改进式曝气生物滤池处理高氨氮废水的研究.doc

改进式曝气生物滤池处理高氨氮废水的研究
我国化肥厂数量众多，氨氮废水排放量大。经过调查估算，每生产1t合成氨可产生含氮1.5%~5%的氨氮废水1t左右。通常针对这种高浓度的氨氮废水采用吹脱或者汽提的方法进行处理，经过处理后的外排废水通常含有尿素、甲醇、氨氮和少量的氰化物等污染物质，其中氨氮浓度通常可达到200mg/L;此类废水还存在着可生生化性一般，C/N较低的特点，通常废水经处理后无法正常达标排放。对于低C/N的废水，要同时大幅度去除COD和氨氮较为困难，因为在常规的生物处理中，碳的氧化和氨氮的硝化分开进行，即先进行碳的氧化，再进行硝化，而硝化菌、亚硝化菌在有机物存在量大的情况下，生存率较低，且硝化菌、亚硝化菌易受各种因素的影响，如：pH、碱度、NO2-、NO3-、氨氮和游离氨的浓度等。
与此同时，伴随着企业的发展，工业用排水量也逐年递增，国家对各类企业出台了相关的环保政策，企业也逐渐意识到污水达标排放的重要性。因此，占地面积小、处理能力强、运行成本低的曝气生物滤池(BAF)工艺[2~5]成为了企业污水处理的新方向。但目前的曝气生物滤池的研究多用于处理氨氮浓度50mg/L以下的市政污水或用于废水的深度处理上[6~8]，而在高浓度的氨氮废水处理使用中鲜见文献报道。
本实验采用改进式曝气生物滤池工艺对以天然气为生产原料的海南某化肥企业生产高氨氮废水(≈200mg/L)进行了小试研究。
1实验部分
1.1实验装置及流程
实验的工艺流程图如图1所示。
图1实验装置流程图
生产废水从进水箱由泵打入UBAF(上流式曝气生物滤池)中，其中通过加碱装置调节进水pH至8~9左右，在UBAF中经处理后溢流流入MBAF(改进式曝气生物滤池)中，同时往其中补充一定量碳源，经MBAF处理后最终出水。其中UBAF(上流式曝气生物滤池)采用底部曝气，MBAF(改进式曝气生物滤池)采用中部曝气，同时采用内循环。
该套改进式曝气生物滤池采用串联式两级三段曝气工艺[9]，为3通道曝气装置，有利于空气扩散和水中溶解氧的提高;其中第二级曝气生物滤池增设缺氧区，同时增设内回流泵，回流比200%。
实验用滤料采用改性BAF生物滤料，其堆积密度为750~780kg/m3，孔隙率70%~82%，粒径为2~4mm和6~8mm两种规格，比重1.27kg/m3。
实验用水取海南某化肥企业生产废水，水质指标如下:氨氮浓度100~250mg/L，COD浓度80~150mg/L，浊度18~35NTU，BOD520~60mg/L，pH为6.8~9。高效菌种为通过限制性底物，大剂量冲击的方式来驯化得到的耐高氨氮冲击的功能菌群。
1.2分析方法
(1)氨氮[10]：采用传统纳氏试剂分光光度法，751分光光度计。
(2)COD[10]：采用传统重铬酸钾法进行测定。
(3)总氮[10]：过硫酸钾氧化-紫外分光光度法。
(4)硝态氮[10]：紫外分光光度法。
(5)亚硝态氮[10]:N-(1-萘基)-乙二胺光度法。
2实验结果与讨论
2.1挂膜过程
UBAF与MBAF2套装置同时挂膜，每天往装置中加入高效菌种，其中，UBAF中加入18%硝化菌种及2%反硝化菌种，MBAF中加入10%硝化菌种及10%反硝化菌种，同时将废水充入其中闷曝2d。第3d起开始连续进水，气水比6：1~10：1，初期控制进水氨氮浓度100mg/L左右，通过加入碳酸钠，调节进水pH为8.5~9.0左右，当水中出现白色絮状物时，用显微镜观察，发现出现大量钟虫类及小量轮虫特征，该装置所使用的填料具有粗糙的表面，较大的孔隙率，非常利于微生物的繁殖。单级生物滤池控制水力停留时间为3h。
由于地处海南，温度为30~35℃，初期仅用2d就成功实现了微生物的挂膜，同时系统内的硝化细菌逐渐成熟并丰富，随着氨氮的浓度的逐渐提升，微生物进一步得以驯化。
2.2反冲洗过程
由于生物膜更新较快，需对填料进行反冲洗，每隔24h即对滤池进行反冲洗。先通入反冲洗空气5min，再通入反冲洗用水，在反应柱内使滤料表面增厚的微生物膜及黏附的悬浮物脱落下来，将悬浮物全部带出。10min后停止反冲洗，开始进入正常运行。反冲洗排水浊度较高，排入污水进水箱中。采用的先气冲，然后气水同时反冲洗方式，使生物滤池的工作性能尽快得到恢复。
2.3改进式曝气生物滤池处理氨氮废水结果
UBAF与MBAF两套串联装置对氨氮的处理效果如图2所示，对总氮的处理效果如图3所示，对硝态氮和亚硝态氮的处理效果如图4所示，对COD的处理效果如图5所示。

图2UBAF与MBAF装置对氨氮的处理效果
在两级曝气生物滤池串联的污水处理工艺中，第一级滤池以自养型的硝化细菌为主，对氨氮进行硝化，而第二级滤池发生同步硝化反硝化作用，以去除剩余氨氮和总氮为主要目标。
第一级曝气生物滤池以去除污水的