閆來洪，李甲國，劉春爽，吳昊瀾

(1.中國石油大學(xué)(華東)化學(xué)工程學(xué)院，山東 青島 266580；2.勝利油田正大工程開發(fā)設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營 257000；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083)

?

閆來洪1，李甲國2，劉春爽1，吳昊瀾3

(1.中國石油大學(xué)(華東)化學(xué)工程學(xué)院，山東 青島 266580；2.勝利油田正大工程開發(fā)設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營 257000；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083)

摘要：采用UASB反應(yīng)器，研究不同-N對(duì)硫化物、氨氮和硝態(tài)氮同步去除的影響。結(jié)果表明，在1/1、9/8、5/4、3/2四個(gè)階段反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，硫化物去除率為80%～100%，氨氮去除率為93%～99%，硝態(tài)氮去除率基本穩(wěn)定在96%左右，脫氮除硫效果良好。在-N為9/8的最佳工藝條件下，硫化物去除率為100%，氨氮去除率達(dá)到99%，硝態(tài)氮去除率達(dá)到96%。同時(shí)探討了-N影響硫氮同步去除的機(jī)理。

關(guān)鍵詞：硫化物；氨氮；硝態(tài)氮；-N；硫氮同步去除

石油化工、制藥、造紙等行業(yè)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)生了大量的含硫含氮無機(jī)廢水[1-2]。含硫化合物在厭氧條件下會(huì)轉(zhuǎn)化為具有毒性和腐蝕性的硫化物，在廢水生物處理過程中易引起污泥膨脹；含氮化合物過剩會(huì)引起水體富營養(yǎng)化[3-4]，破壞水生生態(tài)平衡[5-6]。

對(duì)于此類廢水，傳統(tǒng)的處理方法采用分別處理的策略：即首先將硫酸鹽還原為硫化物，再氧化為單質(zhì)硫[7-8]；氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸根并在反硝化菌的作用下轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈁9-10]。該方法不僅工藝復(fù)雜，運(yùn)行成本高，而且工藝調(diào)控困難，處理效率不高。新型的脫硫反硝化-厭氧氨氧化工藝[11]能夠在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)硫化物、氨氮和硝態(tài)氮的同步去除，具有工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、污泥產(chǎn)率低且可以回收單質(zhì)硫等優(yōu)點(diǎn)，在含硫含氮無機(jī)廢水處理領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

1實(shí)驗(yàn)

1.1UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)(圖1)

圖1　UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)

采用UASB反應(yīng)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，該反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，反應(yīng)區(qū)內(nèi)徑5 cm，高80 cm，有效容積1.57 L，總?cè)莘e3 L。進(jìn)水從反應(yīng)器底部引入，經(jīng)柱內(nèi)污泥區(qū)生物處理后，產(chǎn)物經(jīng)三相分離器，部分出水經(jīng)蠕動(dòng)泵回流，其余自三角堰排出，氣體自頂部排出。反應(yīng)器外部用黑色遮光塑料袋整體纏繞，防止光線影響反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，同時(shí)反應(yīng)器管柱分別在5個(gè)不同高度設(shè)有取樣口。

1.2方法

反應(yīng)器采用人工配水，進(jìn)水中包含：硫酸銨、亞硝酸鈉和硫化鈉(根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需濃度配制)，磷酸二氫根濃度為7.14 mg·L-1，鈣離子濃度為2.3 mg·L-1，鎂離子濃度為29.3 mg·L-1，碳酸氫根濃度為762.5 mg·L-1，進(jìn)水中加入微量元素Ⅰ 1.5 mg·L-1、微量元素Ⅱ 1.5 mg·L-1。微量元素含有多種微生物所需要的營養(yǎng)元素，其組成見表1。反應(yīng)器內(nèi)脫硫反硝化菌和厭氧氨氧化菌的種泥分別來源于蘇州環(huán)保學(xué)院以及泥布灣污水處理廠。對(duì)兩種菌進(jìn)行馴化后分別取200 mL和300 mL污泥投入反應(yīng)器內(nèi)。

表1微量元素的組成

Tab.1　Composition of trace elements

階段時(shí)間/dS2-/NO-3NNH+4N濃度mg·L-1NO-3N濃度mg·L-1S2-濃度mg·L-1Ⅰ1～121/1353580Ⅱ13～279/8353590Ⅲ28～415/43535100Ⅳ42～543/23535120

1.3檢測(cè)指標(biāo)和分析方法

實(shí)驗(yàn)過程中檢測(cè)的廢水、污泥指標(biāo)及其分析方法如表3所示。

表3檢測(cè)指標(biāo)和分析方法

Tab.3　The detection index and analysis methods

2結(jié)果與討論

圖2　不同-N條件下的硫化物去除率

圖3　不同-N比條件下的單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化率及濃度

圖4　不同-N條件下的氨氮去除率

圖5　不同-N條件下的硝態(tài)氮去除率

3結(jié)論

參考文獻(xiàn)：

[1]VAIOPOULOU E,MELIDIS P,AIVASIDIS A.Sulfide removal in wastewater from petrochemical industries by autotrophic denitrificafion[J].Wat Res,2005,39(17):4101-4109.

[2]萬興．含氮廢水同時(shí)硝化反硝化工藝特性基礎(chǔ)研究[D]．南昌：南昌大學(xué)，2007.

[3]NAKHLA G F，LUGOWSKI A，SVERDLIKOV A.Simultaneous nitrification-denitrification and clarification in a pseudoliquified activated sludge system[J].Water Environment Research,2005，77(1):98-112 .

[4]楊景亮，左劍惡，胡紀(jì)萃．兩相厭氧工藝處理含硫酸鹽有機(jī)廢水的研究[J]．環(huán)境科學(xué)，1995，16(3)：8-14.

[5]REYES-AVILLA J,RAZO-FLORES E,GOMEZ J.Simultaneous biological removal of nitrogen,carbon and sulfur by denitrification[J].Wat Res,2004,38(14/15):3313-3321.

[6]CHEN C,LIU L H,LEE D J.Integrated simultaneous desulfurization and denitrification (ISDD) process at various COD/sulfate ratios[J].Bioresource Technology,2014,155:161-169.

[7]YU H,CHEN C,MA J C.Microbial community functional structure in response to micro-aerobic conditions in sulfate-reducing sulfur-producing bioreactor[J].Journal of Environmental Sciences-China,2014,26(5):1099-1107.

[8]GUO H L,CHEN C,LEE D J.Sulfur-nitrogen-carbon removal ofPseudomonassp.C27 under sulfide stress[J].Enzyme and Microbial Technology,2013,51(1):6-12.

[9]蔡靖，鄭平．同步脫氮除硫污泥及其微生物生態(tài)學(xué)特性[J]．化工學(xué)報(bào)，2010，61(2)：462-468.

[10]王愛杰，陳川，任南琪，等．廢水碳氮硫同步脫除新工藝及其功能微生物分析[C]//第十次全國環(huán)境微生物學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集，2007.

[11]劉春爽，李甲國，閆來洪，等．廢水中硫化物、硝酸鹽和氨氮生物同步去除及其機(jī)理[J]．化工學(xué)報(bào)，2015，66(2):779-784.

YAN Lai-hong1,LI Jia-guo2，LIU Chun-shuang1,WU Hao-lan3

(1.CollegeofChemicalEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao266580，China;2.ShengliOilfieldZhengdaEngineeringCo.,Ltd.,Dongying257000,China;3.SchoolofWaterResources&Environment,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)

Abstract：The effects of different -N values on simultaneous removal of sulfide,ammonia nitrogen and nitrate nitrogen were investigated by an up-flow anaerobic sludge bed(UASB) reactor.Results showed that,under 4 stages of stable operation in the reactor with -N values of 1/1,9/8,5/4 and 3/2,the removal rate of sulfide was 80%～100%,the removal rate of ammonia nitrogen was 93%～99%,and the removal rate of nitrate nitrogen was generally remained at 96%.Under the optimal conditions with -N value of 9/8,the removal rate of sulfide was 100%,the removal rate of ammonia nitrogen was 99%,and the removal rate of nitrate nitrogen was 96%.Meanwhile,the mechanism of the simultaneous removal of sulfur and nitrogen affected by -N was discussed.

Keywords：sulfide;ammonia nitrogen;nitrate -N;simultaneous removal of sulfur and nitrogen

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21307160)，山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(ZR2013EEQ030)，中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(24720142053A)

收稿日期：2016-01-09

作者簡(jiǎn)介：閆來洪(1964-)，男，山東東營人，副教授，主要從事水污染治理及環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究工作；通訊作者：李甲國，E-mail：lijiajia22581@163.com。

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.05.009

中圖分類號(hào)：X 703.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-5425(2016)05-0037-04