A/DAT-IAT工艺处理高浓度氨氮废水

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简介： 介绍了一种新的序批式活性污泥反应器——A/DAT-IAT系统，该系统不需外加碳源，出水水质好，运行成本低，是一个有效脱氮的新途径。
关键字：A/DAT-IAT 高浓度氨氮废水 生物脱氮

随着经济的快速发展，石化、化肥、食品、炼焦和治金等行业以及垃圾填埋带来大量高浓度氨氮废水，造成了严重的环境污染，尤其是水体的富营养化^[1][2]。根据传统生物脱氮机理，微生物必须处于好氧和缺氧的交替环境中进行硝化和反硝化反应，才能顺利完成脱氮的过程^[3]。这种交替环境中可以通过两种途径来实现，一是在空间上设置不同的反应器来完成（如A/O法），二是在同一个反应器通过时间顺序来完成（如SBR法）。A/O法是目前运用最广泛的生物脱氮工艺，具有流程简单，装置少，勿需外加碳源，因此其建设费用和运行费用较低，但是容易受外界因素影响，出水水质不稳定。传统SBR法具有结构简单、处理效果好的特点，但由于其间歇进水、反应周期长，如果有脱氮要求时需外加碳源，因而制约其大规模、大范围的应用。A/DAT-IAT工艺是SBR工艺继ICEAS、CASS、CAST、IDEA发之后不断完善发展起来的一种新工艺，它的出现受到广大学者的重视。试验证明A/DAT-IAT系统具有良好的生物脱氮能力和运行稳定。

1 A/DAT-IAT系统介绍

A/DAT-IAT系统由一个缺氧池、一个DAT池和一个IAT池三部分串联组成（如图1）。原污水通过粗格栅、沉砂池等预处理设

图1  A/DAT-IAT试验装置示意图

1进水池 2进水泵  3搅拌器  4曝气头  5空压机

6出水泵    7出水池     8回流泵    9回流泵

施后首先进入缺氧池，与DAT池回流硝化液混合并完成微生物反硝化反应，生成N₂和N₂O逸出了污水。缺氧池内不曝气，只搅拌，使污泥保持悬浮状态。随后上面的污水进入主曝气DAT池，DAT池连续曝气，在供氧充足的条件下，污水中有机物和氨氮得到有效地降解。DAT池中的大部分混合液通过内循环回流至前端的缺氧池，回流比控制在100~500%范围内，少部分混合液流入IAT池。IAT池间歇曝气、间歇沉淀和间歇滗水，有机物和氨氮进一步降解。 IAT池中底部沉降的活性污泥大部分作为该池下个处理周期使用，一部分污泥用污泥泵连续打回DAT池作为DAT池的回流污泥，多余的剩余污泥引至污泥处理系统进行污泥处理。

A/DAT-IAT系统实质由A/O法和SBR法串联而成，具有两者优点。A/DAT-IAT工艺与A/O法一样连续进水，避免了进水控制繁琐，提高了反应池的利用率，节约了成本，同时又与传统SBR法一样间歇曝气，并根据原水水质水量变化来调整运行周期，使之处于最佳工况^[4]。DAT池的硝化液通过内循环回流至缺氧池内完成反硝化反应，可以利用原污水中的有机物作为碳源，节约了外加碳源，同时反硝化是产碱反应，而硝化是耗碱反应，可以减少DAT池的碱投加量。IAT池可视为延时曝气，溶解氧保持在0.5～1.5 mg/L范围内，使该池形成了好氧、缺氧、厌氧环境，可以出现同步硝化和反硝化反应现象^[5]，有机物和氨氮进一步去除，出水水质较好。

2 试验装置和方法

2.1 试验装置

试验装置如图1所示，A/DAT-IAT为有机玻璃设备，整体尺寸为320mm×120mm×270mm，有效容积为9.6L，其中缺氧池为80mm×120mm×270mm，DAT池和IAT池分别为120mm×120mm×270mm。配水系统采用孔眼配水，前隔板在高度160mm处布置一排孔眼，共有8个φ8mm的孔眼，后隔板在高度30mm处布置一排孔眼，共有6个φ8mm的孔眼。

反应器置于恒温水浴中，保持温度恒定。进水量、出水量以及回流比可以通过蠕动泵来控制大小。曝气和出水的间隔时间利用时间微电脑开关来控制。

2.2 试验用水

原水来自镇江市某化工有限公司，其水质如表1。该废水属于高浓度氨氮废水，且高盐、多成分的难治理的废水。该污水拟采用两阶段处理，第一阶段超声波预处理，第二阶段生物脱氮处理。本试验模拟第二阶段生物处理，用葡萄糖和废水稀释液调节进水COD和氨氮浓度。

2.3 分析方法

氨氮采用钠氏试剂分光光度法测定，COD采用重铬酸钾法测定，pH值采用玻璃电极法测定。

3 结果与讨论

3.1 污泥培养和驯化

本试验的污泥取自学校玉带河底泥，污泥呈黑色，含大量泥沙等无机物，活性极差。污泥首先在一个有效容积为10L的玻璃缸内培养，取1L底泥，加9L配制水，闷曝22h，静置2h，以后每个周期排放6L废水，然后加入6L配制水，连续运行了12天。污泥颜色由黑色逐渐变成浅黑色，沉淀时泥水界面由开始模糊逐渐变得边缘清晰，镜检可以观察到草履虫、漫游虫、裂口虫、吸管虫等。随着生物相逐渐变好，预示菌种已培养出来，但污泥活性还不强，需要继续培养。培养12天以后，每天运行两个周期，曝气10h，静置2h，连续运行了20天。活性污泥SV为21％，MLSS达到3500 mg/L，污泥的絮凝和沉淀性能良好，混合液静置半小时，上清夜清澈透明，泥水界面清晰，沉淀污泥呈黄褐色，镜检有大量新型菌胶团，较为密实，镜检可以观察倒许多活跃钟虫，说明了活性污泥培养成功。

将活性污泥倒入A/DAT-IAT反应器中，A/DAT-IAT系统开始正常运行。IAT池反应周期为4h，其中曝气2h，沉淀1h，排水及静置1h。驯化初期进水COD浓度300mg/L，氨氮50mg/L，以后每隔1个星期提高COD和氨氮浓度一次，连续运行了3个月。在驯化结束时，COD浓度为600 mg/L，氨氮浓度120 mg/L，去除率分别达到94％和96％。

3.2 氨氮进水浓度的影响

进水流量0.6L/h，COD为600 mg/L，pH值7.6，不断改变进水氨氮浓度，考察氨氮进水浓度对氨氮去除率的影响。由图2可知，当氨氮浓度为150 mg/L，出水氨氮浓度低于 25 mg/L，可达到国家二级排放标准，说明A/DAT-IAT系统具有一定耐水质冲击负荷的作用。当氨氮高于150 mg/L，出水水质明显下降，分析脱氮效果下降主要的原因有两个：一是游离态氨对微生物的抑制作用^[6]，随着废水氨氮浓度增加废水中的游离氨浓度液也升高，微生物正常生理活动受到游离态氨的抑制作用；二是随着氨氮浓度的增加，微生物繁殖也增多，DO的量和COD的量供应不能满足微生物的需要，这时有必要提高DO或者COD供应量。氨氮浓度越低硝化降解越彻底，出水水质越好。

图2 进水氨氮浓度对氨氮去除的情况

3.3 pH的影响

进水COD浓度600 mg/L，氨氮浓度120 mg/L，流量0.6L/h，投加NaHCO₃调节进水pH值，其处理效果见图3。

图3 pH对氨氮去除的影响

由图3可以看出， pH值低于7.4或者高于8.0时，脱氮效果快速下降。pH值对氨氮去除率影响非常大，硝化细菌适宜的pH值为6.0～7.5，亚硝酸菌适宜的pH值为7.0～8.5，反应器pH小于6或者高于9.6时整个硝化反应受到抑制^[7]。对于反硝化过程，当pH值低于6或高于9时，反硝化速率很快下降，当pH值为7.6左右时，反硝化处于最佳状态，pH值过高，硝化细菌会受到抑制而影响反硝化的反硝化速率^[8]。本试验A/DAT-IAT系统在pH值7.4～7.8范围内时取得最佳脱氮效果。

3.4 碳氮比的影响

保持进水氨氮浓度120 mg/L，进水量0.6L/h，pH值7.6，调节进水COD浓度，改变碳氮比，其处理效果见图5。

图5 C/N比对氨氮去除率的影响 

在活性污泥中，自养菌和异养菌的比例与污水的C/N比有关，氨氮除了为细胞提同化合成氮源外，还是硝化菌生长的能源。低C/N比的条件下，有利于自养硝化菌对低物和溶解氧的竞争，硝化细菌优势生长；高C/N比导致废水有机物负荷过高，活性污泥系统中的异养型好氧菌生长速度高，自养型硝化菌与异养型好氧菌在对氧的竞争中处于劣势，使得硝化效果不理想。但是，并不是废水C/N比越低越好，低C/N比限制了反硝化过程。理论上，C/N比大于2.86才能满足反硝化作用对碳源的需要^[9]。有文献报道^[]：在实际运行中应控制C/N比大于4.0，最好高于5.7。试验表明,A/DAT-IAT系统在C/N比为6时能取得良好的脱氮效果，说明了控制C/N比是生物脱氮的一个重要因素。

3.5 内回流比的影响

内回流比(r)是A/DAT-IAT系统脱氮一个重要控制参数，它直接决定了脱氮效率。假设生物硝化在DAT池为100％，反硝化在缺氧池也为100％，不考虑IAT池脱氮的效果，即所有的TKN均被硝化成NO₃^－-N，回流到缺氧池的所有NO₃^－-N均被反硝化为N₂，此时脱氮效率E_DN为^[10]：

从上式可以看出来，r越大，系统脱氮效率越高，出水氨氮浓度越低。实际并不是如此，因为r越高，通过内回流自DAT池带至缺氧池的溶解氧就越多，当溶解氧较高时，反硝化会受到干扰，使得脱氮效果下降。本试验进行了内回流比为100％、200％，300％，400％，500％，600％六个工况的运行试验，结果如表2。确定本试验最佳内回流比为400％。

3.6 污泥回流比的影响

A/DAT-IAT系统在不同的反应池内为混合流，在时间上是推流，DAT池内的废水连续不断流入IAT池，使得DAT池污泥不断流失，最后没有污泥了。为了避免这种情况出现，必需设置回流泵，将IAT池内污泥回流至DAT池。本试验分别进行了回流比为50％、100％、150％、200％、250％、300％、400％的试验，试验结果如表3所示。氨氮去除率随着回流比增大开始升高后来降低，回流比为250％时氨氮去除率最高。当回流比过小时，缺氧池和DAT池内污泥量少，不能有效进行有机物和氨氮降解反应；当回流比过大时，IAT池与DAT池混合液氨氮浓度不存在浓度差，几乎合并成为一个反应池。

进水COD浓度600 mg/L，氨氮浓度120 mg/L，流量0.6L/h，pH值7.6，投加NaHCO₃改变进水pH，其处理效果见图4。

图4 温度对氨氮去除的影响

硝化细菌对温度非常敏感，在5～35℃的范围内能进行正常的生理代谢活动，并随着温度的升高，生物活性增大。而反硝化细菌对温度不如硝化细菌敏感，但反硝化效果也会随温度变化而变化。

4 结论

1.A/DAT-IAT工艺实质是A/0法和SBR法结合，它具有两者优点。不需外加碳源，出水水质好，运行成本低，是一个有效脱氮的新途径。

2.本试验考察了进水水质对氨氮去除率的影响。试验表明进水氨氮为120mg/L时，碳氮比为6，pH为7.6能取得良好脱氮效果。

3.回流比对脱氮影响也非常大，

参考文献

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