IMO_SBR处理高浓度氨氮废水的实验研究

Study on highly concentrated ammonia -nitrogen wastewater treatment by

IMO-SBR

Ma Yongpeng ，He Zhengguang ，Liu Jianmin ，Ding Yu

（School of Water Conservancy and Environment ，Zhengzhou University ，Zhengzhou 450001，China ）

IMO －SBR 处理高浓度氨氮废水的实验研究

马永鹏，何争光，刘键敏，丁

玉

（郑州大学水利与环境学院，河南郑州

450001）

［摘要］IMO －SBR 工艺是结合了固定化微生物技术与SBR 工艺的一种全新污水处理工艺。该工艺充分利用了固定化微生物和SBR 的优点，既保留了固定化微生物，又较好地利用了成熟的SBR 工艺。在实验反应器内装填由聚氨酯泡沫制成的生物膜载体，并以实际高浓度氨氮废水为研究对象，通过考察温度、进水m （C ）∶m （N ）、pH 对IMO-

SBR 工艺脱氮效果的影响，确定最佳的运行条件为：温度在30℃、m （C ）∶m （N ）＝3∶1、pH=8，该工艺条件下，氨氮去除

率稳定在55%以上。

［关键词］固定化微生物技术；序批式活性污泥法；氨氮废水［中图分类号］X703.1

［文献标识码］B

［文章编号］1005-829X （2010）07-0054-03

Abstract ：IMO -SBR which integrates the microbe immobilized technique with SBR is a new kind of wastewater treatment technology.It makes use of all the advantages of immobilized microorganisms and SBR ，not only retains the immobilized microorganisms ，but also makes use of the mature SBR technology.The bio -film carriers which fill with the reactor are made from polyurethane foam ，and uses the actual highly concentrated ammonia -nitrogen wastewater as a research target.The effects of the three factors ：temperature ，influent m （C ）∶m （N ）ratio and pH ，on the denitrification efficiency are investigated.The optimal operating conditions are finally confirmed.The exper -imental results show that when the temperature=30℃，m （C ）∶m （N ）=3∶1，and pH=8，the operating conditions are optimal ，and ammonia -nitrogen removal rates are stabilized at 55%or more.

Key words ：microbe immobilized technique ；sequencing batch reactor ；ammonia -nitrogen wastewater

近年来，随着水体富营养化问题的日趋严重，以及国家对污水处理中氮、磷等排放标准的要求越来越严格，开发脱氮效果好、简便节能、适合我国国情的生物脱氮工艺就成为当前我国污水处理技术的热点和难点之一〔1〕。

固定化微生物技术是将游离的微生物固定在载体上使其高度密集并保持生物活性功能的技术，固定化微生物在适宜的条件下进行繁殖，用于废水处理时有利于提高生物反应器内的微生物浓度，缩短反应后固液分离所需的时间。此外固定化微生物还可以有效地去除氮及其他重金属离子。微生物的固定化方法主要有表面吸附（结合）固定技术、交联（键联）固定化、（多聚体）包埋固定化和自身固定化（微生物细胞间自交联固定化）等几种方法。固定化微生物技术与游离微生物的处理技术相比，具有一定的优越性，是国内外学者研究的热点之一〔2〕。

序批式固定化微生物反应器（IMO －SBR ）处理工艺将固定化技术与SBR 工艺相结合，在单个反应器内实现整个脱氮过程〔3〕。IMO-SBR 工艺充分利用了固定化微生物和SBR 工艺的优点，既保留了固定化微生物，又较好地利用了成熟的SBR 工艺。

实验系统地考察了水温、m （C ）∶m （N ）和pH 等因素对生物固定化技术脱氮效果的影响，以期确定生物固定化技术脱氮的最优外界条件。

1实验装置及实验材料1.1实验装置

实验采用的SBR 反应器为圆柱形有机玻璃制成，尺寸立D 70mm ×H 500mm ，体积约为1.92L ，

第30卷第7期2010年7月

工业水处理

Industrial Water Treatment

Vol.30No.7J ul.，2010

54——

工业水处理2010－07，30（7）

反应器有效容积为600mL。容器中装填由聚氨酯泡沫制成的生物载体，填充比为40%。曝气装置为SP-780型养鱼泵。实验装置见图1，反应器的运行采用人工控制。

1.2实验材料

活性污泥取自郑州市某污水处理厂，经实验室培养驯化后投入反应器，其污泥MLSS为7.5g/L。启动开始时，投加接种污泥200mL。

实验用水取自河南某石化公司催化剂污水排水口。该公司催化剂污水是催化剂生产过程中产生的工艺废水，其水质复杂，氨氮浓度高，有机物含量很低（几乎为零），Cl-浓度较高，pH变化幅度大。在运行过程中通过投加硫酸铵或用蒸馏水稀释维持氨氮浓度在所需的范围。进水依据同步硝化反硝化脱氮所需的有机物量投加牛奶水补充。其他成分根据微生物生长对营养元素所需进行设计。

2实验部分

2.1实验内容

IMO－SBR工艺是一种全新的污水处理工艺，其脱氮能力、脱氮过程与温度、m（C）∶m（N）、pH等控制参数的相关性以及对IMO-SBR工艺的应用分析等是需要深入研究的内容。实验主要考察了温度、进水m（C）∶m（N）、pH对IMO-SBR脱氮能力的影响。

2.2分析项目及方法

主要分析项目及方法见表1。

3结果与讨论

3.1温度对IMO－SBR脱氮的影响

实验分两个阶段：第一阶段反应器置于培养箱内，温度控制在（30±1）℃；第二阶段实验在室温20～25℃下进行。其他实验条件均相同，即：进水pH＝8，没有外加碳源，DO控制在3～6mg/L。实验周期24h，工作模式为曝气22h+沉淀2h。在实验过程中，分别间隔2h取样1次，沉淀结束0.5h后进行参数测定。不同温度下反应器在周期内氨氮浓度的变化见图2。

由图2可知，在进水结束后，氨氮浓度随着反应的进行呈直线下降，这是序批式反应器内物质浓度变化的典型特征，它反映了氨氧化反应遵循Monod 方程，即氨氮质量浓度＞15mg/L时氨氧化反应属零级反应，其反应速率与反应物浓度无关，而是以最大反应速率进行。当氨氮质量浓度＜15mg/L时，氨氧化转化为一级反应。在30℃下，反应器的氨氧化速率较在室温条件时快，原因是：在30℃下，氨氧化菌的生长速率明显高于亚硝酸盐氧化菌的生长速率，在生物膜内可能发生了短程硝化反硝化，使得反应器氨氧化速率加快；另外，温度对反硝化速率的影响是因为低温使反硝化细菌的繁殖速度和代谢速度降低，而在整个实验过程中较少检测到亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的积累，可见实验中硝酸盐负荷率较低，温度对反硝化反应速率的影响较小，在整个脱氮过程中硝化过程即为限制步骤。

3.2m（C）∶m（N）对IMO－SBR脱氮的影响

实验在30℃条件下进行，分别控制m（C）∶m（N）为6∶1、3∶1、1∶1，考察m（C）∶m（N）对IMO-SBR脱氮的影响。由于原水中含有难降解有机物，在实验过程中这部分有机物一直没有降解，所以在实验中提供的碳源依靠控制外加牛奶水的量实现。为了保证系统所需的碳源和营养成分，牛奶水分两次投加，在进水时投加1次，在运行11h后投加1次。进水pH＝8，DO控制在3～6mg/L范围内。在实验过程中，分别

1

2

3

46

5

1—高位水箱；2—进水管；3—取样口；4—曝气头；5—曝气泵；6—排水口。

图1实验装置

表1主要分析项目及方法

分析项目分析方法

COD重铬酸钾法

氨氮纳氏试剂分光光度法

硝酸盐氮酚二磺酸盐分光光度法

亚硝酸盐氮N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法

pH

溶解氧

pHS-3C型精密pH计

JPSJ-605型溶解氧分析仪

马永鹏，等：IMO－SBR处理高浓度氨氮废水的实验研究

400

350

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200

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100

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运行时间/h

氨

氮

质

量

浓

度

/

（

m

g

·

L

-

1

）

30℃室温

图2不同温度下氨氮硝化过程

55

——

工业水处理2010－07，30（7）

间隔2h 取样1次，沉淀结束0.5h 后进行参数测定。不同m （C ）∶m （N ）下反应器在周期内氨氮的浓度变化见图3。

从图3可以看出，m （C ）∶m （N ）＝3∶1时，反应器氨氧化速率最大，m （C ）∶m （N ）＝1∶1时次之，m （C ）∶m （N ）＝

6∶1时最小。反应器在整个实验过程中的氨氮降解受

到有机物的变化较小，而且在一个周期内，亚硝酸盐氮和硝酸盐氮几乎没有积累。

m （C ）∶m （N ）＝3∶1时，氨氧化速率较快的原因：（1）

硝化细菌易于聚集而贴在附着物表面，而异养菌占据生物膜外表面的附近部分，部分硝化细菌可以被保护起来，避免脱落流失和被捕食；（2）碳氧化可以为氨氧化合成菌体提供CO 2，促进系统硝化能力；（3）有机物作为反硝化的碳源，可以促进硝化产物亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在生物膜内实现快速的反硝化。

m （C ）∶m （N ）＝1∶1时，反应器内的脱氮反应主要

是在生物膜内的厌氧层进行，其中的厌氧氨氧化细菌以氨作为电子供体将亚硝酸盐还原为氮气，从而实现了形成曝气阶段生物膜外层好氧区以亚硝化反应为主、生物膜内层厌氧区以厌氧氨氧化反应为主的协同脱氮机制。

m （C ）∶m （N ）＝6∶1时，氨氧化速率较慢的原因：

（1）生物膜外层较厚的异养菌层影响了包括底物氨氮、DO 、产物亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的传质；（2）异养菌对DO 的争夺抑制了氨氧化菌的硝化过程。

3.3pH 对IMO －SBR 脱氮的影响

实验在30℃下进行，进水m （C ）∶m （N ）＝3∶1，DO 控制在3～6范围内，分别控制进水pH 为9、8、7，不同pH 下在反应器周期内氨氮的浓度变化见图4。

从图4可以看出，pH ＝8时，氨氧化速率最大，

pH ＝9时次之，pH ＝7时最小。反应器在整个实验周期内，亚硝酸盐氮和硝酸盐氮几乎没有积累，COD 去除率>80％，出水pH 都有少量的下降。

在氨氧化过程中，进水pH 对反应器的影响主

要体现在影响反应器内游离氨的浓度，而游离氨对氨氧化菌、亚硝酸盐氮氧化菌和反硝化菌有一定的抑制作用。反应器进水pH=8时，氨氧化速率最大的原因：（1）由于生物膜系统有较强的适应性，即使在高氨氮浓度下，这个pH 对应的游离氨浓度对生物膜的影响仍然较小。（2）氨氧化菌处于最佳的生长环境下，系统的硝化速度较快。

当pH 升至9时，游离氨浓度升高，氨氧化菌受到一定的抑制作用，系统的硝化效果有所下降。在

pH 降至7时，虽然游离氨的影响降低，但是氨氧化

细菌的生长受到了环境的影响，降低了氨氧化速率。

4结语

通过实验研究了序批式固定化微生物反应器

（IMO-SBR ）对高浓度氨氮废水的处理，并考察了温度、进水pH 、进水m （C ）∶m （N ）对固定化微生物脱氮的影响，得到以下结论：

（1）在整个实验过程中，反应器中氨氮质量浓度为400mg/L ，氨氮去除率可以稳定在55％以上，出水含有少量亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，外加碳源的

COD 去除率达到80％左右。由于实验控制在好氧条

件下，该系统有较好的同步脱氮能力。

（2）在30℃下，氨氧化菌具有较快的生长速率，氨氧化速率较快。

（3）系统对有机物有较高的去除效率，有机物浓度较高时对氨氧化菌的生长有一定的影响，合适的有机物浓度能提高系统的脱氮能力。

（4）系统对pH 的变化有较强的适应性，即使较高的游离氨浓度对系统的影响也较小，但合适的pH 能提高系统的脱氮能力。

［参考文献］

［1］赵宗升，刘鸿亮，李炳伟，等.高浓度氨氮废水的高效生物脱氮

途径［J ］.中国给水排水，2001，17（5）：24－28.

［2］张彤，曹国民，赵庆祥.固定化微生物脱氮技术进展［J ］.城市环

境与城市生态，2000，13（4）：17－20.

［3］刘蕾，李杰，王亚娥.固定化微生物技术及其在废水处理中的

应用［J ］.甘肃科技，2004，20（3）：35－36.

4003503002502001501000

2

4

6

810121416182022m （C ）∶m （N ）＝6∶1m （C ）∶m （N ）＝3∶1

m （C ）∶m （N ）＝1∶1运行时间/h

氨氮质量浓度/（m g ·L -1）

图3不同m （C ）∶m （N ）下氨氮硝化过程

4003503002502001501000

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810121416182022运行时间/h

氨氮质量浓度/（m g ·L -1）

pH=7pH=8pH=9

图4

不同pH 下氨氮硝化过程

［作者简介］马永鹏（1984—），郑州大学在读硕士研究生，电话：

158********，E -mail ：mayongpeng1984@https://www.360docs.net/doc/dc14679509.html, 。

［收稿日期］2010-03-20（修改稿）

试验研究

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