生物处理高氨氮高硫酸盐废水的运行机制研究

白晓慧 殷峻 陈英旭
浙江大学环境工程系杭州 310029

1.课题背景

　　含有较高浓度氨氮的废水进入环境水系后将会对鱼类等水生动物构成毒害，并刺激藻类等水生植物过度生长，出现赤湖、赤潮等富营养化现象。因此在废水治理过程中，氨氮的去除技术备受重视，成为废水治理技术研究的热点之一。目前氨氮废水的处理方法主要有氨吹脱法、折点加氯法、离子交换法、化学沉淀法、生物脱氮技术等。
　　P.L.McCarty等人通过对盐类毒性的研究发现，高浓度盐对微生物的毒性主要来自阳离子，而阴离子的影响较小。但高浓度的硫酸盐的存在对微生物的生理活动影响较大，特别是对厌氧生物处理过程中的产甲烷菌。为了不影响产甲烷菌的正常生长与繁殖，硫酸盐的浓度一般不应超过1500mg/l；对于产甲烷菌来说，该浓度可适当放宽。在好氧生物处理中，硫酸盐的限制浓度可为5000mg/l。
　　对于同时含有高浓度有机物、氨氮和硫酸盐的废水，如何通过合理控制运行条件，避免游离氨和硫酸盐还原产生的硫化氢对微生物的毒害，使微生物能够正常生长并有效去除有机物，对于那些需经预处理后排入市政排水管网的工业企业可明显降低能耗和处理成本。

2.研究方法

　　2.1.废水水质

　　试验用水采用浙江省某食品加工企业废水，废水水质如下表。

名称 COD
(mg/L) BOD₅
(mg/L) SS
(mg/L) NH_3-N
(mg/L) SO₄^2-
(mg/L) Cl^-
(mg/L) pH 混合废水
10200 4500 520 3300 4167 1334 4.5

　　2.2.试验工艺

3.结果与讨论

　　3.1.氨氮的去除
　　氨氮是以离子形式存在的铵NH+4和非离子形式存在的游离氨NH3的总和。氨氮过高会影响生化处理微生物的脱氢酶活性。据文献报道，污水中氨氮浓度在50 mg/L左右，对生物活性就有影响，800mg/L左右微生物脱氢酶的活性下降50%左右，如表1示。

表1 氨氮浓度与微生物脱氢酶活性的关系 氨氮浓度/mgL-1
50 100 200 400 800 脱氢酶活性/μgTF/mgMLSS
9.29 8.80 8.71 7.12 4.93

　　氨氮的毒性由游离氨引起。氨氮在废水中存在的方式对其毒性大小有很大影响。pH对氨氮中游离氨所占比例有很大影响，当pH=7时，游离氨仅占总氨氮的1％，而pH上升到8时，游离氨的比例上升10倍。NH3的毒性是可逆的，高浓度的含氨氮废水被稀释后，细菌的活性立即得以恢复。
　　本试验中，进出水pH基本保持在7以下，如图1。进水氨氮最高达1999mg/L，稳定运行时，出水氨氮一段平均达400mg/L以下，二段平均达350mg/L以下，总去除率可达80%以上，高浓度氨氮对生化并未产生明显影响。

　　3.2.有机物去除
　　从测试的COD和BOD5浓度看，废水属高浓度有机废水，可生化性较好。试验过程中，进水COD浓度最高达7030mg/L，通过二段活性污泥法，出水COD一段平均达900mg/L，二段平均达700mg/L，总去除率大于90%。生物处理系统总停留时间50小时。系统对COD的去除效果如图3。从图中可看出，在稳定运行的前25天，去除效果都较稳定，一段出水平均COD低于700mg/L，二段出水平均COD小于600mg/L，后5天，由于杭州气温下降（已接近12月底），当时水温一段11.5℃，二段8.8℃，生化处理效果明显下降。由于进水有机物浓度较高，且采用好氧法，为保持较高的去除效率，试验中一段好氧池污泥浓度保持在6000-8000mg/L之间，二段好氧池保持在4000-6000mg/L之间,如图4。

4.废水处理中硫化物的毒性

　　最常见的对细菌抑制的化合物是H2S。一些废水中可能不含H2S，但其它硫化合物在厌氧条件下很快转化为H2S。亚硫酸盐是比H2S更具毒性的物质，但它也能被转化为H2S或硫化物。硫酸盐虽最为常见，但SO42-本身是无毒的，它所引起的问题有两方面，一是它转化为有毒的硫化氢；二是它所带有的高浓度阳离子可能有毒。硫化物的毒性被认为由未离解状态的H2S引起，pH值对H2S的毒性强弱影响很大。在pH7以下游离H2S浓度较大，在pH7-8范围，随pH升高，游离H2S迅速降低。一般讲，如果硫酸盐的去除不是很重要，好氧的后处理即可将硫化物转化为硫酸盐。
　　周晓检等研究发酵处理味精废水中氯离子的影响表明，氯离子对厌氧发酵的抑制浓度为7 750 mg/L，杨健等研究废水中高浓度钠盐对活性污泥系统的影响得出：废水中氯离子浓度低于3～5×104 mg/L对生化影响不大。硫酸根离子对有机废水生化影响的浓度为600 mg/L。本实验中，混合后废水氯离子浓度为1 647 mg/L左右，在生化耐受范围之内。硫酸根离子浓度有5 147 mg/L，通过石灰中和，可使硫酸根得到有效处理。中试实际运行也表明，氯离子和硫酸根没有对生化造成影响。

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