DO和HRT对连续流MBBR亚硝酸型SND影响张永祥

第26卷第4期2010年8月　　哈尔滨商业大学学报(自然科学版)JournalofHarbinUniversityofCommerce(NaturalSciencesEdition)　　Vol.26No.4Aug.2010:2009-12-27.:国家自然科学基金项目(40372113).:张永祥(1962-),男,教授,博士生导师,研究方向:水资源管理和污染控制模拟技术.DOHRTMBBRSND张永祥1,姚伟涛1,肖社明2,郭　倩1(1.,100124;2.,130021)　:为探讨亚硝酸型同步硝化反硝化SND过程中的生物脱氮特性,以实际生活污水为对象,通过连续运行移动床生物膜反应器MBBR系统,研究了溶解氧质量浓度DO和水力停留时间HRT对亚硝酸型SND的影响.试验结果表明,化学需氧量COD在200mg/L左右,HRT为14h,水温为15～27℃,pH值为6.24～6.98的相对稳定条件下,控制DO在2.9～5.0mg/L的过程中MBBR反应器均能实现亚硝酸型SND,平均亚硝酸盐氮NO2-—N积累率为75.96%;当DO为(4.5±0.3)mg/L时,平均总氮TN去除率达62.89%,取得了最好的TN去除效果,而该条件下NO2-—N的积累率达最小值51.23%,DO过高或过低都会影响系统亚硝酸型SND的进行;当COD在220mg/L左右,pH值为6.14～7.47,水温为26～31℃,控制溶解氧在(4.5±0.3)mg/L,随HRT的延长,氨氮NH4+—N和TN的去除率明显增大,但NO2-—N的积累率减小,系统的亚硝酸型SND效果逐渐减弱.:移动床生物膜系统;连续流;亚硝酸型同步硝化反硝化;DO;HRT:X703　　　　:A　　　　　:1672-0946(2010)04-0413-06InfluenceofDOandHRTonnitritetypesimultaneousnitrificationanddenitrificationinMBBRZHANGYong-xiang1,YAOWei-tao1,XIAOShe-ming2,GUOQian1(1.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China;2.ChinaNortheastMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Changchun130021,China)Abstract:Toresearchthebiodenitrificationcharactersofnitritetypesimultaneousnitrifica-tionanddenitrificationSND.Bytreatingmunicipalwastewater,theeffectsofdissolvedoxy-genDOandhydraulicretentiontimeHRTonnitritetypeSNDinmoving-bedbiofilmreactorMBBRsystemwithcontinuous-flowarestudiedinthispaper.TheexperimentresultsshowthatwhenchemicaloxygendemandCODis200mg/L,HRTis14h,thewatertemperatureis15～27℃andpHvalueis6.24～6.98,thephenomenonofnitritetypesimultaneousni-trificationanddenitrificationtookplaceandtheaveragenitritenitrogenaccumulatedrateis75.96%intheMBBRbycontrollingDOfrom2.9mg/Lto5.0mg/L.WhileDOiscon-trolledat(4.5±0.3)mg/L,theremovalratiooftotalnitrogenTNreachtheclimaxabout62.89%,butnitritenitrogenaccumulatedratereachtheminimumabout51.23%,andtoohighortoolowDOvaluesofthesystemwouldhaveadetrimentaleffectonnitritetypeSND.UndertheconditionthatCODisabout220mg/L,pHvalueis6.14～7.47,thewatertem-peratureis26～31℃andDOis(4.5±0.3)mg/L,theremovalratesofammonianitrogenNH4+—NandTNwentupobviouslyalongwiththeHRTextending,butnitritenitrogenac-DOI:10.19492/j.cnki.1672-0946.2010.04.008cumulatedratebroughtdownaccordingly,andtheeffectofnitritetypeSNDabouttheMBBRsystemisgraduallyweakened.Keywords:moving-bedbiofilmsystem;continuous-flow;nitritetypesimultaneousnitrifica-tionanddenitrification;DO;HRT　　传统生物脱氮技术是通过一系列串联反应来实现的,而同步硝化反硝化生物脱氮工艺(简称SND工艺),则是通过相同操作条件、在同一个好氧反应器内同时完成硝化作用和反硝化作用达到生物脱氮目的.对于SND又分为硝酸盐型和亚硝酸盐型,当亚硝酸盐氮积累率大于50%时,一般认为系统硝化类型为亚硝酸型,亚硝酸型SND又兼具有短程硝化反硝化的特点.众多研究表明[1-3],亚硝酸型脱氮工艺具有很多优势:可以节省25%的硝化曝气量,降低了能耗;反硝化阶段节省40%的有机碳源,可降低运行费用;减少50%的污泥生成量;缩短反应时间,相应减少30%～40%反应器容积;具有较高的反硝化速率.短程硝化反硝化和SND都是近年来发展起来的污水脱氮新技术,国内外学者对此正在进行大量的试验研究[4-7].而对于DO和HRT对亚硝酸型SND的系统研究还较少[8-9],尤其是HRT对连续流MBBR的亚硝酸型SND的研究更少.本文对MBBR在不同DO和HRT等操作条件下,氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的转化规律和总氮的去除效果进行了研究,以进一步探讨好氧生物反应器中亚硝酸型SND的效果.1　试验部分1.1　试验装置如图1所示,污水从原水箱由可调节流速的蠕动泵提升,经转子流量计进入移动床底部,再从移动床的上部流出,进入二沉池,最后出水.本试验主体装置是由有机玻璃制成的移动床生物膜反应器,该反应器总容积15L,主体部分由反应区(12L)、沉淀区(3L)和曝气装置组成,总高50cm,直径20cm.内置大连宇都BioMTM微生物膜载体,由空气压缩机供氧,砂头曝气.当废水通过载体移动床时,水流和气流带动载体填料在反应器内紊动,在反应器一定范围内达到水、气、固三相充分混合.在曝气管周围,悬浮填料、水和气呈漩流状态,曝气头上方的空气推动填料和水流快速上升,将上方填料推向周围区域,从而使填料在反应器内处于运动状态,接着大部分填料又被推向反应器底部,参与下一次循环,如此往复循环,使反应器内水质更趋于均匀,传质效率高.1　1.2　试验所用原水为北京市某高校家属区化粪池实际生活污水,其水质状况如表1所示.由表1可知,实际生活污水中进水NH4+—N质量浓度比普通生活污水要高(大多数生活污水NH4+—N质量浓度约50mg/L左右),这使得原水具有C/N(COD/TN)较低的特点,平均C/N在3.5左右.1　指标波动范围指标波动范围pH值COD/(mg·L-1)BOD5/(mg·L-1)7.2～8.0200～40090～200NH4+—N/(mg·L-1)NO3—N/(mg·L-1)TN/(mg·L-1)50～1000.42～1.5060～1101.3　主要检测项目和分析方法如表2所示.·414·哈尔滨商业大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　第26卷2　检测项目分析方法温度pH值DOCODNO2-—NNH4+—NNO3-—NTN温度计55500-10型pH计H12400P型DO测定仪5B-3(B)COD多元测速仪N-(1-萘基)-乙二胺光度法纳氏试剂法麝香草酚分光光度法碱性过硫酸钾紫外分光光度计法2　试验结果与分析2.1　DOMBBRSND试验期间进水COD在200mg/L左右,HRT为14h,水温为15～27℃,pH值为6.24～6.98的相对稳定条件下,通过空气压缩机控制DO在2.9～5.0mg/L,在此条件下考察DO对MBBR中亚硝酸型SND的影响.试验每改变一次DO值都运行10d,前3天只运行不检测数据,后7天检测运行数据.2.1.1　DO对NH4+—N去除和NO2-—N积累的影响图2为DO对NH4+—N去除的影响.从图2中可以看出当DO在(4.7±0.3)mg/L以下时,出水的NH4+—N质量浓度不稳定,NH4+—N去除率波动范围大,尤其当DO低至(3.2±0.3)mg/L时,进水NH4+—N的平均质量浓度为83.52mg/L,出水NH4+—N的平均质量浓度为27.33mg/L,NH4+—N去除率才67.22%,并且很不稳定,变化范围是58.16～77.56%.但当DO为(4.7±0.3)mg/L时,进水NH4+—N的平均质量浓度为84.96mg/L,出水NH4+—N的平均质量浓度为11.96mg/L,NH4+—N去除率为85.92%,并且很稳定,在81.47～88.92%之间,出水质量浓度在9.36～15.81mg/L之间.从实验结果总的趋势可知,随着DO的减小,NH4+—N去除率逐步减少,由于NH4+—N的去除主要是由于硝化反应的作用,氧(O2)是生物硝化作用中的电子受体,硝化反应必须在好氧条件下进行,而以前有研究表明,悬浮载体生物膜及其他生物膜工艺在保持较高的硝化效果时,均需较高的DO质量浓度[10],反应器中DO的大小必将影响着硝化反应的速率,最终必将影响着NH4+—N去除率,故DO的增加有利于NH4+—N去除率的明显提高[11].2　DONH4+—N　　图3为不同DO对NO2-—N积累的影响.从图3中可以看出,在不同DO下,NO2-—N积累率有较大差异,最大差别达到39%以上.在(4.7±0.3)、(4.5±0.3)、(3.8±0.3)、(3.2±0.3)mg/LDO下NO2-—N积累率分别为73.76%～88.69%、50.00%～53.21%、67.82%～84.81%和88.94%～92.77%.由以上数据可知,NO2-—N积累率一直处于较高水平,均高于50%,即整个过程NO2-—N质量浓度远远高于NO3-—N质量浓度,在整个试验期间TN的去除是通过NH4+—N氧化成NO2-—N而不是NO3-—N再直接进行反硝化的,说明在此试验条件下TN的去除是以亚硝酸型SND实现的.在DO为(4.7±0.3)、(3.8±0.3)和(3.2±0.3)mg/L时,NO2-—N积累率都较高,试验期间NO2-—N平均积累率都在79%以上,但DO为(4.5±0.3)mg/L时的NO2-—N积累率却·415·第4期　　　　　　　　　　　　张永祥,等:DO和HRT对连续流MBBR亚硝酸型SND影响较低,平均积累率仅为51.23%.这种现象说明DO为(4.7±0.3)、(3.8±0.3)和(3.2±0.3)mg/L时,硝化过程中的亚硝酸盐氧化为硝酸盐反应受到一定的不利影响,故导致NO2-—N积累率较高,出现这种现象可能是由于硝酸细菌的生物活性受到水中pH值和温