生物填料下的染料工業(yè)廢水脫氯工藝
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摘要：研究了基于生物填料的染料廢水脫氮工藝，考察了溫度、停留時間、碳源等因素對生物填料脫氮性能的影響。試驗結(jié)果表明，在脫氮溫度為35℃，添加醋酸500mg/L作為反硝化細菌的營養(yǎng)物質(zhì)條件下，停留時間可縮短至2h，廢水總氮質(zhì)量濃度從80mg/L降至30mg/L左右，總氮去除率達到60%以上。
關鍵詞：廢水處理；染料廢水；生物填料；脫氮工藝
前言
目前，由于含氮有機物的不斷流入，使得水體富營養(yǎng)化問題日益嚴重。控制污水排放標準中氮元素含量越來越受到社會關注，成為今后水污染控制的一個重要任務。國家和地方關于工業(yè)廢水排放標準中的氮含量指標也在相應制定中。因此，現(xiàn)有污水處理池必須進行提標改造，增強脫氮能力。廢水生物脫氮是在硝化細菌和反硝化細菌參與的生化反應下完成的，將氨氮最終轉(zhuǎn)換為氮氣從廢水中除去。反硝化也稱脫氮作用，是指反硝化細菌在無氧或低氧條件下，利用NO2-和NO3-為呼吸作用的最終電子受體，將其還原為氮氣（N2）的生物化學過程。其機理如下：在現(xiàn)有的脫氮工藝中，生物濾池反硝化工藝因具有占地面積小、水力負荷高、出水懸浮物少等優(yōu)點而得到廣泛應用。常用的生物濾池填料有火山巖、顆?；钚蕴?、石英砂等，其中火山巖具有比表面大、孔率高、抗壓強度高、穩(wěn)定、價廉等優(yōu)點。一般的反硝化細菌是厭氧異養(yǎng)型細菌，需要消耗營養(yǎng)物質(zhì)作為碳源來進行新陳代謝，常用的碳源有外加碳源、廢水本身含有的含碳有機物，以及內(nèi)源碳。本試驗在廢水完成硝化工序前提下，采用生物濾池工藝，以火山巖為生物載體進行試驗，重點考察水溫、碳源等條件對反硝化細菌活性的影響，最終評估處理能力和占地面積。
1試驗部分
1.1試驗水樣、菌種及方法
試驗中的生物填料為火山巖。試驗水樣取自浙江泰邦環(huán)境科技有限公司生化出水，水質(zhì)情況為：外觀淺褐色，COD為300~400mg/L，氨氮值為10~20mg/L，總氮為80~90mg/L。反硝化細菌由揚州市海誠生物技術有限公司提供，其活菌含量≥109個/g，初始投加量為500mg/L。圖1為生物濾池示意圖。水樣從進水口連續(xù)進入，從出水口連續(xù)流出。通過調(diào)節(jié)進水流速控制水樣在生化池的停留時間，并定期測試出水的COD、總氮、氨氮等指標，以考察溫度、停留時間、碳源等因素對脫氮性能的影響。
1.2檢測方法
化學需氧量（COD）采用GB11914—1989《水質(zhì)化學需氧量的測定重鉻酸鹽法》測定，總氮采用GB11894—1989《水質(zhì)總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》測定。
2結(jié)果與討論
2.1水溫的影響
水溫是影響反硝化細菌活性的一個重要因素。表1列出了低溫下（10℃）反硝化細菌的總氮去除效果。從表1可以看出，在低溫下，停留時間2h，總氮去除率不到10%。這是因為溫度過低，細菌處于或接近休眠狀態(tài)，活性差。隨著停留時間的增加，總氮去除率隨之提高，但要達到理想的總氮去除效果，停留時間需延長到24h，這樣會導致反硝化生物濾池占地面積大大增加，投資增大。因此，需要提高反硝化溫度。表2為25℃、30℃、35℃三個溫度梯度下反硝化細菌的脫氮性能。從表2可以看出，溫度提高，反硝化細菌的脫氮性能明顯提升，2h停留時間下，總氮去除率從5%提升到40%以上。在水溫30~35℃，停留時間4h的條件下，總氮去除率可以達到60%左右。因此，適宜的反硝化溫度為30~35℃。
2.2外加碳源的影響
由于反硝化細菌是自養(yǎng)型生物，在進行新陳代謝過程中需要外環(huán)境提供碳源。從表1和表2中可以看出，即使延長停留時間，廢水COD變化不大，這說明生化出水微生物可利用的碳源太少，即生物需氧量（BOD）太低。因此，需要外加碳源來促進反硝化細菌加快新陳代謝，以提高反硝化效率。表3為35℃水溫下，停留時間為2h，補加不同量的葡萄糖條件下反硝化細菌的總氮去除效果。由表3可知，外加碳源后，反硝化細菌的脫氮能力提升明顯，從48%提升到62%。從進出水的COD變化來看，外加碳源基本被消耗完，用于反硝化細菌的新陳代謝。且隨著外加碳源量的增加，脫氮性能逐步提升，當外加碳源量達到500mg/L后，脫氮性能提升不明顯，這表明當外加碳源為葡萄糖時，適宜的外加量為500mg/L。表4列出了不同碳源種類對反硝化細菌脫氮性能的影響。由表4可知，甲醇和醋酸的效果好于葡萄糖，且出水COD更低，這說明反硝化細菌喜好小分子的碳源。這在實際生產(chǎn)中極為有利，因為化工廠一般都有大量的廢醋酸或者廢甲醇。
2.3停留時間
停留時間的長短決定了一定容量下的處理量。即已知水量條件下，停留時間越短，生物濾池的占地面積越小，投資也越小。圖2給出了不同停留時間下反硝化細菌的脫氮性能。試驗條件為：水溫35℃，補加醋酸500mg/L。從圖2可以看出，當停留時間為0.5h時，總氮去除率只有15%左右；隨著停留時間的延長，總氮去除率明顯提高；當停留時間達到2h后，總氮去除率提升緩慢。從經(jīng)濟效益等綜合因素考慮，停留時間為2h最適宜。
3結(jié)論
本試驗基于生物填料的染料廢水脫氮工藝，考察了溫度、碳源等因素對脫氮性能的影響。試驗結(jié)果表明，在脫氮溫度為35℃，添加醋酸500mg/L作為脫氮細菌的營養(yǎng)物質(zhì)條件下，停留時間可縮短到2h，廢水總氮質(zhì)量濃度從80mg/L降至30mg/L左右，總氮去除率達到60%以上。
作者：阮光棟 李建昌 單位：浙江閏土股份有限公司
