pH值对明胶废水脱氮除磷的影响

刘水红，李姜华

pH值对明胶废水脱氮除磷的影响

刘水红1，李姜华2

（1重庆两江建筑工程质量检测有限公司，重庆400060；2重庆市宏伟辐射防护技术服务有限公司，重庆400021）

该文采用两级串联SBR工艺处理明胶废水，考察了系统pH变化时引起的钙离子浓度的变化以及对脱氮除磷效果的影响。研究结果表明：在进水总磷为608.7～1176.8mg/L、总氮为169.2～229.3mg/L的情况下，系统出水TP、TN的平均去除率分别为99.2%和93%左右，该工艺脱氮除磷效果良好；pH值和系统钙离子浓度、磷酸钙或磷酸氢钙沉淀量、总磷浓度之间有密切关系；系统pH值宜保持在7.0左右。

pH；两级SBR；脱氮除磷

明胶废水一般存在高钙、高碱、高有机蛋白污染等特点，其处理难度大[1-2]。如果仅仅采用好氧生物处理法难以达标排放，而采用物化法，则会带来高昂的处理成本[3-5]。为此，本文通过对明胶废水生物处理系统运行特点的研究，并借鉴相关文献的研究成果，尝试了采用两级串联SBR工艺处理明胶生产废水。通过控制不同的试验条件，考察了pH值和系统出水总磷浓度、钙离子浓度以及磷酸钙或磷酸氢钙沉淀量之间的关系，分析了pH环境对系统脱氮除磷效果的影响，为高效处理明胶废水提供一定的理论试验依据。

1 试验内容与方法

1.1 试验装置与运行方式

该试验采用塑料器具作为反应器（Reactor）。其中，第一个反应器（反应器Ⅰ，简称RⅠ，下同）的有效反应容积为16L，第二个反应器（反应器Ⅱ，简称RⅡ，下同）的有效反应容积为24L。RⅠ、RⅡ中均设有搅拌装置。在缺氧状态下，通过慢速搅拌，使得反应器中污泥呈悬浮状态。该实验的曝气量通过金鱼泵的数量来控制，而曝气和搅拌时间通过时间数码控制器来控制[6]，系统装置如图1所示。采用瞬时进水，限制性曝气方式。两反应器运行方式一样，RⅠ的出水即为RⅡ的进水。

图1 反应器I、II装置示意图

1.2 试验水质及接种污泥

RⅠ在中负荷范围内运行：进水体积（排水体积）为4L，反应混合液体积为16L，COD约为1400～2000mg/L，污泥浓度约为3300～4800mg/L，污泥负荷约0.2～0.4kgCOD/(kgMLSS·d)，排水比约为0.21L，低于1/4～1/2；RⅡ在低负荷范围内运行：进水体积（排水体积）为4L，反应混合液体积为24L，污泥浓度约为10900～12700mg/L，污泥负荷约为0.03～0.05kgCOD/ (kgMLSS·d)，排水比约为0.136，小于1/3～1/6。

该试验进水水质见表1。对重庆市唐家桥污水处理厂曝气池的污泥进行取样，作为该试验接种污泥。

表1 RⅠ试验进水指标（mg/L）

1.3 测验项目及方法

2 试验结果与分析

2.1 钙离子浓度、磷酸钙（磷酸氢钙）占比分析

系统出水钙离子浓度及污泥中磷酸钙或磷酸氢钙沉淀的变化曲线，见图2。

图2 系统出水钙离子浓度及磷酸钙（磷酸氢钙）在污泥中占比

由图2可知：（1）在系统反应前期，就反应器出水钙离子浓度值而言，Ca2+（RⅡ）低于Ca2+（RⅠ）；到了中后期，RⅠ、RⅡ的钙离子出水浓度相差不大，偶尔也会出现Ca2+（RⅡ）高于Ca2+（RⅠ）的情况。出现这些变化的原因可能有：第一，反应器进水水质、水量不均匀；第二，在系统运行前期，进水钙离子浓度均高于RⅠ、RⅡ中的钙离子浓度。由于废水先经过RⅠ，再进入RⅡ，经RⅡ混合液的稀释作用而使钙离子浓度变低，因此，使得在系统运行前期出现了Ca2+（RⅡ）低于Ca2+（RⅠ）的情况，也即RⅡ出水钙离子浓度低于RⅠ出水钙离子浓度；随着运行系统周期的延长，如果不计在RⅡ中钙离子和磷酸根离子发生的沉淀反应，RⅡ很难再对经由RⅠ出水过来的钙离子浓度存在稀释作用，以致RⅠ、RⅡ钙离子在排水和进水时的浓度相差不大；当RⅡ中的pH值变得足够低时，原来沉淀的磷酸钙或磷酸氢钙重新变为游离状态，从而使得出现Ca2+（RⅡ）高于Ca2+（RⅠ）情况，也即RⅡ出水钙离子浓度高于RⅠ出水钙离子浓度。

（2）就系统中磷酸钙或磷酸氢钙沉淀在污泥中占比值而言，RⅠ远高于反应器RⅡ，前者这一值一般在42%～50%，而后者一般20%左右。出现这种现象的原因可能有：第一，RⅠ经常在较高的pH环境中运行，进水pH一般在7～10之间，从而有利于磷酸钙或磷酸氢钙沉淀的产生；第二，与系统的污泥负荷及生物量有关。由前文所叙，尽管RⅡ污泥负荷约为RⅠ污泥负荷的十分之一，但RⅡ生物量却是RⅠ生物量的两倍多。在低pH值、低负荷和高生物量的系统中不利于磷酸钙或磷酸氢钙的生成。

2.2 系统总磷去除及反应器运行分析

系统进、出水总磷及其去除率变化曲线见图3；反应器运行情况见表2～表3。

图3 系统对TP去除效果

表2 RⅠ运行情况表

表3 RⅡ运行情况表

由图3及表2、表3可看出：

在污泥酸化 （即取一定量的混合液，把pH值调到1.5左右），RⅠ总磷浓度最高可达1017.6mg/L（RⅠ在46周期时），RⅡ总磷浓度最高为519.4mg/L（RⅡ在19周期时），这说明废水中的钙离子有部分直接转换为Ca3(PO4)2或CaHPO4沉淀；当pH值处于7左右时，RⅠ、RⅡ出水钙离子浓度较稳定，总磷出水浓度也较小。以RⅡ（在19～76周期时）为例，当pH值从7.13慢慢下降到5.3时，出水钙离子浓度由90.4mg/L下降到了最低点74.4mg/L，总磷浓度从1.12mg/L上升到最高点49.76mg/L，而磷酸钙或磷酸氢钙沉淀在污泥中所占百分比下降到14.1%；在污泥酸化后，钙离子浓度由236mg/L下降到了144mg/L，总磷浓度由519mg/L下降到249mg/L。这一变化过程说明，在RⅡ中，pH值和系统最终排水时的钙离子浓度、磷酸钙或磷酸氢钙沉淀量、总磷浓度之间有密切的关系。系统应在一定的pH值环境中运行，其排水时的最小pH值应不低于6.0。

2.3 氨氮、亚硝态氮及总氮去除效果

系统出水氨氮、亚硝态氮变化曲线见图4；总氮去除效果见图5。

图4 系统对氨氮、亚硝态氮的去除效果

图5 系统对TN的去除效果

从图4、图5可以看出：（1）在整个试验过程中，RⅠ出水氨氮、亚硝态氮和总氮波动较大，出水总氮浓度最低20.56 mg/L，最高214.3 mg/L。随着磷酸钙或磷酸氢钙沉淀的慢慢积累，系统中氨氮和亚硝酸盐也开始积累，甚至几乎不能发生反硝化反应。这说明磷酸钙或磷酸氢钙沉淀对硝化菌和反硝化菌存在严重影响，从而使系统的脱氮功能基本丧失。

（2）由于磷酸钙或磷酸氢钙对RⅡ的影响较小，系统出水氨氮、亚硝态氮和总氮较稳定。当RⅡ处于第36-76周期时，由于系统一直在较低pH值环境中运行，对硝化菌产生了强烈的抑制作用，致使系统出水氨氮、总氮浓度较高，总氮去除率较低时为46.14%；当RⅡ处于第76-86周期间，系统pH值提高到了7.0以上，系统就很快恢复了正常，氨氮、总氮出水达标。系统出水TN浓度为4.2～17.6mg·L-1，总氮平均去除率在93%左右，这也满足了国家标准规定的废水排放要求。

3 结论

（1）该工艺脱氮除磷效果良好。在进水TP浓度为608.7～1176.8mg/L、TN浓度为169.2～229.3mg/L的情况下，系统出水TP、TN平均去除率分别为99.2%和93%左右。出水指标满足国家标准规定的废水排放要求。

（2）系统pH值和反应器最终排水时的总磷浓度、钙离子浓度以及磷酸钙或磷酸氢钙沉淀量之间有密切的关系，系统应在一定的pH值环境中运行。当pH值升高或降低时，会引起钙离子浓度急剧变化。在低pH值、低负荷和高生物量的系统中不利于磷酸钙或磷酸氢钙的生成。

（3）反应器Ⅰ出水氨氮、亚硝态氮和总氮波动较大，出水总氮浓度最低20.56mg/L，最高214.3mg/L。磷酸钙或磷酸氢钙沉淀对硝化菌和反硝化菌存在严重影响，从而使系统的脱氮功能基本丧失。

（4）反应器Ⅱ受到磷酸钙或磷酸氢钙的影响较小，出水氨氮、亚硝态氮和总氮效果较稳定。当系统长期在较低pH环境中运行时，严重影响了系统脱氮除磷功能。当系统的pH值保持在7.0左右时，系统运行良好。

[1]熊代群，刘惠成，陈航，等.混凝-气浮-生物接触氧化处理明胶废水[J].中国给水排水，2006，22（22）：69-71.

[2]余建朋，郑泽根.水解-硝化反硝化二级SBR工艺处理明胶生产废水[J].中国给水排水，2007，23（19）：64-66.

[3]奉林玉，周少奇，吴硕贤.双泥膜法SBR脱氮除磷效果研究[J].环境工程学报，2009，3（2）：258-262.

[4]孙洪伟，彭永臻，时晓宁，等.两级UASB-SBR处理高氨氮垃圾渗滤液的快速启动及稳定运行 [J].环境科学，2009，30（6）：1681-1688.

[5]马娟，彭永臻，王丽.温度对反硝化过程的影响以及pH值变化规律[J].中国环境科学，2008，28（11）：1004-1008.

[6]李姜华，郑泽根.SBR动力学模型的研究及其在明胶废水处理中的应用[D].重庆：重庆大学，2006.

责任编辑：孙苏

施工经验

1、买马桶时要考虑马桶的坑距

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Effects of pH on Nitrogen and Phosphorus Removal from Gelatin Wastewater

Two-stage SBR process is used to treat the wastewater from gelatin production,and the effects of pH on nitrogen and phosphorus removal and the change of Ca2+concentration are studied.The results show that the effect of nitrogen and phosphorus removal is well in the system when the influent TP is 608.7 to 1176.8 mg·L-1 and TN is 169.2 to 229.3mg·L-1,and the average removal rates of TP and TN are about 99.2%and 93%respectively.The increasing or reducing of pH will cause Ca2+concentration to change sharply and there are some close relationships among pH value,Ca2+concentration and precipitation of Ca3(PO4)2 or CaHPO4 in the system.The pH value should be maintained at about 7.0 to keep the system in good operation.

ph；two-stage SBR；nitrogen and phosphorus removal

[TU992.3]

A

1671-9107（2013）03-0037-03

基金论文：该文为国家自然科学基金资助项目（No.79270088）论文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.03.037

2013-01-07

刘水红（1979-），女，四川双流人，本科，高级工程师，主要从事市政工程相关工作。