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          產品中心 解決方案
          含高氨氮水產養殖廢水處理新技術
          時間:2015-08-25   來源:網絡   作者:   閱讀次數:3130

          肆意排放的高氨氮含量的集約化水產養殖廢水往往會加劇鄰近水域水體富營養化,導致養殖水體及周圍水域生態嚴重失衡及環境急速惡化。集約化養殖廢水中高氨氮污染源的來源主要為養殖對象的排泄物和殘余的食料。目前國內針對處理集約化水產養殖廢水中的高氨氮一般采用傳統的污水 處理方法,這類處理工藝流程往往占地面積較大,且能耗也較大。本文運用新型的處理方法——電極生物膜法,同時利用亞硝化細菌實行短程硝化反硝化脫氮的特點,為高氨氮養殖廢水的處理提供參考。

            電極生物膜法改變傳統的外部供氧供氫方式,通過反應器內部電解產生的氧氣和氫氣作為反應供體,大大提高了轉化效率,而且可通過調節電流控制反應速率。短程電極生物膜工藝流程簡單、水力停留時間短、占地面積小、運行穩定,非常有應用價〕。

            1 實驗裝置

            采用圖 1所示裝置進行實驗。

            反應器為自主設計的雙層玻璃器皿,尺寸為D 140mm×1100mm,有效容積為12.3L,中間設一隔板將其均分為硝化區和反硝化區,底部連通。硝化區上端敞口構成好氧區,陽極和陰極各為1根碳棒;反硝化區上端用20 mm泡沫封好密封構成缺氧區,陽極為1根碳棒,陰極由4根碳棒并聯組成。碳棒的長度均為1 000 mm,浸水長度810 mm,碳棒的直徑11 mm,用0.5 cm厚的活性炭纖維(ACF)包裹。硝化和反硝化過渡區采用石英砂為填料(厚約75 cm),阻隔氧氣進入反硝化區,保證缺氧環境。取水口1取樣檢測pH、NO2--N、NO3--N,取水口2取樣檢測pH、NO2--N、NO3--N、氨氮。


          1 電極生物膜法反應器裝置

          1—超級恒溫槽;2—反應器;3—燒瓶;4—TH_CS2直流數顯恒流直流電源;5—陰極;6—陽極;7—活性炭顆粒;8—78-1型磁力攪拌器。

            2 培養、純化及馴化

            培養:定期加入(NH4)2SO4,使氨氮質量濃度為400mg/L,以乙酸為碳源,C/N維持為1,并添加適量微量元素。經過20d的培養,在硝化區陽極碳棒的活性炭纖維周圍均勻分布黃色絮體,反硝化區陰極碳棒的活性炭纖維周圍均勻分布淺黃色、海綿狀絮體,認定掛膜已成功。

            純化:純化過程控制的溫度為(30±1)℃,pH7.5~8.5,定期加入模擬水樣,模擬水樣由自來水、(NH4)2SO4、CH3COONa、KH2PO4組成,其中氨氮質量濃度400mg/L,C/N1,經過15 d培育后,得出硝化區的亞硝化率大于50%,認為純化成功。

            馴化:在純化的基礎上,硝化區和反硝化區分別接通直流電進行馴化,硝化區和反硝化區保持電流在40mA,并定期加入模擬水樣。經過連續15 d的培養,檢測到氨氮的去除率達到50%,認定馴化完成。

            3 分析方法

            DO:溶解氧儀法;pHpH計測量法;氨氮:納氏試劑比色法;NO2--NN-(1-萘基)-乙二胺光度法;NO3--N:酚二磺酸光度法;溫度:溫度計測量法。

            4 結果與分析

            影響本實驗的因素有pH、DO、C/N、溫度、HRT、電流和氨氮濃度等。實驗中控制水樣流量為12L/d。由于反硝化階段環境密閉,可近似認為反硝化階段DO小于0.5mg/L,同時反應過程中pH維持在6~9,這一區間正好適宜硝化菌和反硝化菌的生長。硝化區的電流保持在40 mA。

            4.1 pH對處理效果的影響

            在正交實驗的基礎上,取氨氮初始質量濃度為400mg/L,溫度為35℃,反硝化區的電流為100mA,C/N1,使用1mol/LHClNaOH分別調節pH4、5、6、7、8、9、10、11、12,測定6h后的氨氮濃度,結果表明,亞硝化菌和反硝化菌對pH變化十分敏感,反硝化菌的適宜pH7~9,亞硝化菌的適宜pH8~10,當pH低于5和高于12時,去除率均低于30%。pH=8時,氨氮的去除率最高。

            4.2 溫度對處理效果的影響

            當反硝化區通以直流電流100mA,固定氨氮質量濃度為400mg/L,C/N1,HRT=6h,考察溫度變化對處理效果的影響。結果表明,亞硝化菌和反硝化菌對溫度的變化同樣十分敏感,在本實驗中亞硝化菌是優勢菌,氨氮的去除率隨亞硝化菌處理能力的增加而增加,硝化反應的適宜溫度為30~40℃,低于或高于該溫度段,硝化效果均下降,在5℃時幾乎停止;反硝化反應的適宜溫度為25~35℃。這主要是因為只有在適宜的溫度范圍內,細菌體內酶的活性才得以充分發揮,代謝加快,轉化率增加。

            4.3 反硝化區電流對處理效果的影響

            當控制溫度為35 ℃,氨氮質量濃度為400 mg/L,C/N1,改變反硝化區的電流分別為0、20、40、60、80、100、120 mA,處理6 h后,考察電流對處理效果的影響,結果見圖 2。

            2 反硝化區電流變化對處理效果的影響

            從圖 2可以看出,亞硝化菌和反硝化菌對電流變化有一定的感應,在本實驗中電流100mA是一個界限,在100mA以內硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮的去除率隨電流的增加而明顯提高;而超過100mA時,硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮的去除率均出現隨電流的增加而降低現象,其中,對硝酸鹽氮影響更明顯。產生界限的原因主要是反應器有個電流極限(電流極限與反應的容積有關),電流極限以內的低電流能促進反硝化反應。造成超過極限電流時反硝化能力下降的原因有兩個方面:(1)電流越大,反硝化菌被電死的概率越大;(2)超過電流極限,陰極產生的氫過多,在生物膜內形成氫抑制現象,抑制反硝化進行。

            4.4 C/N對處理效果的影響

            當控制溫度為35 ℃,氨氮質量濃度為400 mg/L,反硝化區的電流為100 mA時,處理6 h,考察C/N對處理效果的影響,結果見圖 3。

            3 不同的C/N對處理效果的影響

            從圖 3可以看出,C/N越大,硝化和反硝化的效果越好,當C/N超過1時,處理率均在90%以上,而當C/N小于0.5時,處理效果相對來說差很多。究其原因主要是:亞硝酸菌為自養型微生物,增加碳源可促進亞硝化細菌的生長,進而提高氨氮向亞硝酸鹽氮的轉化率,使反硝化段進水中的亞硝酸鹽氮濃度增加,為反硝化過程提供了充足的底物;在反硝化區C/N增大,則增大了電子供體,促進反硝化的順利進行。結合處理效果和成本,C/N最佳值為1。

            4.5 HRT對處理效果的影響

            當控制溫度為35 ℃,反硝化區的電流為100 mA,氨氮質量濃度為400 mg/L,C/N1時,考察HRT對處理效果的影響,結果見圖 4。

            4 水力停留時間對處理效果的影響

            從圖 4可以看出,剛開始的幾個小時內氨氮和硝酸鹽氮的去除速率增長很快,而HRT=3 h時,亞硝酸鹽氮出現了積累,當HRT=6 h時,所有的測試項目的去除率均達到了90%以上,并且呈現隨HRT的增加,去除率增大。

            4.6 氨氮負荷對脫氮效果的影響

            當控制溫度為35 ℃,反硝化區的電流為100 mA,C/N1,處理6 h后,考察氨氮負荷對脫氮效果的影響,結果見圖 5。

            5 氨氮負荷對處理效果的影響

            從圖 5可以看出,在進水氨氮質量濃度為500mg/L以下時,氨氮的去除率在90%以上,超過500mg/L,去除率低于90%,氨氮的去除率隨氨氮濃度的增加呈直線下降。主要是電解電流有限,隨著氨氮負荷的增加,硝酸鹽氮出現了大量的積累,從而限制了脫氮能力。

            4.7 實際水樣的處理效果

            利用本裝置,取衡陽市某甲魚養殖場的養殖廢水進行處理,測量該廢水中的氨氮為385.6mg/L,控制溫度為35℃,反硝化區的電流為100mA,進水的 C/N1。處理結果見圖 6。

            6 實際水樣的處理效果

          從圖 6可以看出,當處理時間超過6h后氨氮的去除率達到93.5%以上,但相對于模擬水樣的98.5%有一定的差距,影響的原因是實際水樣中的螺旋藻及其他藻類物質對氨氮的去除有一定的影響。

            5 結束語

            (1)pH是決定亞硝化菌或硝化菌成為優勢菌的主要因素,當pH=8時,氨氮的去除率最高。

            (2)結合亞硝化菌和反硝化菌的適宜生長溫度特點,硝化與反硝化過程同容器的生物膜電極反應器的最佳溫度為35℃。

            (3)采用短程電極生物膜法后,相對于同反應器進行的非短程處理工藝,HRT8h縮短至6h,6h后的氨氮去除率分別達到98.5%。

            本實驗沒有對水體中的螺旋藻及其他藻類物質的影響做進一步研究,這將成為改善本實驗條件的一個發展方向。

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