A/DAT-IAT工藝處理高濃度氨氮廢水

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簡介： 介紹了一種新的序批式活性污泥反應器——A/DAT-IAT系統，該系統不需外加碳源，出水水質好，運行成本低，是一個有效脫氮的新途徑。
關鍵字：A/DAT-IAT 高濃度氨氮廢水 生物脫氮

隨著經濟的快速發(fā)展，石化、化肥、食品、煉焦和治金等行業(yè)以及垃圾填埋帶來大量高濃度氨氮廢水，造成了嚴重的環(huán)境污染，尤其是水體的富營養(yǎng)化^[1][2]。根據傳統生物脫氮機理，微生物必須處于好氧和缺氧的交替環(huán)境中進行硝化和反硝化反應，才能順利完成脫氮的過程^[3]。這種交替環(huán)境中可以通過兩種途徑來實現，一是在空間上設置不同的反應器來完成（如A/O法），二是在同一個反應器通過時間順序來完成（如SBR法）。A/O法是目前運用最廣泛的生物脫氮工藝，具有流程簡單，裝置少，勿需外加碳源，因此其建設費用和運行費用較低，但是容易受外界因素影響，出水水質不穩(wěn)定。傳統SBR法具有結構簡單、處理效果好的特點，但由于其間歇進水、反應周期長，如果有脫氮要求時需外加碳源，因而制約其大規(guī)模、大范圍的應用。A/DAT-IAT工藝是SBR工藝繼ICEAS、CASS、CAST、IDEA發(fā)之后不斷完善發(fā)展起來的一種新工藝，它的出現受到廣大學者的重視。試驗證明A/DAT-IAT系統具有良好的生物脫氮能力和運行穩(wěn)定。

1 A/DAT-IAT系統介紹

A/DAT-IAT系統由一個缺氧池、一個DAT池和一個IAT池三部分串聯組成（如圖1）。原污水通過粗格柵、沉砂池等預處理設

圖1  A/DAT-IAT試驗裝置示意圖

1進水池 2進水泵  3攪拌器  4曝氣頭  5空壓機

6出水泵    7出水池     8回流泵    9回流泵

施后首先進入缺氧池，與DAT池回流硝化液混合并完成微生物反硝化反應，生成N₂和N₂O逸出了污水。缺氧池內不曝氣，只攪拌，使污泥保持懸浮狀態(tài)。隨后上面的污水進入主曝氣DAT池，DAT池連續(xù)曝氣，在供氧充足的條件下，污水中有機物和氨氮得到有效地降解。DAT池中的大部分混合液通過內循環(huán)回流至前端的缺氧池，回流比控制在100~500%范圍內，少部分混合液流入IAT池。IAT池間歇曝氣、間歇沉淀和間歇潷水，有機物和氨氮進一步降解。 IAT池中底部沉降的活性污泥大部分作為該池下個處理周期使用，一部分污泥用污泥泵連續(xù)打回DAT池作為DAT池的回流污泥，多余的剩余污泥引至污泥處理系統進行污泥處理。

A/DAT-IAT系統實質由A/O法和SBR法串聯而成，具有兩者優(yōu)點。A/DAT-IAT工藝與A/O法一樣連續(xù)進水，避免了進水控制繁瑣，提高了反應池的利用率，節(jié)約了成本，同時又與傳統SBR法一樣間歇曝氣，并根據原水水質水量變化來調整運行周期，使之處于最佳工況^[4]。DAT池的硝化液通過內循環(huán)回流至缺氧池內完成反硝化反應，可以利用原污水中的有機物作為碳源，節(jié)約了外加碳源，同時反硝化是產堿反應，而硝化是耗堿反應，可以減少DAT池的堿投加量。IAT池可視為延時曝氣，溶解氧保持在0.5～1.5 mg/L范圍內，使該池形成了好氧、缺氧、厭氧環(huán)境，可以出現同步硝化和反硝化反應現象^[5]，有機物和氨氮進一步去除，出水水質較好。

2 試驗裝置和方法

2.1 試驗裝置

試驗裝置如圖1所示，A/DAT-IAT為有機玻璃設備，整體尺寸為320mm×120mm×270mm，有效容積為9.6L，其中缺氧池為80mm×120mm×270mm，DAT池和IAT池分別為120mm×120mm×270mm。配水系統采用孔眼配水，前隔板在高度160mm處布置一排孔眼，共有8個φ8mm的孔眼，后隔板在高度30mm處布置一排孔眼，共有6個φ8mm的孔眼。

反應器置于恒溫水浴中，保持溫度恒定。進水量、出水量以及回流比可以通過蠕動泵來控制大小。曝氣和出水的間隔時間利用時間微電腦開關來控制。

2.2 試驗用水

原水來自鎮(zhèn)江市某化工有限公司，其水質如表1。該廢水屬于高濃度氨氮廢水，且高鹽、多成分的難治理的廢水。該污水擬采用兩階段處理，第一階段超聲波預處理，第二階段生物脫氮處理。本試驗模擬第二階段生物處理，用葡萄糖和廢水稀釋液調節(jié)進水COD和氨氮濃度。

2.3 分析方法

氨氮采用鈉氏試劑分光光度法測定，COD采用重鉻酸鉀法測定，pH值采用玻璃電極法測定。

3 結果與討論

3.1 污泥培養(yǎng)和馴化

本試驗的污泥取自學校玉帶河底泥，污泥呈黑色，含大量泥沙等無機物，活性極差。污泥首先在一個有效容積為10L的玻璃缸內培養(yǎng)，取1L底泥，加9L配制水，悶曝22h，靜置2h，以后每個周期排放6L廢水，然后加入6L配制水，連續(xù)運行了12天。污泥顏色由黑色逐漸變成淺黑色，沉淀時泥水界面由開始模糊逐漸變得邊緣清晰，鏡檢可以觀察到草履蟲、漫游蟲、裂口蟲、吸管蟲等。隨著生物相逐漸變好，預示菌種已培養(yǎng)出來，但污泥活性還不強，需要繼續(xù)培養(yǎng)。培養(yǎng)12天以后，每天運行兩個周期，曝氣10h，靜置2h，連續(xù)運行了20天?；钚晕勰郤V為21％，MLSS達到3500 mg/L，污泥的絮凝和沉淀性能良好，混合液靜置半小時，上清夜清澈透明，泥水界面清晰，沉淀污泥呈黃褐色，鏡檢有大量新型菌膠團，較為密實，鏡檢可以觀察倒許多活躍鐘蟲，說明了活性污泥培養(yǎng)成功。

將活性污泥倒入A/DAT-IAT反應器中，A/DAT-IAT系統開始正常運行。IAT池反應周期為4h，其中曝氣2h，沉淀1h，排水及靜置1h。馴化初期進水COD濃度300mg/L，氨氮50mg/L，以后每隔1個星期提高COD和氨氮濃度一次，連續(xù)運行了3個月。在馴化結束時，COD濃度為600 mg/L，氨氮濃度120 mg/L，去除率分別達到94％和96％。

3.2 氨氮進水濃度的影響

進水流量0.6L/h，COD為600 mg/L，pH值7.6，不斷改變進水氨氮濃度，考察氨氮進水濃度對氨氮去除率的影響。由圖2可知，當氨氮濃度為150 mg/L，出水氨氮濃度低于 25 mg/L，可達到國家二級排放標準，說明A/DAT-IAT系統具有一定耐水質沖擊負荷的作用。當氨氮高于150 mg/L，出水水質明顯下降，分析脫氮效果下降主要的原因有兩個：一是游離態(tài)氨對微生物的抑制作用^[6]，隨著廢水氨氮濃度增加廢水中的游離氨濃度液也升高，微生物正常生理活動受到游離態(tài)氨的抑制作用；二是隨著氨氮濃度的增加，微生物繁殖也增多，DO的量和COD的量供應不能滿足微生物的需要，這時有必要提高DO或者COD供應量。氨氮濃度越低硝化降解越徹底，出水水質越好。

圖2 進水氨氮濃度對氨氮去除的情況

3.3 pH的影響

進水COD濃度600 mg/L，氨氮濃度120 mg/L，流量0.6L/h，投加NaHCO₃調節(jié)進水pH值，其處理效果見圖3。

圖3 pH對氨氮去除的影響

由圖3可以看出， pH值低于7.4或者高于8.0時，脫氮效果快速下降。pH值對氨氮去除率影響非常大，硝化細菌適宜的pH值為6.0～7.5，亞硝酸菌適宜的pH值為7.0～8.5，反應器pH小于6或者高于9.6時整個硝化反應受到抑制^[7]。對于反硝化過程，當pH值低于6或高于9時，反硝化速率很快下降，當pH值為7.6左右時，反硝化處于最佳狀態(tài)，pH值過高，硝化細菌會受到抑制而影響反硝化的反硝化速率^[8]。本試驗A/DAT-IAT系統在pH值7.4～7.8范圍內時取得最佳脫氮效果。

3.4 碳氮比的影響

保持進水氨氮濃度120 mg/L，進水量0.6L/h，pH值7.6，調節(jié)進水COD濃度，改變碳氮比，其處理效果見圖5。

圖5 C/N比對氨氮去除率的影響 

在活性污泥中，自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌的比例與污水的C/N比有關，氨氮除了為細胞提同化合成氮源外，還是硝化菌生長的能源。低C/N比的條件下，有利于自養(yǎng)硝化菌對低物和溶解氧的競爭，硝化細菌優(yōu)勢生長；高C/N比導致廢水有機物負荷過高，活性污泥系統中的異養(yǎng)型好氧菌生長速度高，自養(yǎng)型硝化菌與異養(yǎng)型好氧菌在對氧的競爭中處于劣勢，使得硝化效果不理想。但是，并不是廢水C/N比越低越好，低C/N比限制了反硝化過程。理論上，C/N比大于2.86才能滿足反硝化作用對碳源的需要^[9]。有文獻報道^[]：在實際運行中應控制C/N比大于4.0，最好高于5.7。試驗表明,A/DAT-IAT系統在C/N比為6時能取得良好的脫氮效果，說明了控制C/N比是生物脫氮的一個重要因素。

3.5 內回流比的影響

內回流比(r)是A/DAT-IAT系統脫氮一個重要控制參數，它直接決定了脫氮效率。假設生物硝化在DAT池為100％，反硝化在缺氧池也為100％，不考慮IAT池脫氮的效果，即所有的TKN均被硝化成NO₃^－-N，回流到缺氧池的所有NO₃^－-N均被反硝化為N₂，此時脫氮效率E_DN為^[10]：

從上式可以看出來，r越大，系統脫氮效率越高，出水氨氮濃度越低。實際并不是如此，因為r越高，通過內回流自DAT池帶至缺氧池的溶解氧就越多，當溶解氧較高時，反硝化會受到干擾，使得脫氮效果下降。本試驗進行了內回流比為100％、200％，300％，400％，500％，600％六個工況的運行試驗，結果如表2。確定本試驗最佳內回流比為400％。

3.6 污泥回流比的影響

A/DAT-IAT系統在不同的反應池內為混合流，在時間上是推流，DAT池內的廢水連續(xù)不斷流入IAT池，使得DAT池污泥不斷流失，最后沒有污泥了。為了避免這種情況出現，必需設置回流泵，將IAT池內污泥回流至DAT池。本試驗分別進行了回流比為50％、100％、150％、200％、250％、300％、400％的試驗，試驗結果如表3所示。氨氮去除率隨著回流比增大開始升高后來降低，回流比為250％時氨氮去除率最高。當回流比過小時，缺氧池和DAT池內污泥量少，不能有效進行有機物和氨氮降解反應；當回流比過大時，IAT池與DAT池混合液氨氮濃度不存在濃度差，幾乎合并成為一個反應池。

進水COD濃度600 mg/L，氨氮濃度120 mg/L，流量0.6L/h，pH值7.6，投加NaHCO₃改變進水pH，其處理效果見圖4。

圖4 溫度對氨氮去除的影響

硝化細菌對溫度非常敏感，在5～35℃的范圍內能進行正常的生理代謝活動，并隨著溫度的升高，生物活性增大。而反硝化細菌對溫度不如硝化細菌敏感，但反硝化效果也會隨溫度變化而變化。

4 結論

1.A/DAT-IAT工藝實質是A/0法和SBR法結合，它具有兩者優(yōu)點。不需外加碳源，出水水質好，運行成本低，是一個有效脫氮的新途徑。

2.本試驗考察了進水水質對氨氮去除率的影響。試驗表明進水氨氮為120mg/L時，碳氮比為6，pH為7.6能取得良好脫氮效果。

3.回流比對脫氮影響也非常大，

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