钢铁加工废水活性污泥TN去除技术

发表时间：2021-11-15 12:58:28 阅读次

　　一般来说，对低C/N的生活污水，可以通过补充碳源去除TN，但若水质是极为恶劣的工业废水，通过增加碳源利用活性污泥法去除TN具有不确定性，这是因为硝化细菌较为敏感，在含有重金属等毒性废水中不易存活，大大增加了TN去除的难度。鉴于此，明确对低C/N的工业混合废水的脱氮行为，具有重要意义。

　　某水厂采用CASS工艺，处理以钢铁加工为主的混合废水，出水TN、NH4+-N不合格，水质含有金属离子Fe2+/Fe3+、Cu2+、Zn2+等，Cl-浓度较高(5000mg/L)，而BOD5和pH较低，对微生物，特别是硝化细菌有明显的抑制作用，由于NH4+-N、TN直接生化方法不宜处理，故水厂采用物化-生化联合工艺去除污染物质。物化段采用调节-絮凝沉淀工艺，目的是调节pH、去除金属离子及无机COD，出水进入生化段(SBR工艺)，去除BOD5及TN，但是由于金属离子的影响和碳源的缺乏常导致微生物难以培养，致生化段对TN无去除效果，出水常年不达标。针对这些情况，本文以该水厂钢铁加工废水为研究对象，进行活性污泥生物脱氮，为工程优化改造提供参考。

　　1、材料与方法

　　(1)试验水质。

　　污水厂进水经过pH调节-絮凝-沉淀后用于试验，沉淀后金属离子含量大幅度降低，TN及氯离子仍旧较高，试验采取连续流，模拟水厂生化段工艺。出水TN设计为《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级B标准。试验水质见表1。表1显示，沉淀后COD在80～120mg/L，BOD5在10～20mg/L，TOC在10～20mg/L，COD可能为无机还原性物质组成，TP<1，C∶N∶P不满足微生物营养需求，需要按照碳氮磷比例配制营养液。另外，数据显示Cl-在3000～6000mg/L，对微生物具有毒害作用。

　　(2)营养液配制。

　　一般来说，生物脱氮需碳氮比>4才能满足微生物营养需要，也有研究认为碳氮比>8才能满足80%的总氮去除率，但实际中只能去除50%的总氮，表1显示BOD5<20mg/L，TP><1，且 C、N、P 营养液比例不协调。一般认为碳源中 20%用于反硝化，而其余用于微生物自身代谢，营养液 C∶N∶P 比值一般为(100～200)∶5∶1，考虑到试验水质恶劣及碳源缺乏，适当将比例调高到 150∶5∶1。试验以磷酸二氢钾分析纯作为磷源，以分析纯乙酸钠作为碳源，按照去除 20mg/L 硝态氨氮设计营养液配比。各种营养液参数见表 2。

　　 (3)接种及试验方式。

　　试验污泥取自当地生活污水厂，经培养驯化，逐步加入试验水质直到适应水质，以进出水 TN 作为考察对象，首先放大试验参数使得 TN 具有去除能力，再逐渐收缩参数，寻找合适的临界条件。按照 SBR 方式运行：进水-搅拌-曝气-静置-出水，试验条件见表 3，不同阶段参数调整见表 4。

　　2、结果与讨论

　　(1)TN试验结果。将试验按照上表参数试验，参数调整总体思路是，首先保证各个参数大于水厂设计值，依次试探性调整污泥浓度、增加水量、降低营养液投加及缩短反应时间等进行试验(注意每次只调整1个参数)，各阶段调整结果如图所示1。

　　试验结果显示，进水TN为40mg/L左右时，第1、第2、第3阶段，出水TN可以稳定达到15mg/L以下，满足一级A标准；在第5、第6阶段出水TN大体在20mg/L左右，一级B达标不稳定，可能是由于反应时间缩短导致反应不完全;在第4阶段时，出水最大TN<20mg/L，可以达到一级 B 标准，由于水温较低，所以试验也确定了TN在较低温度下的边界条件。

　　(2)硝化反应对TN去除的影响。TN去除分为亚硝化菌将NH4+-N转化为NO2+-N的亚硝化反应，硝化菌将NO2+-N转变为NO3+-N的硝化反应及NO3+-N转化N2的反硝化作用，一般说来，试验水质中碳源不足，反硝化利用碳源，是制约TN的关键因素，但就菌种来说，亚硝化菌更敏感一些，为此，需要首先明确进出水TN、NH4+-N、NO3+-N等各种形态氮数据，如表5。

　　表5显示，各阶段进水NO3+-N与NH4+-N之和约为TN的1/2，说明剩余1/2为有机氮，有机氮在好氧及厌氧条件下都可转化为氨氮，造成氨氮负荷增加。数据显示NO3+-N几乎去除完全，说明反硝化作用较好，出水氨氮变化较大，试验数据显示氨氮去除较好的情况下，TN去除也较好，这与理论较吻合，如图2所示，说明TN去除的关键为有机氮的转化及氨氮的去除。

　　(3)污泥中金属离子对TN去除的影响。经过预处理后，试验水质中含有金属离子，含量较低，第6阶段后继续进水试验，测试MLVSS的值，直到MLVSS有所减少时，将污泥中Cu2+、Zn2+进行检测，如表6。

　　由于污泥对金属离子吸附-富集作用，使得污泥中含有较高的金属离子，检测发现，试验污泥中Cu2+为15.31mg/L，有研究显示Cu2+>5mg/L或者Zn2+>30mg/L不仅对硝化反应有抑制作用，而且可以使挥发性污泥浓度(MLVSS)有不同程度的减少，试验过程也对不同阶段MLVSS的进行检测，如图3，结果显示，随着试验的进行，虽然MLSS未有变化，但MLVSS呈阶梯减少，所以微生物的数量逐渐减少，也可能是TN不达标的影响因素之一。