以滿足部分亞硝化出水運(yùn)行條件，此時的反應(yīng)器選擇了SBR運(yùn)行方式，試驗(yàn)條件為：進(jìn)、出水各20min，靜置沉淀 80min，連續(xù)攪拌和曝氣10h，運(yùn)行期間HRT為24h，SRT為30d，排水比為1/2，DO平均為 0.42mg/L，溫度為29～30℃，根據(jù)HCO3-/NH4+=1的比例來對KHCO3進(jìn)行添加，將ASBBR出水和SBR進(jìn)水的pH值調(diào)節(jié)至7.7～7.9。

在UASB反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行時，可以選擇連續(xù)式進(jìn)出水，運(yùn)行過程中溫度為（33±1）℃，HRT為24h，不需要對UASB進(jìn)水、SBR部分亞硝化出水的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.4測試方法

在ASBBR、SBR和UASB反應(yīng)器運(yùn)行過程中，對所有反應(yīng)器進(jìn)出水的COD、TN、NO2--N、NH4+-N、NO3--N以及pH進(jìn)行每天監(jiān)測。選擇重鉻酸鉀法進(jìn)行COD檢測，選擇紫外分光光度-過硫酸鉀氧化法進(jìn)行TN 檢測，選擇N-1-萘乙二胺分光光度法進(jìn)行NO2--N檢測，選擇納氏試劑分光光度法進(jìn)行NH4+-N檢測，選擇紫外分光光度法進(jìn)行NO3--N檢測，選擇便攜式 pH 計（YSI pH100，USA）進(jìn)行pH值檢測。

2.厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化處理結(jié)果

2.1 COD去除效果

通過對試驗(yàn)過程進(jìn)行連續(xù)30d測定，得到如圖2所示的高鹽高有機(jī)廢水COD去除效果。通過對圖2進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，COD平均濃度為 3883mg/L的高鹽高有機(jī)廢水，通過處理后出水COD平均濃度下降至127.0mg/L，總?cè)コ势骄蹈哌_(dá)96.7%。在試驗(yàn)過程中，ASBBR、SBR、UASB反應(yīng)器對應(yīng)的進(jìn)水COD容積負(fù)荷依次為1.94 kg/（m3·d）、0.42 kg/（m3·d）、0.33 kg/（m3·d），其出水COD平均濃度依次為417.1mg/L、331.8mg/L、127.0mg/L。同時，ASBBR、SBR、UASB反應(yīng)器對COD平均去除率依次為89.3%、20.3%、61.8%，平均去除分擔(dān)率依次為92.3%、2.3%、5.5%。由此可以發(fā)現(xiàn)，厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化處理過程中，主要由 ASBBR 厭氧工藝承擔(dān)COD的去除，UASB 厭氧氨氧化工藝和SBR部分亞硝化工藝只承擔(dān)少部分COD去除任務(wù)。通過分析得知，因?yàn)锳SBBR反應(yīng)器中配備了耐鹽微生物系統(tǒng)，大多數(shù)易降解的有機(jī)物能夠通過厭氧處理而實(shí)現(xiàn)降解，大大提高了COD的總?cè)コ?。而在SBR和UASB反應(yīng)器中，所采用的微生物主要是以厭氧氨氧化細(xì)菌和氨氧化細(xì)菌為主，并進(jìn)行厭氧氨氧化和亞硝化反應(yīng)，然而因?yàn)槿芙庋醣容^低，加之反硝化反應(yīng)的存在，只能使COD略有去除。

2.2 組合工藝脫氮效果

2.2.1 TN的去除效果

通過對圖3進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化工藝中，進(jìn)水TN平均濃度為 226.4mg/L，出水TN平均濃度為 28.2mg/L，所對應(yīng)的總?cè)コ势骄禐?7.5%。同時，ASBBR、SBR、UASB 反應(yīng)器對應(yīng)的進(jìn)水TN容積負(fù)荷依次是0.113 kg/（m3·d）、0.216 kg/（m3·d）、0.209 kg/（m3·d），對應(yīng)的出水TN平均濃度依次是216.2mg/L、209.0mg/L、28.2mg/L。各反應(yīng)器對TN去除分擔(dān)率依次是5.1%、3.7%、91.2%，對TN平均去除率依次是4.5%、3.3%、86.5%。本次試驗(yàn)過程中，TN去除一般是由UASB厭氧氨氧化工藝負(fù)責(zé)進(jìn)行，而SBR 部分亞硝化工藝和ASBBR 厭氧工藝對TN去除所起到的作用比較小，但是與SBR 部分亞硝化工藝相比，在TN去除分擔(dān)率方面，ASBBR 厭氧工藝相對高一些，主要是由于在厭氧條件下，ASBBR中發(fā)生反硝化反應(yīng)，可以使高鹽高有機(jī)廢水的硝氮得到有效去除，從而使廢水中TN濃度降低。在SBR反應(yīng)器中，因?yàn)橹皇沁M(jìn)行了部分亞硝化反應(yīng)，致使廢水中氮含量未發(fā)生明顯降低，然而由于曝氣的存在將會出現(xiàn)氨吹脫作用，導(dǎo)致TN微量降低。在 UASB 中通過厭氧氨氧化過程，可以使高鹽高有機(jī)廢水中的氮素得到有效去除，繼而降低廢水中的TN濃度。總之，厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化處理過程，可以確保高鹽高有機(jī)廢水達(dá)到脫氮處理目標(biāo)。

2.2.2亞硝氮、硝氮和氨氮去除效果

通過對圖4進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水NH4+-N平均濃度為81.9mg/L，出水NH4+-N平均濃度為 1.4mg/L，所對應(yīng)的總?cè)コ势骄禐?8.2%。同時，高鹽高有機(jī)廢水中NO2--N、NO3--N對應(yīng)的平均濃度依次是0mg/L、17.1mg/L，通過處理后，出水NO2--N、NO3--N對應(yīng)的平均濃度依次是1.8mg/L、24.0mg/L，由此得知NO2--N、NO3--N含量在處理后略有增加，主要是由于高鹽高有機(jī)廢水中不含有NO2--N，但是ASBBR的出水經(jīng)過SBR部分亞硝化處理后，將會有大概一半的NH4+-N轉(zhuǎn)化成NO2--N，從而符合UASB厭氧氨氧化處理要求。

2.2.3各反應(yīng)器氮素變化情況

通過對圖5 ASBBR 厭氧反應(yīng)器氮素變化情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水TN、NH4+-N、NO3--N對應(yīng)的平均濃度依次是226.4mg/L、81.9mg/L、17.1mg/L，出水TN、NH4+-N、NO3--N對應(yīng)的平均濃度依次是216.2mg/L、 214.5mg/L、1.2mg/L，其中TN、NO3--N對應(yīng)的平均去除率依次是93.1%、4.5%。高鹽高有機(jī)廢水通過ASBBR厭氧處理后，在反硝化作用下，廢水中NO3--N被還原成NO、N2O，最終生成N2而被徹底去除。因此，ASBBR 厭氧反應(yīng)器能夠?qū)U水中大多數(shù)氮素轉(zhuǎn)化為NH4+-N，從而使出水氮素中只包含NH4+-N，滿足廢水處理需求。

通過對圖6 SBR半亞硝化反應(yīng)器氮素變化情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水、出水對應(yīng)的TN平均濃度依次是216.2mg/L和209.0mg/L。ASBBR 出水通過SBR部分亞硝化處理后，TN基本上未見降低，平均去除率僅為 3.3%，只要是由于在低溶解氧環(huán)境和氨吹脫作用下，加之好氧反硝化、硝化反硝化、厭氧反硝化等反應(yīng)，將會導(dǎo)致微弱的氮損失。

通過對圖7UASB厭氧氨氧化反應(yīng)器氮素變化情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，高鹽高有機(jī)廢水處理后，NH4+-N、NO2--N對應(yīng)的平均去除量和NO3--N平均生成量比值是1：1.11：0.19，接近理論值 1：1.32：0.26。由此可以發(fā)現(xiàn)，通過UASB 厭氧氨氧化反應(yīng)器能夠使ASBBR和SBR處理后的高鹽高有機(jī)廢水中TN、NH4+-N、NO2—N濃度大大降低，進(jìn)而滿足高鹽高有機(jī)廢水脫氮要求。

3.結(jié)束語

綜上所述，高鹽高有機(jī)廢水由于具有比較高的含鹽量和難降解、較復(fù)雜的有毒有機(jī)物，大大增加了廢水處理難度。而厭氧-部分亞硝化-厭氧氨氧化工藝不僅可以滿足廢水處理要求，達(dá)到預(yù)期的脫氮效果，而且還可以滿足生態(tài)環(huán)保要求。

參考文獻(xiàn)：

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