草炭為填料的CHF工藝處理高濃度氨氮廢水
導(dǎo)讀:：采用草炭作為CHF工藝填料，研究了草炭的理化特性及其處理高濃度氨氮廢水效果。試驗(yàn)表明，草炭獨(dú)特的理化性質(zhì)(較大的氨氮吸附量、陽(yáng)離子交換量和質(zhì)軟便于循環(huán))適合作為CHF工藝填料;當(dāng)控制水力負(fù)荷為0.5m/d、溫度20℃、濕干比40min：140min時(shí)，該工藝對(duì)COD、氨氮、總氮的去除效果依次達(dá)到80%-85%、約100%、50-55%，系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高效硝化，但總氮的去除效果不佳。
關(guān)鍵詞：草炭，氨氮，CHF工藝，硝化
腐殖質(zhì)濾池(Humus Filter，HF)是利用垃圾填埋場(chǎng)中篩選出的腐殖垃圾作為填料，構(gòu)筑形式與生物濾池類(lèi)似的一種新型惰性填料生物反應(yīng)器。HF工藝由于其優(yōu)越的污水凈化效率和廢物資源化的理念，現(xiàn)已被廣泛推廣，主要應(yīng)用領(lǐng)域：生活污水和家禽廠污水的處理。但是HF工藝和其他滴濾池一樣有堵塞和污染物負(fù)荷較低的缺陷【1-2】。循環(huán)腐殖質(zhì)濾池(Circulating Humus Filter， CHF)：通過(guò)腐殖填料循環(huán)提高處理效能，解決填料堵塞問(wèn)題的腐殖填料濾池技術(shù)。立足CHF工藝特點(diǎn)硝化，通過(guò)采用草炭為填料調(diào)節(jié)工藝運(yùn)行參數(shù)和方式分析了其處理高濃度氨氮廢水的效果，為CHF工藝應(yīng)用于高濃度氨氮廢水提供了依據(jù)。
1、實(shí)驗(yàn)材料、裝置與方法
實(shí)驗(yàn)選用草炭為填料范文。草炭具有較高的氨氮吸附量【3】和較高的陽(yáng)離子交換量CEC約為126.4cmol/kg，輕質(zhì)纖維狀具有良好的透氣功能且水力負(fù)荷較一般滴濾池高【4】。高氨氮污水選用生活污水、葡萄糖和氯化銨配制。
圖1 草炭處理高濃度氨氮廢水裝置圖
實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖一。填料柱為3個(gè)DN100高1m的PVC管。草炭裝填高度90cm，柱底裝填5cm的碎石承托層;實(shí)驗(yàn)時(shí)將3根填料柱交替串聯(lián)使用其中兩根，另一根閑置，閑置周期為3天。采用蠕動(dòng)泵間歇自上而下進(jìn)水濕干比為40min：140min，水力負(fù)荷0.5m/d，進(jìn)水適當(dāng)曝氣控制進(jìn)水溶解氧大于2ppm。研究?jī)?nèi)容包括草炭的物化性質(zhì)和工藝不同污染物負(fù)荷處理效果及其穩(wěn)定性。主要水質(zhì)分析項(xiàng)目COD、氨氮、總氮，分別采用重鉻酸鉀法、水楊酸-次氯酸鹽分光光度法、堿性過(guò)硫酸鉀消解-紫外分光光度法。
2、結(jié)果與討論
2.1草炭吸附特性研究
2.1.1 pH對(duì)其吸附性能影響
配置50mg/l的NH4+溶液，分別取4份75ml該溶液于4個(gè)100ml錐形瓶中，并且用稀NaOH溶液調(diào)節(jié)PH至6、7、8、9，各加入2.00mg經(jīng)65℃干燥的草炭。置于搖床中調(diào)節(jié)溫度25℃，轉(zhuǎn)速120r/min，時(shí)間為24h。待吸附平衡后測(cè)定吸附后溶液的NH4+濃度。
圖2 pH對(duì)草炭吸附氨氮的影響
實(shí)驗(yàn)表明：在一定范圍內(nèi)硝化，隨著溶液pH增大草炭對(duì)于氨氮的吸附呈增大趨勢(shì)，同時(shí)偏堿性環(huán)境有利于硝化細(xì)菌的增值促進(jìn)硝化反應(yīng)的順利進(jìn)行。
2.1.2靜態(tài)吸附等溫線(xiàn)實(shí)驗(yàn)
分別稱(chēng)取5份草炭(2.00mg)分別置于100的錐形瓶中，加入濃度分別為10、25、50、100、200mg/l NH4+溶液，控制溫度為25℃，在恒溫振蕩器中以120r/min的轉(zhuǎn)速震蕩24h，使吸附達(dá)到平衡。測(cè)定平衡后吸收液中的NH4+濃度。
圖3 草炭靜態(tài)吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)表明：隨著氨氮濃度的增大，草炭的吸附量逐漸增大，且在低于100mg/L時(shí)草炭吸附量增加明顯，高于100mg/L時(shí)吸附量基本維持在0.6mg/g，這表明草炭能更高效的吸附氨氮濃度較高的廢水。
2.1.3靜態(tài)吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)
將2.00g草炭加入到初始濃度為50mg/L的NH4+溶液中，控制溫度為25℃，振蕩器以120r/min不停震蕩。每隔一段時(shí)間(5min、7min、10min、20min、25min、0.5h、40min、1h、2h……)取樣分析其濃度變化，吸附平衡為止，作出吸附時(shí)間與吸附量的關(guān)系曲線(xiàn)。
圖4 草炭吸附氨氮平衡實(shí)驗(yàn)
圖4表明草炭具有高效的氨氮吸附能力硝化，僅30min左右草炭對(duì)50mg/L的NH4+溶液吸附達(dá)到平衡，平衡時(shí)間短。
綜上所述，草炭獨(dú)特的吸附特性能夠在較短時(shí)間內(nèi)吸附大量氨氮，這有利于提高工藝進(jìn)水力負(fù)荷、緩解填料層高度和工藝堵塞。
2.2 CHF工藝處理效果分析
圖5 草炭為填料的CHF工藝COD處理效果
該工藝對(duì)污染物的去除主要是由填料的吸附和微生物降解共同作用完成。系統(tǒng)運(yùn)行的初期內(nèi)部的微生物環(huán)境尚不成熟，廢水中的COD、氨氮、總氮主要是依靠草炭的高效吸附去除;如圖5所示，由于草炭高效吸附性能和陽(yáng)離子交換量使進(jìn)水初期氨氮基本被完全去除，出水氨氮濃度低于10mg/L;隨著吸附量逐漸達(dá)到飽和出水中各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)短期內(nèi)稍有回升;最終經(jīng)過(guò)約2周的馴化系統(tǒng)內(nèi)部生物環(huán)境達(dá)到穩(wěn)定，馴化周期明顯短于一般的生物濾池處理工藝，當(dāng)進(jìn)水COD濃度為150-240mg/L時(shí)，COD的去除效率穩(wěn)定在80%-85%之間，出水濃度約35-45mg/L;當(dāng)進(jìn)水COD提升至300mg/L時(shí)系統(tǒng)的COD去除效率基本不變，出水顏色呈淺黃色。
圖6 草炭為填料的CHF工藝氨氮處理效果
草炭具有良好的透氣性能【5】，當(dāng)進(jìn)水DO約為2ppm其出水上升至5-6ppm，為硝化細(xì)菌的增值提供了充足的氧氣;數(shù)據(jù)表明填料柱內(nèi)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定高效的硝化反應(yīng)。如圖6所示硝化，當(dāng)進(jìn)水氨氮負(fù)荷分別為150、200、300mg/L時(shí)，出水氨氮濃度均穩(wěn)定在2mg/L以下，去除率接近100%。同時(shí)工藝采用間歇式進(jìn)水為系統(tǒng)內(nèi)部微生物自身代謝創(chuàng)造了條件，有效的防止了由于微生物過(guò)度繁殖造成填料柱堵塞，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后滲透系數(shù)未發(fā)生明顯變化格式范文。
圖7 草炭為填料的CHF工藝總氮處理效果
由于進(jìn)水中溶解氧過(guò)高和碳源不足的限制導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部反硝化細(xì)菌增殖受到制約，系統(tǒng)反硝化不充分導(dǎo)致總氮去除率較低，系統(tǒng)在第14天到第22天時(shí)控制進(jìn)水總氮為200mg/L-230mg/L去除率約為15-20%;第23天時(shí)提升總氮至400mg/L左右時(shí)總氮去除率為50-55%，這是由于添加了碳源，進(jìn)水取消曝氣并將COD提升至300mg/L，系統(tǒng)反硝化得到強(qiáng)化。
3、結(jié)論
(1)草炭獨(dú)特的物化性質(zhì)適合作為CHF工藝處理高濃度氨氮廢水填料。主要表現(xiàn)為：較高氨氮吸附量約0.56mg/g，吸附平衡時(shí)間短約30min，pH在6-9范圍內(nèi)吸附量歲堿性增大而增大，而此范圍內(nèi)適合硝化細(xì)菌增殖。
(2)該工藝適合處理生化性較好的高濃度氨氮廢水。進(jìn)水pH控制在8-9之間(過(guò)高會(huì)影響草炭的穩(wěn)定性,導(dǎo)致出水色度增加)，當(dāng)進(jìn)水負(fù)荷為0.5m/d、溫度為20℃硝化，進(jìn)水COD、氨氮、TN濃度分別為150-180mg/L、150-160mg/L、190-220mg/L時(shí)，采用間歇式進(jìn)水(濕干比40min：140min)其出水較為清澈穩(wěn)定后COD、氨氮、TN去除率分別為：85%-90%、約100%、15%-20%;當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度提升至300mg/L，COD濃度提升至200-250mg/L時(shí)，COD、氨氮、TN去除率分別為：80%-85%、約100%、45%-50%，填料柱去除效果較穩(wěn)定;出水顏色有淺黃色。
(3)該工藝抗堵塞且具備高效的硝化功能，但總氮的去除效果不明顯。研究表明，可通過(guò)出液回流，溶解氧以及添加碳源提升總氮的去除效率;也可以添加后續(xù)厭氧單元提升反硝化效果。
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