ASBRSBRASBR工艺处理含氮有机废水的快速启动赵瑛

sorption/electrosorptiononmodifiedactivatedcarbon［J］.JournalofHazardousMaterials，2010，175（1/2/3）：477-483.［3］李增朝，马庆，郭万宝，等.电化学法再生活性炭试验研究［J］.供水技术，2009，3（4）：18-21.［4］TsengR，WuF，JuangR.Effectofcomplexingagentsonliquid-phaseadsorptionanddesorptionofcopper（Ⅱ）usingchitosan［J］.JournalofChemicalTechnology&Biotechnology，2015，74（6）：533-588.［5］NgahWSW，EndudCS，MayanarR.Removalofcopper（Ⅱ）ionsfromaqueoussolutionontochitosanandcross-linkedchitosanbe-ads［J］.Reactive&FunctionalPolymers，2002，50（2）：181-190.———————————［作者简介］王萌（1993—），在读硕士研究生。电话：[phone]，E-mail：[e-mail]。通讯作者：于萍，E-mail：[e-mail]。［收稿日期］2018-11-23（修改稿）ASBR-SBR-ASBR工艺处理含氮有机废水的快速启动赵瑛，端允，杨晶晶，杜昀桂（太原理工大学环境科学与工程系，山西太原030024）［摘要］采用ASBR-SBR-ASBR三级联合工艺处理高浓度含氮有机废水。结果表明，对于ASBRⅠ反应器，当有机容积负荷为2kg/（m3·d），HRT为12h时，有机物降解率达到95%。对于SBR反应器，当NH4+-N容积负荷为0.30kg/（m3·d），HRT为12h时，出水NH4+-N与NO2--N的物质的量比接近1∶1.32。ASBRⅡ反应器内则发生厌氧氨氧化反应，NH4+-N与NO2--N同步去除；当总氮容积负荷为0.44kg/（m3·d），HRT为12h时，NH4+-N去除率可达95%，NO2--N去除率达98%。经过75d的连续培养，反应器启动成功。［关键词］厌氧序批式活性污泥法；序批式活性污泥法；短程硝化；厌氧氨氧化；畜禽废水［中图分类号］X703.1［文献标识码］A［文章编号］1005-829X（2019）02-0066-04Quickstart-upofthecombinedASBR-SBR-ASBRprocessforthetreatmentoforganicwastewatercontainingnitrogenZhaoYing，DuanYun，YangJingjing，DuYungui（Dept.ofEnvironmentalScienceandEngineering，TaiyuanUniversityofScience&Technology，Taiyuan030024，China）Abstract：The3-stepcombinedASBR-SBR-ASBRprocesshasbeenusedfortreatingthehigh-concentrationorga-nicwastewatercontainingnitrogen.TheresultsshowthatwhentheorganicvolumeloadinASBRⅠis2kg/（m3·d），andHRTis12h，thedegradationrateoforganicmatterreaches95%inASBRⅠ.WhenthevolumeloadofNH4+-NinSBRis0.30kg/（m3·d），andHRTis12h，theeffluentmassratioofNH4+-NandNO2--Niscloseto1∶1.32inSBR.AnammoxreactionoccursinASBRⅡ.TheNH4+-NandNO2--Ncanberemovedsynchronically.Whenthetotalni-trogenvolumeloadinASBRⅡis0.44kg/（m3·d），andtheHRTis12h，theremovingrateofNH4+-Nis95%andtheremovingrateofNO2--N98%inASBRⅡ.Aftera75-daycontinuouscultivation，thereactorisstartedupsuccessfu-lly.Keywords：anaerobicsequencingbatchreactor（ASBR）；sequencingbatchreactor（SBR）；short-cutnitrification；anammox；livestockwastewater近年来，随着农村产业结构的调整，我国农业经济重心逐渐从种植业向畜牧业转移，畜牧业在我国农业总产值中的比重越来越大，由此产生大量的含氮有机废水〔1〕。该类废水具有有机物、氨氮含量高的特点〔2〕，如果废水中的有机物和氨氮不能得到妥善处理，将会严重污染水体、土壤以及空气〔3-4〕，对公众健康造成巨大威胁〔5-6〕。20世纪90年代，美国Dague等人将好氧生物处理的SBR工艺用于厌氧生物处理，开发了厌氧序批式活性污泥法（AnaerobicSequencingBatchRea-ctor，简称ASBR）〔7〕。由于其构造简单，适应性强，运行灵活，能够在较大温度范围内处理有机含氮废水，在，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，第39卷第2期2019年2月工业水处理IndustrialWaterTreatmentVol．39No．2Feb.，201966国内外的实际废水处理中得到了广泛应用〔8〕。本研究采用人工配制含氮有机废水来模拟实际畜禽废水，采用甲烷化、短程硝化以及厌氧氨氧化联合的工艺，即ASBR-SBR-ASBR工艺对其进行处理，考察该联合工艺对废水中有机物与氨氮的降解效果。由于畜禽废水中不含亚硝酸盐氮，而发生厌氧氨氧化反应需要氨氮与亚硝酸盐氮同时存在，且需满足一定的比例〔9〕，因此增加了短程硝化反应段。该段采用传统的SBR工艺，其具有操作灵活、构造简单、抗冲击负荷等优势〔10〕，通过制造微氧环境，使其发生短程硝化反应，以使后续厌氧氨氧化反应顺利进行。1实验部分1.1实验装置采用ASBR与SBR联合反应装置，即ASBRⅠ-SBR-ASBRⅡ。ASBR反应器容积均为5L，SBR反应器容积为3L。通过恒温培养箱控制反应器温度为35℃〔11〕。反应系统均由进水、搅拌、沉淀、排水、闲置5个阶段组成，运行周期为12h。人工配制的含氮有机废水先用N2吹脱15min，然后利用高位差，每个周期进水1L，排水1L。采用间歇搅拌的方式，由微型真空泵进行气力搅拌，并由时控开关控制搅拌时间〔12〕。1.2实验用水与接种污泥ASBRⅠ与ASBRⅡ反应器接种污泥均取自J市污水处理厂浓缩池，SBR反应器接种污泥取自J市污水处理厂二沉池回流污泥。采用人工配制含氮有机废水，其化学成分见表1。表1含氮有机废水成分mg/L对配制的废水采用N2吹脱15min，以除去水中过量溶解氧（DO）。控制DO在0.2mg/L以下，进水温度为（35±1）℃。利用NaHCO3/HCl调节进水pH，ASBRⅠ反应器pH为7.40，SBR反应器pH为8.30，ASBRⅡ反应器pH为8.10。1.3分析项目与测定方法pH采用pHS-3C型精密pH测定仪测定；COD采用重铬酸钾法〔13〕测定；DO采用YSI溶氧仪测定；NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法测定；NO2--N采用N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法测定；NO3--N采用麝香草酚分光光度法测定。2结果与讨论2.1ASBRⅠ反应器对有机物的快速吸附运行的前30d，ASBRI反应器进水COD从500mg/L逐天增加，增加幅度为50mg/（L·d），NH4+-N为0，维持反应器HRT为12h；反应流程为进水（1min）→反应（480min）→沉淀（2min）→闲置（236min）→排水（1min）。运行的31～55d，保持进水COD为2000mg/L，NH4+-N为0，但使其吸附时间缩短为15min；反应流程为进水（1min）→吸附（15min）→排水（1min）→再生和降解（480min）→闲置（223min）。吸附期间，每5min利用微型真空泵气力搅拌10s，目的是使污泥与溶液充分接触，使污泥驯化成为快速吸附有机物的产甲烷活性污泥。运行的56～75d，保持进水COD为2000mg/L，NH4+-N为300mg/L；反应流程依然是进水（1min）→吸附（15min）→排水（1min）→再生以及降解（480min）→闲置（223min）。对进出水中的COD进行监测，结果如图1所示。图1ASBRⅠ反应器进出水COD的变化由图1可知，运行的1～30d，COD去除率在前1周有下降趋势，原因为接种初期污泥活性较差，适应新环境的能力弱，易导致挥发性脂肪酸积累，影响COD的去除效果；随后COD去除率稳定升高。运行的31～55d，快速出水的目的是使产甲烷菌群中的甲烷八叠球菌占据主导。由于快速出水，开始COD去除率稍微下降，这可能是由于运行模式改变对菌群造成了影响；随后产甲烷菌群中甲烷八叠球菌逐渐占据主导，COD去除率逐渐增加。运行的56～75d，进水中引入了NH4+-N，由于甲烷八叠球菌已经占据成分数值成分数值C6H12O6500～2000EDTA5NH4Cl40～300FeSO45NaNO250～160ZnSO4·7H2O0.43HCl0～2000CuSO4·5H2O0.25NaHCO30～2000MnCl2·4H2O0.99KH2PO430NiCl2·6H2O0.19CaCl2·7H2O300CoCl2·6H2O0.24MgSO4·7H2O300H3BO40.014工业水处理2019-02，39（2）赵瑛，等：ASBR-SBR-ASBR工艺处理含氮有机废水的快速启动67主导，ASBRI反应器运行稳定。2.2SBR反应器短程硝化的启动运行的1～55d，SBR反应器进水自配；运行的56～75d，SBR反应器进水来自ASBRⅠ反应器出水。整个运行过程中，HRT均为12h。流程为进水（1min）→反应（480min）→沉淀（2min）→排水（1min）→闲置（236min）。对进出水中的NH4+-N、NO2--N进行监测，结果如图2、图3所示。图2SBR反应器进出水NH4+-N的变化图3SBR反应器出水NO2--N的变化运行的1～15d，进水NH4+-N为50mg/L，COD为0。进水前1周，NH4+-N转化率比较低，原因为污泥中氨氧化菌还比较少；随着反应的进行，NH4+-N转化率逐渐提高。运行的16～30d，进水NH4+-N提高为100mg/L，COD为0，NH4+-N转化率及NO2--N积累率在提高进水浓度的前2d出现下降，之后逐渐提高。运行的31～45d，进水NH4+-N提高为150mg/L，COD为0，NH4+-N转化率及NO2--N积累率的变化趋势不变。运行的46～55d，进水NH4+-N提高为200mg/L，COD为0，NH4+-N转化率及NO2--N积累率的变化趋势仍同上。运行的56～75d，SBR反应器进水来自ASBRⅠ反应器出水，由于反应器氨氧化菌已经趋于主导，NH4+-N的转化率及NO2--N的积累率较为稳定，出水NH4+-N与NO2--N的物质的量比接近1∶1.32，达到厌氧氨氧化反应进水标准，反应器启动成功。2.3ASBRⅡ反应器厌氧氨氧化作用的启动运行的1～55d，ASBRⅡ反应器进水另配，进水主要由NH4+-N与NO2--N组成；运行的56～75d，进水来自SBR反应器出水。在启动阶段，进水同样利用N2吹