污水脱氮处理反硝化工艺分析-第3页-北极星水处理网

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2. 2 发酵液的反硝化性能

图4 显示的是不同COD/ N 比条件下发酵液作为碳源时在NUR 实验中NO2 -N、NO3 -N 和COD 的浓度变化情况。可以看出,当COD/ N = 2 和4 时,出水中仍有残留的NO3 -N 和累积的NO2 -N,因此导致的是不完全的反硝化过程,而当COD/ N 增加到6 和8 时,尽管NO2 -N 在60 min 的时候达到最高累积值9. 5 和12. 2 mg˙L - 1 ,但是出水TN 浓度在1. 5 mg˙L - 1 以下。这表明COD/ N 比为6 和8 时有完全的反硝化过程发生,由此可见发酵液的反硝化性能只受量的限制,并不受可用性的限制。当COD/ N 值增加到10,尽管NO2 -N 的最高积累值的时间提前了10 min,但是最高累积量却没有变化。图4(c)显示的是反应过程中COD 的变化情况,当COD/ N 比值为2、4 和6时,出水COD 值均小于30 mg˙L - 1 ,而当COD/ N = 8和10 时出水COD 有明显增加(75 和96 mg˙L - 1 )。

因此,如果从出水中COD 和TN 的浓度达到最小值的角度来看,最佳的COD/ N 比值为6。

混合碳源的反硝化性能可以用硝酸盐利用情况来评价,同时也可以得到其中的快速降解有机物(SS )和慢速降解有机物(XS )的含量。硝酸盐NOx -N(NO3 -N + 0. 6NO2 -N) 利用速率实验是基于还原1 gNO2 -N 和0. 6 g NO3 -N 至1 g N2 需要同样数量的电子的理论。图5 考察了COD/ N = 6 的条件下NOx -N 的变化情况,在前60 min 内NOx -N 有最快的减少速率(32. 6 mg˙(L˙h) - 1 ),这个阶段是发酵液中的乳酸和乙酸等SS 被反硝化菌利用;当SS 被利用完之后,接下来的60 ~ 100 min 内NOx -N 的减少速率为17. 3 mg˙(L˙h) - 1 ,这个阶段是发酵液中碳水化合物和蛋白质等xS 被反硝化菌利用的过程,最后一个阶段是系统中的内源物质反硝化过程。根据SAGE 等的研究,可知碳源的反硝化速率VDN 和反硝化能力PDN 的计算公式如下:

式中:tC 为SS 被消耗完的时间点;NOx,in 为反应初始阶段的NOx 浓度;NOx,C 为tC 时刻的NOx 浓度;TNin 和TNe 分别为反应初始阶段和反应结束的TN 浓度;SCODin 和SCODe 分别为反应初始阶段和反应结束的SCOD 浓度。

根据图5 和以上公式可以计算出发酵液的反硝化性能参数VDN,Ss = 12. 89 mg˙(g˙h) - 1 和PDN =0. 174 g˙g - 1 (COD)。VDN 代表的是反硝化过程中N的减少速率,PDN 代表的是活性污泥因消耗一定量的COD 而减少的N 的量。理论上,每转化1 g NO3 -N成N2 需要2. 86 g COD ( PDN,理论值= 0. 35 g ˙ g - 1(COD));但实际上系统中的碳源不仅需要用于反硝化过程的电子,还要为系统中的微生物的新陈代谢提供能源和能量,因此真正的PDN 值都应该小于理论值。表2 比较了一些化学有机物和工业废水的反硝化性能参数,可以看出发酵液的VDN 和PDN 明显优于很多化学有机物和工业废水,由此可见短程发酵液具有高效的反硝化性能。

如图5 所示,混合碳源中的SS 可以根据碳源的PDN 和由快速降解碳源引起的N 损耗计算出来,公式如下:

式中:SS 为混合碳源种的快速降解成分;(ΔNOx -N)tC 为tC 时刻NOx -N 的减少量;PDN 代表系统的反硝化能力。

由此计算出发酵液中的SS 组分为58. 35% ,因此其中的XS 组分为41. 65% ,这表明发酵液中的快速降解有机物占有很大比例。根据2. 1 部分的结论可知发酵液中的TOA 占SCOD 的24. 6% ,这就表明发酵液中除了有机酸,其中部分碳水化合物或未知成分也可以被反硝化菌快速利用。HENZE 等和候红娟等研究表明,城市生活污水中的快速降解有机物仅占TCOD 的10% ~ 20% ,因此丰富的快速降解有机物含量也表明发酵液是一种优质的反硝化碳源。具体参见污水宝商城资料或http://www.dowater.com更多相关技术文档。

3结论

1)厨余垃圾在短程自由发酵过程中,初始固体浓度对发酵过程和产物有重要的影响。TS3 (厨余和水质量比为3 ∶ 1)条件下酸化率最高。

2)短程发酵液是以碳水化合物为主,还包含了乳酸和乙酸等有机酸,以及一些未知有机物的混合碳源。

3)NUR 批次实验表明COD/ N = 6 是短程发酵液反硝化过程的最佳比值,而且发酵液中超过一半的有机物都是容易被反硝化菌利用的有机物。

4)本研究在经济和时间双重节约模式下得到的短程发酵液被证明是一种优质的反硝化碳源,这将为厨余垃圾应用于污水处理的实际应用奠定了基础。

原标题：污水脱氮处理反硝化工艺分析

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