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1、水 污 染 治 理应用多导流筒气升式环流生物反应器处理 化肥工业含氨废水3毛国柱1 ,2闻建平2贾晓强2潘 磊2王长林2郭怀成1(1.北京大学环境学院,北京100871;2.天津大学化工学院生物化工系,天津300072)摘要 在天津 化工厂建立了一套反应器有效体积为80 m3的低高径比、 多导流筒气升式环流生物反应器处理化肥工业含氨废水的装置。针对影响生物硝化效果的影响因素:气液比、 水力停留时间进行了考察,得到了操作的优化条件:气液比为501 ,水力停留时间为5 h。在此条件下,该装置对废水中的CODCr和NH+42N的去除率分别在75 %和98 %以上,出水中CODCr 5 ,Blenke
2、61965年就开始了这方面的工作,他以最佳高径比为目标,对单相喷射环流反应器的不同几何尺寸进行实验,求得这类环流反应器的最佳高径比s= 715 ,Bello7等人在高径比s 10的气升式环流反应器中对气含率和氧传质系数进行了研究,Sajc8等人研究了高径比s=10的气升式环流反应器中传质特性,闻建平9等人应用高径比s= 12的气升式环流反应器对含氨废水的处理进行了研究,并得到了优化工艺条件,如温度为3035,pH控制在78。但是以上研究采用的都是实验室规模的气升式环流反应器。对于工业应用,反应器高径比大,则反应器绝对高度大,其工程建设费用和运转的动力消耗大,加大了废水处理的成本,这必然影响气升
3、式环流反应器在工业废水处理中的应用,而低高径比气升式环流反应器的工业应用尚未见报道。本项目开发了工业规模的低高径比多导流筒气升式环流反应器,对其处理化肥工业含氨废水的操作参数进行了优化,并考察了反应器的连续运行效果。2 材料与方法211 气升式环流生物反应器(ALR)气升式环流生物反应器处理化肥含氨废水的流程见图1。反应器的主体部分直径为216 m ,高10 m。内部有7个高916 m ,直径为0168 m的导流筒,每个导流筒的正下方有1个直径为514 mm的喷嘴。反应器上部为直径411 m、 高2105 m的气液分离区。储存在废水储池中的化肥工业含氨废水通过污水泵输入反应器的底部,反应器内的
4、温度由控温系统控制,pH由pH控制系统调节。空气由气泵提供,通过喷嘴进入反应器。1pH控制系统;2 废水储池;3 污水泵;4 温控系统;5 气升式环流反应器;6 喷嘴;7 折流沉降器;8 导流筒。图1 气升式环流生物反应器处理化肥工业含氨废水装置流程图 212 废水成分本项目使用的废水是天津 化工厂的生产废水,其主要成分见表1 ,主要成分浓度范围是根据该厂近1a内的水质监测数据得到的。废水的成分测定7环 境 工 程 2006年4月第24卷第2期根据 水和废水监测分析方法(第三版) 进行。表1 废水中主要成分含量mgLNH+42NCODCrBOD5pH总碱度CN-SS56652 111293 3
5、5155013 812815 783861 71557178 318513213 反应器的启动在启动过程中,首先在反应器中投加城市污水处理厂的活性污泥,稀释后的废水由污水泵输送到反应器中,在保持通气的情况下进行间歇反应。pH控制在8815 ,温度保持在3035。每24 h停车1次,泵入新的废水后,继续进行间歇反应,废水浓度逐天提高。10 d后开始连续泵入生产废水,在30 d中废水流量从313 m3h提高到13 m3h ,投加固定化生物膜载体。214 载体载体粒径范围为2215 mm。3 结果与讨论311 气液比对NH+ 42N和CODCr的去除效果影响提高气液比可以增加反应器内的溶解氧浓度,而
6、氧在硝化反应中作为电子受体,有机化合物的氧化同样需要氧的参与,因此提高气液比有利于NH+ 42N和CODCr的去除,但气液比增大也会加剧反应器中的流体湍动,使流体剪切力增大,容易使载体上固定化的生物膜脱落,同时气液比增大也会提高气泵的动力消耗,增加废水处理成本。图2中显示的是水力停留时间HRT=5 h时T=35,pH=8 ,CODCr= 15316 mgL ,NH+ 42N = 47618 mgL ,气液比对NH+ 42N和CODCr去除效果的影响,在气液比 40时,随着气液比的增大,NH+ 42N和CODCr的去除率提高速度减缓。综合考虑废水处理效果和运行成本,以气液比为50作为工艺的优化参
7、数。图2 气液比对废水中NH+42N和CODCr去除效果的影响 312 水力停留时间对NH+ 42N和CODCr去除效果的影响 水力停留时间(HRT)是影响气升式环流反应器 处理废水效果的重要因素之一。图3是T= 35,pH= 810 ,气液比为50 ,CODCr= 19211 mgL ,NH+ 42N =50214 mgL ,HRT对废水处理效果的影响。随着HRT的增加,NH+ 42N和CODCr的去除率提高,但操作费用也随之提高。在HRT为5 h时,出水中NH+ 42N和CODCr分别降到10 mgL和40 mgL以下,相应的去除率分别达到98 %和75 %。因此,将HRT为5 h作为优化
8、参数。图3 HRT对废水中NH+42N和CODCr去除效果影响313 气升式环流反应器连续运行效果在优化条件:水力停留时间HRT= 5 h ,气液比为50 ,T= 35,pH = 810条件下,对气升式环流反应器处理化肥工业含氨废水的连续运行效果进行考察。NH+ 42N浓度为110290 mgL ,CODCr浓度为200652 mgL的废水经处理后出水中的CODCr和NH+ 42N分别降至50 mgL和10 mgL以下(见图4)。图4 优化条件下连续运行实验结果4 结论(1)低高径比多导流筒的气升式环流生物反应器可以有效处理化肥工业含氨废水。(2)低高径比多导流筒的气升式环流生物反应器处理化肥
9、工业含氨废水的优化条件是:温度3035,pH为810 ,HRT为5 h ,气液比为50。此时,NH+ 42N和CODCr的去除率分别 98 %和75 % ,出水中(下转第16页)8环 境 工 程 2006年4月第24卷第2期持膜过滤性能的稳定。另外,通过膜分离改善了因污泥沉降性能不好而导致SBR固液分离效果不好的弊端,从而提高了出水水质。系统出水水质与生活杂用水水质标准主要项目比较6见表2。表2 试验系统出水水质与生活杂用水水质标准主要项目比较项目CODCr(mgL- 1)BOD5(mgL- 1)氨氮(mgL- 1)pH浊度 度SS(mgL- 1)色度 倍本系统出水 4057108102 20
10、冲厕、 绿化标准501020615910101030扫除、 洗车标准50101061591055303 结论(1)应用膜2序批式生物反应器处理生活污水,在不排泥条件下连续运行48 d ,系统CODCr、 氨氮、 浊度的平均去除率分别为8918 %、9913 %、9916 % ,其中膜自身的平均去除率分别为1012 %、011 %、915 %。膜本身对氨氮几乎无截留,但对CODCr及浊度的强化去污作用显著,对系统的稳定运行发挥着重要作用。(2)该试验在沉降阶段利用中空纤维微滤膜组件对上清液进行抽滤,有效地降低了分离过程中的膜污染,较好地保持膜过滤性能的稳定。另外,通过膜分离改善了固液分离效果,提
11、高了出水水质,出水水质优于生活杂用水水质标准。参考文献 1 张统等.SBR及其变法污水处理与回用技术.北京:化学工业出版社,2003. 2 张永明等.双功能陶瓷膜生物反应器处理废水的研究.环境科学,2002 ,23(4) :68. 3 Bae T. H,Han S. S, Tak T. M. Mebrane sequencing batch reactorsystemfor treatment of dairy industry wastewater. Process Biochemistry ,2003 ,39(2) :2212231. 4 刘锐.一体式膜2生物反应器的微生物代谢特性及膜污染
12、控制.博士学位论文.清华大学环境工程系,2000 ,30234. 5 张颖等.一体式MBR膜自身对有机污染物去除的强化作用.哈尔滨工业大学学报.2004 ,36(2) :148. 6 生活杂用水水质标准. CJ25.1289.作者通讯处 冯旭东 100037 北京市海淀区阜成路11号 北京工商大学化学与环境工程学院电话 (010)68985446E2mail fengxd th. 2005 - 08 - 30收稿(上接第8页)NH+ 42N 10 mgL ,CODCr 50 mgL ,符合国家 化肥行业废水排放标准( GWPB421999) CODCr 150 mgL ,NH+ 42N 60
13、mgL。参考文献 1 Wen Jianping ,Pan Lei ,Xu Xiaojing ,Zhu Zhiyong. Nitrifying treatmentof wastewater fromfertilizer production in a three2phase flow airlift loopbioreactor. Chemical Engineering and Technology ,2003 ,26:271. 2 K. Sung2K oo ,K. Insoo ,L. Byung2Hun , K. Limseok ,Lee. Min2Gyu ,S.Kuen Hack. Rem
14、oval of ammonium2N from a recirculation aquaculturalsystem using an immobilized nitrifies. Aquacultural Engineering ,2000 ,21:139. 3 Huang Xia , Gui Ping , Qian Y i. Effect of sludge retention time onmicrobial behaviour in a submerged membrane bioreactor. ProcessBiochemistry ,2001 ,36:1001. 4 Wiliam
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