cn值和cod濃度對反硝化脫氮效果的影響

cn值和cod濃度對反硝化脫氮效果的影響

反硝化以有機(jī)物為電子裝置，將硝酸氮轉(zhuǎn)化為氮。因此，有機(jī)基質(zhì)的含量對反硝化的效率有很大影響。通常使用bod5、tn和cod來表示。文獻(xiàn)中保證完全反硝化需要的COD/N范圍很廣,滿足或完成反硝化的COD/N值為4～15,最小為3.4～4。國外城市污水的有機(jī)物濃度比較高,通常COD為600～800mg/L,至少為300～400mg/L。國內(nèi)研究反硝化的COD濃度一般也為300～400mg/L,C/N值對反硝化效果的影響也都是在中高COD濃度下得出的。在我國,許多南方城市污水的BOD5、COD濃度都比較低,屬于低濃度甚至是超低濃度污水,COD一般為200mg/L,有的甚至更低。應(yīng)該說,對COD為200mg/L左右時(shí)脫氮效果的研究很少(平均進(jìn)水COD為234.9mg/L,因C/N值低,TN去除率只有35%～40%),對于低COD濃度下C/N值以及進(jìn)水COD濃度對脫氮效率的影響方面的研究也很少。1試驗(yàn)材料和方法1.1氮源和磷源的配比采用人工配水進(jìn)行試驗(yàn)。以葡萄糖作為碳源;氨氮和有機(jī)氮的比例采用3∶1,氨氮采用NH4Cl,有機(jī)氮采用尿素;以KH2PO4作為磷源,并添加適量的微量元素。試驗(yàn)配水方案設(shè)計(jì)見表1。1.2反應(yīng)器設(shè)計(jì)工況試驗(yàn)采用3個(gè)間歇反應(yīng)器,均為有機(jī)玻璃制成,其有效容積為5L,進(jìn)水用蠕動(dòng)泵,出水用電磁閥。用繼電器控制系統(tǒng)的進(jìn)水、排水、曝氣和攪拌。每周期充水比為40%(相當(dāng)于推流反應(yīng)器中的污泥回流比為150%),即設(shè)計(jì)脫氮率為60%。每天運(yùn)行4個(gè)周期,每周期為6h,其中缺氧2h(包括進(jìn)水0.5h)、好氧2.5h、沉淀0.75h、排水0.5h、閑置0.25h。每個(gè)反應(yīng)器每天排泥250mL,即污泥齡為20d。待處理效果穩(wěn)定后連續(xù)監(jiān)測5～7d,取平均值,同時(shí)測定一個(gè)周期COD、NH+4-N和NO-3-N的沿程變化情況。1.3生化試劑的制備COD:標(biāo)準(zhǔn)法;NH+4-N:納氏試劑光度法;NO-3-N:紫外分光光度法;TN:過硫酸鉀氧化—紫外分光光度法;DO:膜電極法;pH:玻璃電極法。2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1進(jìn)水cod濃度的影響圖1、2、3分別為進(jìn)水COD為200、150和100mg/L左右時(shí)不同C/N值條件下COD的沿程變化情況。可以看出,進(jìn)水COD濃度以及C/N值的變化對出水COD的影響不大,進(jìn)水期結(jié)束后,由于稀釋、反硝化及微生物的代謝作用,COD濃度有很大的降低,1h后反應(yīng)器中的COD與出水COD值相差無幾,而且進(jìn)水COD濃度對出水COD濃度也沒有明顯的影響,出水COD均為50～60mg/L。出水COD中基本上為不可生物降解或難以生物降解物質(zhì),其中一部分為配水的自來水中原有的COD,多為生物難降解物質(zhì);另外還包括一些微生物吸收分解有機(jī)物時(shí)產(chǎn)生的中間產(chǎn)物以及細(xì)胞物質(zhì)內(nèi)源代謝產(chǎn)生的殘留物質(zhì)等。也有學(xué)者認(rèn)為是有機(jī)物的降解達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的平衡濃度。2.2+4-n的耐氧化性圖4、5、6分別是進(jìn)水COD為200、150和100mg/L左右時(shí)不同C/N值條件下NH+4-N的沿程變化情況。可以看出,對氨氮的去除率都比較高,均在98%以上。缺氧段氨氮濃度幾乎保持不變,進(jìn)水結(jié)束后氨氮濃度降低是稀釋作用的結(jié)果;進(jìn)入好氧期后,反應(yīng)器中COD濃度很低,氨氮迅速降解,氨氮的降解時(shí)間與反應(yīng)器中的氨氮濃度有關(guān),氨氮濃度越高,完成硝化所需要的時(shí)間也越長。2.3不同碳源、不同運(yùn)行時(shí)間對全c/n值氧合物對氧傳質(zhì)的影響圖7為進(jìn)水COD為200mg/L左右時(shí)C/N值對反硝化效果的影響。C/N值越低,對總氮的去除率越低,出水中的硝態(tài)氮濃度也越高。所加碳源(葡萄糖)屬于易生物降解物質(zhì),因此反硝化主要發(fā)生在進(jìn)水期及進(jìn)水結(jié)束后的0.5h內(nèi)。C/N值為5時(shí),缺氧期結(jié)束時(shí)反應(yīng)器中檢測不到硝態(tài)氮,實(shí)現(xiàn)了完全反硝化。而C/N值為3和4尤其是C/N值為3時(shí),缺氧期結(jié)束時(shí)硝態(tài)氮的含量很高,這也說明脫氮率降低是由碳源不足引起的。但從去除的總氮量來看,C/N值為3、4、5時(shí)對總氮的平均去除量分別為22.91、24.93和26.29mg/L,相差不大。這是因?yàn)榉聪趸瘜τ谙鯌B(tài)氮濃度而言為零級反應(yīng),與硝態(tài)氮的濃度無關(guān)。進(jìn)水COD為150mg/L左右時(shí)不同C/N值條件下的反硝化效果見圖8。當(dāng)C/N值為7.5時(shí),缺氧期結(jié)束時(shí)反應(yīng)器中的硝態(tài)氮濃度為零,基本上達(dá)到設(shè)計(jì)脫氮率(60%);而其他C/N值條件下因碳源不足,缺氧期結(jié)束時(shí)硝態(tài)氮都沒有降到零,C/N值越低,硝態(tài)氮的濃度也越高。4種C/N值條件下去除的總氮量分別為13.82、15.52、16.04和13.94mg/L,相差不大,說明碳源仍然是影響脫氮率的限制因素。圖9為進(jìn)水COD為100mg/L左右時(shí)C/N值對反硝化效果的影響。即使C/N值達(dá)到10,缺氧結(jié)束時(shí)也不能實(shí)現(xiàn)完全反硝化。這是因?yàn)殚L時(shí)間在低負(fù)荷條件下運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)的反硝化能力下降。試驗(yàn)系由C/N值(5)逐漸增加到C/N值(10),C/N值為5和6時(shí)在進(jìn)水期去除的硝態(tài)氮為2.77mg/L,而C/N值為8和10時(shí)則分別減少為1.4mg/L和0.79mg/L,即隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的推移,進(jìn)水期的反硝化速率逐漸降低。這是由于微生物長時(shí)間處于內(nèi)源代謝期,一旦有碳源進(jìn)入時(shí),首先將部分碳源貯存在體內(nèi),而不是用于反硝化脫氮。進(jìn)水期結(jié)束后缺氧反硝化期間的反硝化速率也隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加而降低。進(jìn)水COD濃度較低,而且投加的碳源比較容易降解,在進(jìn)水期基本上都被降解,因此缺氧期的反硝化主要是內(nèi)源反硝化。C/N值為5和6時(shí),缺氧段反硝化速率分別為0.44gNO-3-N/(gMLSS·h)和0.34gNO-3-N/(gMLSS·h);當(dāng)C/N值為8和10時(shí),缺氧反應(yīng)期間的硝態(tài)氮濃度呈緩慢上升趨勢,觀察不到反硝化現(xiàn)象。這是由于反應(yīng)器中含有微量的溶解氧,少量氨氮被氧化為硝態(tài)氮;系統(tǒng)長期處于極低負(fù)荷[0.056～0.076gCOD/(gMLSS·d)]運(yùn)行狀態(tài)下,而且有一部分COD是難以生物降解的,可供微生物利用的COD更少,實(shí)際可供微生物利用的COD只有40～50mg/L(出水COD為50～60mg/L),活性污泥長期處于內(nèi)源代謝階段,污泥濃度下降,從2800mg/L左右減少到2100mg/L左右(C/N值從5到10),故其內(nèi)源反硝化速率也降低,而且內(nèi)源代謝過程中微生物的分解也會(huì)產(chǎn)生氨氮以及硝態(tài)氮,這些都會(huì)增加反應(yīng)器中的硝態(tài)氮濃度,因此隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的延長,當(dāng)C/N值為8和10時(shí),缺氧段已經(jīng)觀察不到反硝化現(xiàn)象。4種C/N值條件下對總氮的去除率都很低,最高不超過35%。2.4cod的去除進(jìn)水COD及C/N值對TN去除率的影響見圖10?？梢钥吹?C/N值相同而進(jìn)水COD濃度不同時(shí),三個(gè)系統(tǒng)的脫氮率也不相同,如C/N值均為5,進(jìn)水COD為100、150和200mg/L左右時(shí)的脫氮率分別為33.91%、46.75%和61.51%,C/N值為3、4、5時(shí)進(jìn)水COD為200mg/L的系統(tǒng)脫氮率都高于進(jìn)水COD為150mg/L的系統(tǒng),即進(jìn)水COD濃度越高,系統(tǒng)的脫氮率也越高。因此要達(dá)到相同的脫氮率,不同的進(jìn)水COD濃度所需要的C/N值也不同:進(jìn)水COD為200mg/L左右時(shí),C/N值為5時(shí)可以達(dá)到完全反硝化,反硝化率達(dá)到設(shè)計(jì)脫氮率;進(jìn)水COD為150mg/L左右時(shí)要達(dá)到60%的脫氮率需要的C/N值為7.5;而進(jìn)水COD為100mg/L左右時(shí),即使C/N值提高到10也不能達(dá)到60%的脫氮率。雖然進(jìn)水COD不同,但出水COD濃度卻相差不大,因此低進(jìn)水COD濃度下實(shí)際可供微生物利用的碳源的比例減小;此外,反硝化過程中COD有三種去除機(jī)理:合成(assimilation)、反硝化(denitrification)及被氧氧化(oxidationwithoxygen),缺氧期大約有10%的COD被氧氧化,這樣可供微生物反硝化利用的COD更少,故低COD濃度下脫氮率降低。當(dāng)進(jìn)水COD值比較高時(shí),出水COD以及被氧氧化的COD占總COD的比例較小,此時(shí)以總COD代替微生物可利用的碳源產(chǎn)生的誤差很小,因此對于性質(zhì)相近的污水,可以用C/N值來代表系統(tǒng)的脫氮能力;而當(dāng)進(jìn)水有機(jī)碳源濃度較低時(shí),出水COD以及被氧氧化的COD占總COD的比例相對較大,這時(shí)需要以進(jìn)水COD濃度及C/N值來共同表示系統(tǒng)的脫氮能力。3cod對脫氮率的影響①進(jìn)水COD濃度及C/N值的變化對COD的去除效果影響不大,出水COD濃度一直穩(wěn)定在50～60mg/L。②進(jìn)水COD濃度為150mg/L和200