Zeolite是一種架狀結構的多孔穴和通道的硅鋁酸鹽,在我國分布廣、儲量大,較易開采,而且價格低廉。由于沸石具有巨大的比表面積(400~800m2/g),有良好的吸附、交換性能,并且還是一種極性吸附劑,可以吸附有極性的分子和細菌,對細菌有富集作用,因此沸石是一種理想的生物載體,已被廣泛應用于工農業及環境保護領域。將沸石與SBR結合起來,研究一種沸石強化SBR的生物處理工藝,以期能強化其生物脫氮功能,對開辟一條經濟有效的污水處理新工藝具有重要的現實意義。

近年來,隨著國家新的污水處理綜合排放標準(GB18918-2002)的執行,對污水排放尤其是城鎮污水處理排放的COD、氨氮和總氮等提出了更嚴格的要求。而現行的廢水處理工藝在生物脫氮時暴露出許多問題,如工藝流程長、控制復雜,運行成本高等。簡化脫氮工藝操作,降低運行成本,最大限度的去除氨氮,滿足污水處理的新要求已成為當今環境工作者所面臨的重要課題。

間歇式活性污泥法(SBR)在處理城市污水時通過好氧、厭氧或缺氧交替運行的方式,在有效去除有機物的同時,也能同時達到的脫氮效果。但在整個工藝過程中,操作、控制運行難度較大。因而,大多數情況下并不能達到預期脫氮效果,這是目前SBR工藝亟待解決的問題之一。

1、實驗部分

1.1實驗工藝流程和運行參數

工藝流程:污水→初沉池→SBR反應器→出水。

運行參數:SBR運行周期為:曝氣6h、沉淀和排水3h、閑置2h。泥齡18d,污泥濃度3000~3500mg/L,pH值6.0~7.0,水溫20~22℃,SV:23%,SVI:68。

SBR:有效容積11.5L,透明有機玻璃制造。

1.2實驗方法

1.2.1沸石對有機物及氨氮的吸附

取一定量生活污水7000mL,加入一定濃度的氯化銨溶液,成為配制的混合溶液。將配制的混合溶液分成7等份,每份投加沸石1.6g。分別攪拌不同時間,分別檢測進、出水COD及NH3-N濃度,可以得出不同吸附時間下沸石對COD及NH3-N交換吸附容量,比較后即可得出最佳吸附平衡時間。

1.2.2沸石強化SBR脫氮與常規SBR生物脫氮的對比

在兩個相同的SBR反應器中,采用相同的污水進水濃度,相同的菌種,接種培養相同的時間,其中一個為常規SBR反應器,另一個在培養時投入沸石,為沸石強化SBR反應器。在操作條件相同情況下,處理相同的污水,比較它們對有機物及氨氮的去除效果。

1.3分析方法

分析方法采用國家環保局《水和廢水監測分析方法》(第3版)。

2、實驗結果與分析

2.1沸石對COD、氨氮的吸附

進水氨氮初始濃度為39.7mg/L。由圖1可知,沸石對氨氮表現出較好的吸附性能。隨著吸附時間的延長,沸石對氨氮的去除量也逐漸增加。在達到70min后,沸石的吸附量已基本接近飽和,對生活污水氨氮的最大吸附容量為4.6mg氨氮/g沸石,對氨氮最大去除率為18%。沸石在對生活污水中氨氮吸附的同時,也對COD發生吸附作用。

當進水COD濃度為389.6mg/L時,沸石的吸附作用使COD濃度迅速降低,隨著吸附反應時間的延長,沸石對COD的去除量也逐漸增加,其吸附平衡時間為80min。這表明沸石不僅對氨氮有去除作用,也對COD表現出一定的去除能力。由于沸石是一種硅酸鹽礦物,其粉末顆粒表面具有晶體缺陷,Si、Al以及一些金屬離子的配位還未達到飽和,在水合作用下,其與水分子配位而吸附、粘附污水中的膠體物質、顆粒物有機物等,使COD降低。

2.2沸石強化SBR與常規SBR生物脫氮的對比

常規SBR對氨氮去除率最高可達82%,最低64%,平均70%左右,SBR反應器投加沸石后,含沸石污泥對氨氮有較好的吸附去除作用。氨氮去除率最高可達95%,最低78%,平均85%左右,高出未加沸石反應器去除率15%,顯示投加沸石對生物脫氮有一定的強化作用。分析原因,除了前面談到的沸石具有物理吸附功能,能去除部分氨氮外,最重要的是沸石在此環境下的生物吸附與生物降解功能。

一方面,沸石粘附微生物后,形成沸石-生物復合體,微生物生長在沸石表面及內孔,它能分泌胞外酶等物質,粘附污水中的膠體物質、顆粒有機物,同時降低水中膠體的Zeta電位,有利于水中膠體顆粒的凝聚、沉降,從而提高了SBR去除氨氮和COD的能力,此為生物吸附。另一方面,對氨氮的去除是由硝化細菌完成的。硝化細菌為世代周期長的自養好氧菌,其增殖速度較慢,遠低于異養好氧菌,通常情況下不易形成種群優勢,這是造成常規SBR氨氮去除率不高的主要原因之一。沸石作為一種生物載體,利用其比表面積大的特點,可以有效的富集微生物,增加微生物尤其是硝化菌在反應器中的濃度,從而提高了對氨氮的去除率。因此,沸石強化SBR對氨氮的去除是基于生物吸附和生物降解共同作用的結果。

沸石強化SBR反應器對COD的平均去除率約為70%,常規SBR對COD的平均去除率約為59%,二者對COD的去除差異沒有對氨氮的去除那么大。原因是對有機物的去除是靠異養好氧菌完成,其增殖速度快,是水體中的優勢菌種,在水中的濃度較高,因而沸石的生物富集作用表現不明顯而已。

3、結論

(1)沸石在靜態吸附條件下對生活污水氨氮的最大吸附容量為4.6mg氨氮/(g沸石),吸附飽和時間約為70min,氨氮最大去除率為18%。

(2)沸石強化SBR反應器運行測試結果表明,沸石的投加對生物脫氮有較好的強化作用,高出常規SBR對氨氮的去除率15%左右,同時對COD的去除也有一定的提高。