再生水深度脫氮除磷方法

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:再生水深度脫氮除磷是實(shí)現(xiàn)污水資源化利用的有效途徑[1,2]，然而目前在深度處理的過程中仍存在一些問題：在脫氮方面，由于污水廠尾水自身存在碳源不足的問題，常需額外投加碳源，增加了成本的同時(shí)也容易產(chǎn)生二次污染.為解決這些問題，在反硝化過程中往往結(jié)合自養(yǎng)反硝化等進(jìn)行脫氮[3,4].硫自養(yǎng)反硝化因其具有工藝簡單，無需外加碳源以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)在低碳氮比污水處理中得到了廣泛應(yīng)用并取得了較好的效果[5~10]，但以單質(zhì)硫等作為硫源的硫自養(yǎng)反硝化不具有除磷功能.

在除磷方面，依靠傳統(tǒng)的生物除磷往往很難實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的達(dá)標(biāo)，因此需要結(jié)合化學(xué)法強(qiáng)化除磷效果，海綿鐵因其高效的除磷效果能力被國內(nèi)外研究人員所關(guān)注[11~15].匡穎等[16]研究認(rèn)為，海綿鐵腐蝕產(chǎn)生的Fe2+和進(jìn)一步氧化生成的Fe3+以及它們的水化物，在沉淀、絮凝、吸附和卷掃等作用下，可以使出水中的磷大幅度降低.

此外，國內(nèi)外許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)鐵對(duì)水中硝酸鹽的去除也具有一定效果，但是存在水力停留時(shí)間較長、氨氮積累較嚴(yán)重等問題[11,14~20];另外由于利用鐵基質(zhì)進(jìn)行的自養(yǎng)反硝化過程需要一定的適宜環(huán)境，如中性的pH等，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，此時(shí)反硝化的效果將大受到影響[21~26].

綜上，硫和海綿鐵在二級(jí)水深度脫氮除磷方面的應(yīng)用具有良好前景，將二者混合應(yīng)用不僅能夠提升系統(tǒng)的脫氮能力，也將使系統(tǒng)除磷效果大大得到增強(qiáng).目前兩者混合應(yīng)用的相關(guān)研究還較少，吳中琴[27]、蘇曉磊等[28]將單質(zhì)硫和鐵刨花組合成填料床對(duì)模擬二級(jí)出水進(jìn)行深度脫氮除磷，發(fā)現(xiàn)該工藝具有良好的脫氮除磷效果.

然而這些研究只是針對(duì)反應(yīng)器的組合方式、硫自養(yǎng)的脫氧功能及濾速對(duì)工藝脫氮除磷性能的影響等方面進(jìn)行了探討;對(duì)于填料中硫鐵比對(duì)同步脫氮除磷產(chǎn)生的影響等方面卻未作探究.本研究針對(duì)污水處理廠尾水深度脫氮除磷及其水質(zhì)特點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，探討了單質(zhì)硫和海綿鐵的體積比對(duì)反硝化脫氮除磷效果的影響，分析了系統(tǒng)脫氮除磷動(dòng)力學(xué)過程，以期為城市污水處理廠尾水深度脫氮除磷提供技術(shù)參考.

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)方法

1.1.1實(shí)驗(yàn)分組

實(shí)驗(yàn)用到粒徑均為3-5mm的硫磺，海綿鐵、陶粒這3種單一填料，以及不同硫鐵體積比混合而成的復(fù)合填料，見表1.以陶粒作為空白對(duì)照，即只加入等體積的陶粒(見表1中⑤號(hào)).

表1實(shí)驗(yàn)分組

1.1.2靜態(tài)反硝化脫氮同步除磷實(shí)驗(yàn)

反硝化脫氮除磷實(shí)驗(yàn)運(yùn)行裝置采用6只2L燒杯作為反應(yīng)器，接種污泥來自北京某污水處理廠回流污泥，實(shí)驗(yàn)用水采用人工配水模擬污水廠尾水，即在自來水中加入一定量的CH3COONa、KNO3和KH2PO4，該水質(zhì)特征為：pH=7.0-7.5，ρ(NO3--N)=30mg˙L-1，ρ(COD)=45mg˙L-1，TP=3.0mg˙L-1，COD∶TN=1.5.

向各個(gè)裝置內(nèi)加入200mL富集培養(yǎng)的活性污泥，再加實(shí)驗(yàn)配水至刻線.實(shí)驗(yàn)采用序批方式運(yùn)行，水力停留時(shí)間(HRT)為24h.實(shí)驗(yàn)裝置置于60r˙min-1的搖床內(nèi)振蕩，以確保物料的均勻;出水方式采用虹吸式出水，每次換水1.2L.測(cè)定進(jìn)出水的pH、COD、ρ(NO3--N)、ρ(SO42-)、TN、TP和總鐵.

本實(shí)驗(yàn)分為3個(gè)部分.第一部分考察填料種類對(duì)脫氮除磷效果的影響，第二部分以不同硫鐵比的復(fù)合填料為研究對(duì)象，考察復(fù)合填料中硫鐵比對(duì)脫氮除磷效果的影響，第三部分對(duì)復(fù)合填料系統(tǒng)內(nèi)脫氮除磷動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析.

1.2分析方法與儀器

實(shí)驗(yàn)中的pH采用上海三信PHS-3C型pH計(jì)測(cè)定;NO2--N、NO3--N、NH4+-N和SO42-采用瑞士萬通Metrohm861離子色譜儀測(cè)定;TN采用德國耶拿jenamultiN/C3000型TOC/TN分析儀測(cè)定;COD采用北京連華科技COD快速測(cè)定儀測(cè)定;TP和總鐵均采用島津UVmini-1240紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定，其中TP采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定，總鐵采用鄰菲羅啉分光光度法測(cè)定.

2結(jié)果與討論

2.1填料種類對(duì)脫氮除磷效果的影響

2.1.1對(duì)TN去除率的影響

對(duì)單獨(dú)硫磺、單獨(dú)海綿鐵以及兩者混合填料的脫氮效果進(jìn)行分析，以單獨(dú)陶粒填料作為對(duì)照.填料種類對(duì)總氮去除率影響如圖1所示.其中，“硫磺+海綿鐵”為②③④組實(shí)驗(yàn)均值，其余幾組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)則分別來自于①、⑤、⑥組單組實(shí)驗(yàn)值.

圖1填料種類對(duì)總氮去除率的影響

由圖1可以看出，“硫磺+海綿鐵”組總氮去除能力最高，總氮去除率維持在55%-71%;“硫磺”組去除能力略低于復(fù)合填料組，總氮去除率維持在61%上下;“海綿鐵”組脫氮能力低于前兩組，總氮去除率在43%附近波動(dòng);“空白”組脫氮能力最差，總氮去除率僅在30%左右，最高達(dá)到44%，明顯低于其它幾組.由此可見，不同填料種類的脫氮情況存在著較為明顯的差異.就單一種類填料脫氮效果而言，硫磺明顯優(yōu)于海綿鐵;而當(dāng)硫磺和海綿鐵混合成為復(fù)合填料時(shí)，總氮的去除效果得到進(jìn)一步提升.

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