废水中硫化物、硝酸盐和氨氮生物同步去除及其机理

微量元素组成
质量浓度/g·L−1
Composition of trace elements
1.3 分析方法 NO 2-N 分析 NH 4-N 分析采用纳氏试剂比色法， − 采用乙二胺分光光度法，NO 3-N 分析采用酚二磺酸 2− 法。 S2− 测定采用对氨基二甲基苯胺光度法， SO4
+ −
第2期
刘春爽等：废水中硫化物、硝酸盐和氨氮生物同步去除及其机理 Nhomakorabea·781·
采用铬酸钡分光光度法。单质硫定性检测根据其不 溶于强酸和强碱但易溶于二硫化碳的性质，在溶解 后可与六氢吡啶生成红色络合物进行，并采用硫平 衡推算法计算单质硫理论产率[11]。为考察连续流实 验过程中 S2−的添加是否对厌氧氨氧化微生物产生 抑制，分别在厌氧氨氧化启动末期以及硫化物、硝 酸盐和氨氮同步去除实验的两个阶段末期进行比厌 氧氨氧化活性（SAA）分析[13]。 1.4 间歇实验 间歇实验设置 2 组， 分别标记为间歇实验 A 和 间歇实验 B。采用有效容积 100 ml、总容积 150 ml 的血清瓶作为反应容器，接种 20 ml VSS 为 2.3 g·L−1 的连续流反应器污泥，反应初始 pH 为 7.5， 间歇实验 A 中初始的硝酸盐、 转速为 130 r· min−1。 硫化物和氨氮的浓度分别为 35 mg N·L−1、20 mg S·L−1 和 20 mg N·L−1。间歇实验 B 初始仅含氨 氮和硝酸盐，浓度分别为 35 mg N·L−1 和 20 mg N·L−1。
3
School of Environmental Science and Engineering, Suzhou University of Science and Technology, Suzhou 215011, Jiangsu, China;
4
State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment (SKLUWRE), Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, Heilongjiang, China)
+ NH 4-N −
硝化污泥和厌氧氨氧化污泥混合污泥（按体积比为 1:1 混合） 。 其中反硝化污泥为城市污水厂 A/O 工艺， A 段污泥 0.3 L，VSS 为 2.19 g·L−1；厌氧氨氧化污 泥为来自 EGSB 反应器絮状污泥 0.3 L， VSS 为 2.42 −1 g·L 。 硫化物、硝酸盐和氨氮的同步去除实验中，反 硝化脱硫污泥为自行驯化污泥，驯化条件为 S2− 50 − mg·L−1, NO 3-N 22 mg·L−1, pH 7.5，温度 30℃，间 − 歇驯化 15 d， 驯化后 S2−和 NO 3-N 去除率可达 90%。
表1 Table 1
微量元素 微量元素Ⅰ EDTA FeSO4·7H2O 微量元素Ⅱ EDTA H3BO4 MnCl2·4H2O CuSO4·5H2O ZnSO4·7H2O NiCl2·6H2O NaMoO4·2H2O CoCl2·6H2O 15 0.014 0.99 0.25 0.43 0.21 0.22 0.24 5 9.14
− +
+ 2− SO4 、NH 4 或 2−
+ − 、NO 3、NH 4
S2−、NO 3
−
1 实验材料与方法
1.1 连续流实验装置 连续流实验采用 UASB 反应器进行，其反应区 内径 0.05 m，高 0.8 m，有效容积 1.57 L，总容积 3 L。由蠕动泵从底部进水，出水部分回流后经三相 分离器进行水、气、液分离，最后由三角堰排出。 反应器温度控制为 30℃±2℃。为避免可见光对厌 氧氨氧化菌的伤害， 反应器外部用遮光布覆盖避光。 实验装置如图 1 所示。 1.2 实验用水 反应器进水为人工模拟废水，其组成为： 和 NO 2-N，具体 (NH4)2SO4 和 NaNO2 (提供 浓度按需配置)，Na2S·9H2O(具体浓度按需配置)， KH2PO4 10 mg·L−1，CaCl2·2H2O 5.6 mg·L−1， MgSO4·7H2O 300 mg·L−1，KHCO3 1250 mg·L−1， 微量元素浓缩液Ⅰ、Ⅱ各加入 1.25 mg·L−1。微量 元素溶液组成见表 1。 厌氧氨氧化反应器启动时所用接种污泥为反
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化
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第 66 卷
引 言
随着我国制药、化工等行业的快速发展，产生 了大量的含硫含氮废水，此类废水同时具有硫、氮 污染物的双重危害，排入水体后不仅产生硫化氢或 S2−，消耗大量溶解氧，引起黑臭，还会造成藻类和 其他水生生物异常增殖，释放有毒有害物质，对环 境的危害极为严重[1-2]。 传统的硫、氮去除技术，硫酸盐和氨氮是分别 2− 去除的， 即采用 SO4 →S2−→S0 步骤去除硫酸盐[3-4]， 采用 NH 4→NO 3（NO 2）→N2 步骤去除氨氮[5-6]，脱 硫和脱氮一般在不同的反应器内进行，使得含硫含 氮废水处理工艺系统复杂，工程造价和运行成本昂 贵，有时处理后还会残留硫化物二次污染，环境安 全隐患极为严重。与之相比，近年来发展的生物同 步脱氮除硫新技术 [7-12] 可以在一个反应器内完成 硫、氮同步去除，具有运行、操作成本低，污泥产 率低，出水无二次污染等特点。但现有硫、氮同步 脱除技术主要以同步去除
（1School of Chemical Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266580, Shandong, China; 2Key Laboratory of Beijing Water Quality Science and Water Environment Recovery Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China;
2014-07-21收到初稿，2014-09-16收到修改稿。 联系人及第一作者：刘春爽（1981—），女，博士，讲师/硕导。 基金项目：国家自然科学基金项目（21307160） ；山东省自然科学基 金 项 目 （ZR2013EEQ030 ） ；中央高校基本科研业务费专项资金 （R1404005A） 。 Received date: 2014-07-21. Corresponding author: LIU Chunshuang, liuchunshuang723@126. com Foundation item: supported by the National Natural Science Foundation of China (21307160) , the Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2013EEQ030), and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (R1404005A).
第 66 卷 第 2 期 2015 年 2 月
化 工 学 报 CIESC Journal
Vol.66 No.2 February 2015 ·779 ·
废水中硫化物、硝酸盐和氨氮生物同步去除及其机理
刘春爽 1，李甲国 1，闫来洪 1，赵东风 1，马斌 2，李祥 3，王爱杰 4
2 （1 中国石油大学（华东） 化学工程学院， 山东 青岛 266580； 北京工业大学北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室，
左右。在 30～40 d 时，进水氨氮与亚硝酸盐氮浓度 均提高至 80 mg N·L−1，尽管脱氮效率略微下降， 氨氮和亚硝酸盐氮去除率仍在 82.5%以上。整体 上，厌氧氨氧化是反应器主导反应， NH 4-N 与 − NO 2-N 的去除负荷分别为 132 g N·m−3·d−1 和 157 g N·m−3·d−1，二者去除量比为 1:1.19，与理论化 学计量比 1:1.32[14-16]接近，与阳广凤[13]的研究结果 (1:1.18)相同。 0.33（图 3） ，略高于 0.26[17-18]，这可能是 由于反应器内有硝化菌存在，使得部分氨氮以氧气 为电子受体进行硝化反应。丛丽影等[19]在相关试验 研究中曾指出：厌氧氨氧化反应器系统内可存在少 量有积极作用的好氧硝化菌，两者共同起作用，一 定程度上提高了整个反应体系的运转效率。
Abstract：Simultaneous removal of nitrate, sulfide and ammonia could be realized at HRT of 12 h, temperature of 30℃±2℃ and influent pH of 7.5. The removal rates were up to 95%, 90% and 99% for ammonia, nitrate and sulfide at influence concentrations of 22—35 mg N·L−1, 22—35 mg N·L−1 and 50—90 mg S·L−1, respectively. Most of sulfide removed was converted to elemental sulfur (S0) and the conversion rate was as high as 89%. Batch experiment results indicated that presence of sulfide could enhance simultaneous removal of nitrate and ammonia. The results of this study provided an innovative idea for the development of sulfide- and nitrogenous contaminants- laden wastewater treatment technology. Key words： waste water； sulfide； environment； anaerobic； ANAMMOX； sulfide, nitrate and ammonia removal； elemental sulfur