生物移動床處理煤制氣廢水的生物脫氮效能研究.pdf

1、自改革開放以來，我國經(jīng)歷了一個(gè)高速穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)期，時(shí)至今日，能源問題已經(jīng)成為制約我國發(fā)展的重要因素。我國的不可再生能源結(jié)構(gòu)為“多煤、少油、貧氣”，采用煤制氣手段能夠顯著緩解目前的“氣荒”難題。魯奇煤制氣工藝在我國應(yīng)用的較為普遍，該工藝應(yīng)用技術(shù)成熟、安裝運(yùn)行成本相對較低，具有生產(chǎn)能力高，產(chǎn)氣效能高的優(yōu)點(diǎn)，但魯奇煤制氣工藝產(chǎn)生的廢水水量大、廢水成分復(fù)雜、處理難度大，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放比較困難，因此也就成為了影響魯奇煤制氣工藝廣泛應(yīng)用的制約因素

2、。
　　生物移動床（MBBR）工藝從20世紀(jì)80年代開始被逐漸應(yīng)用于水處理領(lǐng)域，是懸浮生長的活性污泥法與附著生長的生物膜法相結(jié)合的一種工藝，具有生物量大、處理效率高，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本文采用MBBR技術(shù)作為主體工藝，研究了MBBR系統(tǒng)處理魯奇煤制氣廢水時(shí)的全程硝化反硝化及短程硝化反硝化生物脫氮效能。生物填料是MBBR工藝的核心部分，試驗(yàn)中所采用的生物填料為聚乙烯材質(zhì)，密度和比表面積分別在0.98kg/m3和1200m2/m

3、3左右，填料內(nèi)部具有骨架支撐結(jié)構(gòu)，生物膜主要附著在生物填料的內(nèi)壁。MBBR系統(tǒng)的好氧區(qū)和缺氧區(qū)的生物填料投加量分別為50％和40%，分別依靠曝氣作用和機(jī)械攪拌作用使得填料在反應(yīng)器內(nèi)流動。
　　本論文研究了MBBR系統(tǒng)在處理煤制氣廢水過程中的全程硝化反硝化脫氮效能。采用接種法和逐步排泥法相結(jié)合的方法成功啟動了MBBR系統(tǒng)。在進(jìn)水水質(zhì)相對平穩(wěn)的情況下（COD進(jìn)水濃度為987.5-1052.4mg/L，總酚進(jìn)水濃度為198.7-231.

4、8mg/L，氨氮進(jìn)水濃度為96.5-120.2mg/L，硫氰酸根進(jìn)水濃度為54.6-69.3mg/L，總氮進(jìn)水濃度為129.8-156.7mg/L），系統(tǒng)可以保持平穩(wěn)的污染物去除和總氮脫除效能，其出水的COD、總酚、氨氮、硫氰酸根和總氮的平均濃度分別為252.5mg/L、16.1mg/L、5.8mg/L、1.8mg/L和19.1mg/L。采用甲醇生產(chǎn)廢水作為系統(tǒng)缺氧段所投加的有機(jī)碳源，適宜的投加比例為甲醇廢水COD：NO3ˉ-N=5：1

5、。之后研究了進(jìn)水污染物升高和水力停留時(shí)間縮短對于MBBR系統(tǒng)生物脫氮效能的影響，并且考察了水力負(fù)荷降低后系統(tǒng)各部分處理效能的恢復(fù)情況。隨后通過考察系統(tǒng)中各段反應(yīng)器的污泥濃度（附著生長污泥和懸浮生長污泥）和硝化菌群（亞硝化菌和硝化菌）的數(shù)量和活性的變化來分析MBBR系統(tǒng)中全程硝化反硝化脫氮效能變化的原因。
　　同時(shí)研究了在MBBR系統(tǒng)中應(yīng)用短程硝化反硝化生物脫氮工藝處理魯奇煤制氣廢水的可行性。試驗(yàn)采用的MBBR系統(tǒng)中的前置MBBR內(nèi)

6、添加了機(jī)械攪拌裝置，使得其中的生物填料能夠在低曝氣量下維持良好的流動性。通過在啟動過程中維持前置MBBR內(nèi)較低的溶解氧濃度（1.0mg/L左右）可以使前置MBBR出水中的氧化態(tài)氮以亞硝態(tài)氮為主。在穩(wěn)定進(jìn)水階段，廢水在系統(tǒng)內(nèi)的HRT維持在96h左右，MBBR系統(tǒng)對于COD、總酚、氨氮、硫氰酸根和總氮的平均去除率分別可以達(dá)到75.58%、93.93%、94.34%、97.17%和80.72%。前置MBBR中可以維持較平穩(wěn)的亞硝態(tài)氮積累，其出

7、水中的NO2ˉ-N濃度在58.6mg/L到71.2mg/L之間波動，NO3ˉ-N濃度始終維持在5mg/L以下，缺氧段適宜的甲醇廢水投加比例為甲醇廢水COD：NO2ˉ-N=3.5：1。進(jìn)水污染物濃度提高對于MBBR系統(tǒng)的短程硝化反硝化脫氮效能具有明顯的影響，而小幅提升前置MBBR內(nèi)的溶解氧濃度可以使其生物脫氮效能有所恢復(fù)，之后考察了HRT下降和恢復(fù)時(shí)MBBR系統(tǒng)短程硝化反硝化脫氮效能的變化情況，并通過系統(tǒng)內(nèi)的污泥濃度變化和亞硝化菌以及硝化

8、菌數(shù)量和活性的變化來分析MBBR系統(tǒng)短程硝化反硝化脫氮效能的變化情況。
　　隨后考察了煤制氣廢水中主要污染物對于MBBR系統(tǒng)生物脫氮效能的影響。由于實(shí)際煤制氣廢水中的污染物濃度變化較大，所以試驗(yàn)采用模擬煤制氣廢水進(jìn)行，模擬廢水中添加的主要污染物為氨氮、硫氰酸根、有機(jī)氮（苯胺、吡啶和喹啉）、苯酚和鄰甲酚，并加入一定比例的營養(yǎng)物質(zhì)和微量元素。直接采用該模擬廢水代替實(shí)際煤制氣廢水作為MBBR系統(tǒng)的進(jìn)水，并在系統(tǒng)各部分出水水質(zhì)穩(wěn)定后按一定

9、比例單獨(dú)提升進(jìn)水中一種污染物的濃度，考察不同污染物濃度對于MBBR系統(tǒng)全程硝化反硝化和短程硝化反硝化脫氮效能的影響，并考察了各進(jìn)水污染物濃度恢復(fù)到正常水平時(shí)MBBR系統(tǒng)生物脫氮效能的恢復(fù)情況。
　　之后采用顯微鏡和掃描電鏡對MBBR系統(tǒng)內(nèi)各部分生物膜的特征進(jìn)行觀察分析，并通過序批試驗(yàn)分別考察了實(shí)際煤制氣廢水中的主要含氮污染物在前置MBBR中的全程硝化降解性能和短程硝化降解性能，序批試驗(yàn)分別以前置MBBR中的懸浮生長污泥和附著生長污