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废水生物脱氮除硫特性研究

作　者: 徐永波
导　师: 赵庆良
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 硫酸盐氨氮氮气单质硫同步脱硫反硝化
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着经济的发展和社会的进步,全球生活污水和工业废水的排放量也在不断的增加。这其中就包括了同时含有氨氮和硫酸盐的废水。高浓度的氨氮和硫酸盐在废水生物工艺处理中会对微生物产生抑制作用,因此,对该类废水采用生物处理一直都存在着较大的难度。目前对同时含有氨氮和硫酸盐的废水常采用分步处理的方法。传统用微生物的去除废水中硫酸盐的主要方法是利用硫酸盐还原菌（SRB）在厌氧条件下还原硫酸盐为硫化氢,但是基于此机理的工艺在实际运行中普遍存在着处理费用较高、产泥量大、处理效果不够理想和易产生二次污染等诸多缺点。目前对含氨氮的废水的处理方法较多,但是也普遍存在着处理规模小、处理费用较高、难于控制和易于造成二次污染等诸多弊端。因此若能开发出一种工艺同步去除废水中的氨氮和硫酸盐并实现无害化处理无疑具有重要的实际应用价值。本文提出了一体式和分体式废水生物脱氮除硫工艺,并对这两种工艺进行初步研究。人工配置模拟废水,采用缺氧悬浮生长反应器进行一体式脱氮除硫过程,采用好氧SBR硝化反应器、厌氧CSTR反硫化反应器和EGSB硫氧化/反硝化反应器进行分体式脱氮除硫过程,根据一体式和分体式的实验数据和实验现象研究废水脱氮除硫反应的特征。通过缺氧悬浮生长反应器的运行效果,预测了适合预期反应发生的条件为:低浓度COD、高浓度硫酸盐、高浓度氨氮、低pH值。缺氧悬浮生长反应器中有单质硫和氮气出现,并且此两种反应产物的量不断增加,从而证明此反应装置中有预期反应的发生,但预期反应发生的力度较小。反应器内混合菌群中不同的功能菌种对系统中如COD浓度、pH值和DO含量等生态因子的要求不同,因此,采用一体化工艺利用混合菌种协同作用去除废水中的氨氮和硫酸盐并达到无害化处理的目标在操作条件上要求比较苛刻,在实际操作上难度较大。采用好氧SBR硝化反应器和厌氧CSTR反硫化反应器对含有氨氮和硫酸盐的废水进行预处理,为后面同步脱硫反硝化反应提供NO₃^-和S^2-。好氧SBR硝化反应器中,在保证溶解氧量充足的条件下,反应器最大处理负荷为进水氨氮浓度为900mgN/L,在溶解氧含量大于2.0mg/L,曝气反应6个小时的条件下。氨氮去除率达到99%左右,氨氮转化为硝酸盐的转化率达到70%左右。高浓度硫酸盐所表现出来的高渗透压对硝化作用的影响具有突发性,临界值在18.8×10⁵Pa～19.2×10⁵Pa之间,硝酸细菌对高渗透压胁迫的敏感性要高于亚硝酸细菌。随着渗透压的降低（降至12.0×10⁵Pa）,反应器的硝化功能能够逐渐恢复,渗透压对硝化作用的胁迫效应也能得到解除。在CSTR反硫化反应器,进水硫酸盐和COD浓度分别稳定在1000和3000mg/L时,为了获得较高的硫酸盐去除率和硫酸盐转化为硫离子的转化率,系统pH值应控制在7.5左右,系统碱度控制在2000mg/L左右,COD/SO₄^2-控制在≥2.0。NO₂^-和NO₃^-抑制反硫化摇瓶静态试验中,进水硫酸盐和COD浓度分别为1000和3000mg/L,废水中NO₂^-和NO₃^-含量应该低于200mg/L和250mg/L,才能保证反硫化过程的顺利进行。EGSB同步脱硫反硝化反应器中,人为创造了一个自养硫氧化/反硝化菌和异养反硝化菌共存的混养生态系统,通过二者协同作用实现对硫化物、硝酸盐和TOC同时去除以及单质硫的获得。通过不同条件下连续流运行,考察了混养条件下工艺可行性,探讨了关键影响因素如pH值和S/N比。结果表明:混养条件下可户的较好的硫化物、硝酸盐和TOC同步去除和单质硫产生的效果;较低偏碱性的pH值条件有利于同步脱硫反硝化过程的进行;S/N比是影响工艺运行效能的一个重要参数,S/N比为5/6时,可获得最佳硫化物去除和单质硫生成效果。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-29
  1.1 含氨氮及硫酸盐废水污染  11-13
    1.1.1 废水中氨氮的来源及其危害  11-12
    1.1.2 废水中硫酸盐的来源及其危害  12-13
  1.2 高浓度氨氮废水治理技术、研究动态  13-23
    1.2.1 物化法  13-18
    1.2.2 生物法  18-23
  1.3 高浓度硫酸盐废水治理技术、研究动态  23-26
    1.3.1 物化法  23-24
    1.3.2 生物法  24-26
  1.4 废水中氮、硫同步去除技术及国内外现状  26-27
    1.4.1 脱氮硫杆菌作用原理  26-27
    1.4.2 氮、硫同步去除技术现状  27
  1.5 本课题研究目的、意义及内容  27-29
    1.5.1 课题来源  27
    1.5.2 课题研究目的及意义  27-28
    1.5.3 主要研究内容  28-29
第2章实验材料与研究方法  29-37
  2.1 实验材料  29-31
    2.1.1 主要实验仪器及其用途  29-30
    2.1.2 实验药品  30-31
  2.2 实验装置  31-36
    2.2.1 SBR 好氧硝化反应器  31-32
    2.2.2 CSTR 硫酸盐还原反应器  32-33
    2.2.3 EGSB 同步脱硫反硝化反应器  33-34
    2.2.4 厌氧摇床反应器  34-35
    2.2.5 缺氧悬浮生长反应器  35-36
  2.3 主要分析项目与检测方法  36-37
第3章缺氧悬浮生物反应器实验结果与分析  37-46
  3.1 种泥来源及目标菌种的驯化  37
  3.2 缺氧悬浮生长反应器进水  37-38
  3.3 有机物的降解  38-39
  3.4 硫酸盐、氨氮的降解  39-41
  3.5 COD 对硫酸盐、氨氮降解的影响  41-43
  3.6 反应器中单质硫的变化  43
  3.7 生物气中氮气量的变化  43-44
  3.8 缺氧悬浮生长反应器脱氮除硫可行性分析  44-45
  3.9 本章小结  45-46
第4章含有氨氮以及硫酸盐废水预处理研究  46-65
  4.1 好氧SBR 硝化反应器启动与运行  46-56
    4.1.1 污泥驯化和反应器启动  47
    4.1.2 污泥驯化及反应器启动阶段结果与讨论  47-48
    4.1.3 反应器最大处理负荷的确定  48-51
    4.1.4 最佳曝气时间的确定  51-54
    4.1.5 硫酸盐对硝化反应的影响  54-56
  4.2 CSTR 反硫化反应器启动与运行  56-63
    4.2.1 种泥来源及目标菌种的驯化  56-57
    4.2.2 反应器的快速启动  57-58
    4.2.3 生态因子对硫酸盐去除及其转化为硫离子转化率的影响  58-63
  4.3 本章小结  63-65
第5章 EGSB 厌氧同步脱硫反硝化反应器运行  65-80
  5.1 EGSB 反应器混养同步脱硫反硝化的污泥驯化  65-66
  5.2 反应器的连续流运行  66-72
    5.2.1 反应器的运行效能  67-71
    5.2.2 混养条件下EGSB 反应器同步脱硫反硝化可行性探讨  71-72
  5.3 pH 值对反应器同步脱硫反硝化效能的影响  72-75
    5.3.1 进水pH 值对硫化物去除及单质硫产生的影响  72-74
    5.3.2 pH 值对TOC 及硝酸盐去除效果的影响  74-75
    5.3.3 pH 值影响同步脱硫反硝化本质分析  75
  5.4 S/N 比对反应器同步脱硫反硝化效能的影响  75-78
    5.4.1 不同S/N 比对硫化物去除及理论单质硫产率的影响  76-77
    5.4.2 不同S/N 比对反应器TOC、硝酸盐去除效果的影响  77-78
    5.4.3 不同S/N 比对反应器出水pH 值的影响  78
    5.4.4 S/N 比影响反应的本质探究以及最佳S/N 比的确定  78
  5.5 本章小结  78-80
结论与建议  80-82
参考文献  82-88
致谢  88

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