-N对硫氮同步去除的影响

闫来洪，李甲国，刘春爽，吴昊澜

(1.中国石油大学(华东)化学工程学院，山东 青岛 266580；2.胜利油田正大工程开发设计有限公司，山东 东营 257000；3.中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京 100083)



闫来洪1，李甲国2，刘春爽1，吴昊澜3

(1.中国石油大学(华东)化学工程学院，山东 青岛 266580；2.胜利油田正大工程开发设计有限公司，山东 东营 257000；3.中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京 100083)

摘要：采用UASB反应器，研究不同-N对硫化物、氨氮和硝态氮同步去除的影响。结果表明，在1/1、9/8、5/4、3/2四个阶段反应器稳定运行时，硫化物去除率为80%～100%，氨氮去除率为93%～99%，硝态氮去除率基本稳定在96%左右，脱氮除硫效果良好。在-N为9/8的最佳工艺条件下，硫化物去除率为100%，氨氮去除率达到99%，硝态氮去除率达到96%。同时探讨了-N影响硫氮同步去除的机理。

关键词：硫化物；氨氮；硝态氮；-N；硫氮同步去除

石油化工、制药、造纸等行业的迅猛发展，产生了大量的含硫含氮无机废水[1-2]。含硫化合物在厌氧条件下会转化为具有毒性和腐蚀性的硫化物，在废水生物处理过程中易引起污泥膨胀；含氮化合物过剩会引起水体富营养化[3-4]，破坏水生生态平衡[5-6]。

对于此类废水，传统的处理方法采用分别处理的策略：即首先将硫酸盐还原为硫化物，再氧化为单质硫[7-8]；氨氮转化为硝酸根并在反硝化菌的作用下转化为氮气[9-10]。该方法不仅工艺复杂，运行成本高，而且工艺调控困难，处理效率不高。新型的脱硫反硝化-厌氧氨氧化工艺[11]能够在同一个反应器内实现硫化物、氨氮和硝态氮的同步去除，具有工艺简单、运行成本低、污泥产率低且可以回收单质硫等优点，在含硫含氮无机废水处理领域具有良好的应用前景。

1实验

1.1UASB反应器的结构(图1)

图1　UASB反应器的结构

采用UASB反应器进行实验，该反应器由有机玻璃制成，反应区内径5 cm，高80 cm，有效容积1.57 L，总容积3 L。进水从反应器底部引入，经柱内污泥区生物处理后，产物经三相分离器，部分出水经蠕动泵回流，其余自三角堰排出，气体自顶部排出。反应器外部用黑色遮光塑料袋整体缠绕，防止光线影响反应器内反应，同时反应器管柱分别在5个不同高度设有取样口。

1.2方法

反应器采用人工配水，进水中包含：硫酸铵、亚硝酸钠和硫化钠(根据实验所需浓度配制)，磷酸二氢根浓度为7.14 mg·L-1，钙离子浓度为2.3 mg·L-1，镁离子浓度为29.3 mg·L-1，碳酸氢根浓度为762.5 mg·L-1，进水中加入微量元素Ⅰ 1.5 mg·L-1、微量元素Ⅱ 1.5 mg·L-1。微量元素含有多种微生物所需要的营养元素，其组成见表1。反应器内脱硫反硝化菌和厌氧氨氧化菌的种泥分别来源于苏州环保学院以及泥布湾污水处理厂。对两种菌进行驯化后分别取200 mL和300 mL污泥投入反应器内。

表1微量元素的组成

Tab.1　Composition of trace elements

阶段时间/dS2-/NO-3NNH+4N浓度mg·L-1NO-3N浓度mg·L-1S2-浓度mg·L-1Ⅰ1～121/1353580Ⅱ13～279/8353590Ⅲ28～415/43535100Ⅳ42～543/23535120

1.3检测指标和分析方法

实验过程中检测的废水、污泥指标及其分析方法如表3所示。

表3检测指标和分析方法

Tab.3　The detection index and analysis methods

2结果与讨论

图2　不同-N条件下的硫化物去除率

图3　不同-N比条件下的单质硫转化率及浓度

图4　不同-N条件下的氨氮去除率

图5　不同-N条件下的硝态氮去除率

3结论

参考文献：

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[2]万兴．含氮废水同时硝化反硝化工艺特性基础研究[D]．南昌：南昌大学，2007.

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[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.

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[9]蔡靖，郑平．同步脱氮除硫污泥及其微生物生态学特性[J]．化工学报，2010，61(2)：462-468.

[10]王爱杰，陈川，任南琪，等．废水碳氮硫同步脱除新工艺及其功能微生物分析[C]//第十次全国环境微生物学术研讨会论文摘要集，2007.

[11]刘春爽，李甲国，闫来洪，等．废水中硫化物、硝酸盐和氨氮生物同步去除及其机理[J]．化工学报，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

基金项目：国家自然科学基金资助项目(21307160)，山东省自然科学基金资助项目(ZR2013EEQ030)，中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(24720142053A)

收稿日期：2016-01-09

作者简介：闫来洪(1964-)，男，山东东营人，副教授，主要从事水污染治理及环境影响评价研究工作；通讯作者：李甲国，E-mail：lijiajia22581@163.com。

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.05.009

中图分类号：X 703.1

文献标识码：A

文章编号：1672-5425(2016)05-0037-04