O_%283%29氧化-SBBR组合工艺深度脱除生化尾水TN的效能及机制研究.pdf
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1、第 卷第 期 年 月环境生态学 氧化 组合工艺深度脱除生化尾水 的效能及机制研究罗新浩胡勇有(.珠海联誉兴环保科技有限公司广东 珠海.华南理工大学 环境与能源学院广东 广州)摘要:采用臭氧()序批式膜生物反应器()组合工艺深度处理印染工业园生化尾水运用控制变量法和对比研究法探究 组合工艺的脱氮特性和机理 结果表明:)碳源种类、碳氮比(/)、水力停留时间()和曝气强度是影响 组合工艺效能的关键因素当以乙酸钠为外加碳源、/、曝气强度 /时组合工艺对生化尾水中 的去除率可达 以上 负荷达到 /()组合工艺处理生化尾水的主要步骤为:先将尾水中残留的难生物降解有机物转化为小分子物质提高废水的可生化性在适
2、当投加碳源的条件下由 完成去碳和脱氮脱氮主要由 生物膜中的微生物进行同步硝化反硝化()过程来完成关键词:印染生化尾水氧化生物脱氮中图分类号:文献标识码:文章编号:().(.).().:.:/./.().:收稿日期:作者简介:罗新浩()男广东龙川人博士注册环保工程师主要研究方向为污染控制与环境修复技术通讯作者:胡勇有:.印染工业园废水经过二级生物处理后的尾水仍残留一定浓度的难生物降解有机物和含氮化合物残留物的主要特征为难以通过物理及生物方法去除且对生物的毒性较大影响印染废水的稳定达标排放 因此亟需开发有效的印染工业园生化尾水处理方法电催化氧化法、光催化法、氧化法等被广泛用于处理印染废水生化尾水
3、氧化法作为主流的生化尾水处理技术之一主要分为直接 氧化法和催化 氧化法 直接 氧化法是指 分子直接与污染物接触利用 的强氧化性氧化分解污染物反应过程中具有一定的选择性反应速率及能否实现完全矿化取决于污染物结构的复杂程度催化 氧化法是指加入某些特定催化剂催化生成具有强氧化性的活泼自由基从而提高氧化效率、缩短反应时间的一种高级氧化技术 氧化法操作简便、占地面积小、效果稳定因而在印染废水处理领域具有广阔的应用前景 但采用单一 氧化法并不能解决印染工业园尾水中总氮()超标的问题 序批式膜生物反应器简称 是一种新环 境 生 态 学第 期型的生物膜污水处理技术具有生物量高、结构紧凑、耐冲击负荷和启动快速等
4、优势 生物膜从内至外存在氧浓度梯度因此分为好氧、缺氧及厌氧区各区域包含不同功能的微生物构成复杂的生物系统保证了 脱氮效能的稳定构建 组合工艺用于脱除印染工业园生化尾水中的 通过优化外加碳源种类、/、和曝气强度等运行参数考察 对 的去除效果通过构建不同反应体系分别探究 氧化、及外加碳源对生化尾水中 去除的贡献度利用三维荧光光谱分析、激光共聚焦显微镜和高通量测序等测定分析手段进一步分析该工艺的脱氮机制 材料与方法 试验材料 试剂乙酸钠(分析纯)、甲醇(分析纯)和葡萄糖(分析纯)均购置于美国阿拉丁工业公司 供试水样供试水样为佛山市三水区大塘污水处理有限公司的二级生化尾水 该生化尾水盐度高、可生化性差
5、、成分复杂、浓度高 具体水质如下:浓度 /浓度 /盐度 污泥驯化接种污泥为印染工业园污水处理厂二沉池浓缩污泥 将 的浓缩污泥倒入充满生化尾水的 反应器中添加 /乙酸钠为碳源 开启曝气泵闷曝 后排出 的废水并补充 的碳源和原水以上流程重复进行 次使柱状生物碳上逐渐生成致密的生物膜 发生器 型工业 发生器购置于广州创环臭氧电器设备有限公司主要参数如下:外接气流量为 /浓度 /产量为 /功率为 组合工艺试验设备主要包括 氧化反应器和 生物反应器 氧化反应器为不锈钢圆柱体管径和高度分别为 和 容积为 生物反应器为有机玻璃圆柱体分为内圈和外圈直径分别为 和 有效水深为 内部填充棒状活性炭生物填料填料粒径
6、为 棒状活性炭生物填料的填充比和空隙率分别为 和 试验中先由蠕动泵将废水提升至 氧化反应器中开启 发生器由反应器底部进入通过调节功率及阀门控制 浓度及流速 氧化反应结束后由蠕动泵将废水提升至 生物反应器中由底部曝气泵提供 生物膜所需(图)每批次试验处理废水规模为 图 组合工艺流程图.试验方法 氧化法与 组合工艺氧化试验中进水 和 平均浓度分别为 /和 /在 投加量为 /、反应时间为 的条件下进行氧化试验并在反应前后分别测定 及 的浓度将 的二沉池浓缩污泥和 的生化尾水注入 生物反应器中添加 /乙酸钠为碳源 开启曝气泵进行 的闷曝后排出 的废水并补充 的碳源和生化尾水 以上流程重复 次直至柱状生
7、物碳上形成致密的生物膜将 氧化后的生化尾水通入 生物反应器中进行脱氮试验分析不同(、和 )下 的去除率确定最佳 在最佳 条件下添加不同外加碳源(乙酸钠、甲醇和葡萄糖)分析 的去除率确定适宜碳源当 最佳、投加适宜碳源时分析不同/(、和)条件下 的去除率获得适宜/当 最佳、碳源和/适宜时分析不同曝气强度(、和 /)下 的去除率获得适宜的曝气强度在适宜的 运行条件下考察 氧化及外加碳源对 组合工艺中生物膜活性的影响设置 组不同的反应条件:组 无 氧化无外加 年罗新浩等:氧化 组合工艺深度脱除生化尾水 的效能及机制研究碳源 组组 无 氧化外加碳源 组组 氧化无外加碳源 组组 氧化外加碳源 组 比较不同
8、组中 的去除率探讨 氧化、及外加碳源分别对组合工艺脱氮的贡献程度以及组合工艺脱氮的可靠性 高通量测序为进一步从生物学角度确定 氧化与外加碳源对 中微生物群落结构及脱氮效能的影响反应器在不同条件下分别运行 分别取 个生物膜样品:(无 氧化无外加碳源 组)、(无 氧化外加碳源 组)、(氧化无外加碳源 组)和(氧化外加碳源 组)样品通过 提取试剂盒(.)提取细菌基因组 运用高通量测序仪 对生物膜上的微生物群落结构进行检测分析 激光共聚焦显微镜采用共聚焦激光扫描显微镜()成像技术观察生物膜的形态结构变化 在 生物反应器稳定运行期间分别取 个生物膜样品:无 氧化无外加碳源 组、无 氧化外加碳源 组、氧化
9、无外加碳源 组、氧化外加碳源 组 使用 /生物膜检测试剂对生物膜上细菌进行染色并对活/死细胞的含量进行检测 样品的制备过程如下:清洗含有生物膜的填料在黑暗条件下用碘化丙啶()和 对生物膜进行 的染色染色后用超纯水清洗多余的染料去除多余水分后在 下随机观察生物膜样本 三维荧光光谱分析利用 荧光分光光度计检测生化尾水及不同工艺(氧化、和)处理后的尾水中所含溶解性有机物的种类及荧光强度扫描中发射波长及激发波长均设置为 间距为 光谱扫描速率设置为 /扫描结果通过软件 进行分析后绘制 水质分析测试 浓度采用重铬酸钾法测定 浓度采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法()测定 数据处理数据采用 和 等软件计算图形
10、由 、等 软 件生成 结果与讨论 组合工艺去碳脱氮的影响因素如图 所示当 从 (阶段)提高到(阶段)时 的去除率分别为 ()、()、()、()结果表明随着 的延长 的去除率逐渐提高尤其是当 由 延长至 时 的去除率有较大幅度的提高当 由 提升至 时 的去除率略有上升可能是因为过长的 导致大量有机碳源被微生物好氧呼吸消耗生物脱氮电子供体及碳源不足 因此 应控制在一定范围内才能保证 具有较好的脱氮效率 脱氮的适宜 范围为 ()进出水 浓度()去除率图 不同因素对 脱除印染生化尾水中 的影响.添加不同碳源(乙酸钠、甲醇和葡萄糖)探究碳源种类对 脱氮效能的影响 如图 所示当分别用乙酸钠、甲醇和葡萄糖作
11、为碳源时 去除效率分别为 、和 结果表明:中 的去除率随外加碳源的变化而变化相比于甲醇和葡萄糖以乙酸钠作为碳源的 具有更高的脱氮效能 这可能是因为填料上环 境 生 态 学第 期的微生物更倾向于将能够直接参与三羧酸循环的有机酸(醋酸盐)作为碳源及电子供体而不是糖类和醇类有机物 等的研究中也表明相比于糖类有机物有机酸作为碳源时 展现出更强的脱氮效能/对 的 脱除效率的影响如图 所示 当/从 逐渐上升至 时 去除率分别为 、和 结果表明:中 的去除率随/的升高而提升这与以往的研究结论一致 这可能是因为/为 时充足的碳源为微生物脱氮提供较为充足的电子供体进而有效地提高 的脱氮效能 此外其他研究结果也表
12、明适当的/能够为微生物的生长代谢提供充足的电子供体并提升功能微生物对污染物的去除效能反应器的曝气强度会显著影响微生物的生长及脱 氮 效 能 由 图 可 知 当 曝 气 强 度 由/上升到 /时 的去除率分别为 (/)、(/)和(/)结果表明:对 的去除率先随曝气量的增加而上升(/)后随曝气量的增加而下降(/)其他研究也表明适当提高曝气量能够显著影响还原型辅酶()浓度及微生物之间的相互作用方式进而提高、和 等污染物的去除效率 氧化和外加碳源对 脱除的贡献程度为确定 氧化和外加碳源对 中 去除率的影响进行 组对照试验:组 无 氧化无外加碳源 组 无 氧化外加碳源 组 氧化无外加碳源 组 氧化外加碳
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