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沸石在SBR污水处理法中的应用

发布时间:2019-09-16     浏览次数:155

SBR是序批式间歇活性污泥法的简称,它是近年来应用日趋广泛的一种污水处理工艺,也是小城镇、小企业污水处理的首选工艺。

近年来,随着国家对水环境治理力度的加大,对污水排放标准中的氨氮指标提出了新的要求,而常规的生物接触法,SBR,A/O工艺,对氨氮的去除率均不能满足要求。因此,如何提高氨氮去除率成为目前研究的重点和热点。将沸石以固定床或粉末状应用到SBR法中,对提高SBR法的氨氮去除率将极为有利。

1、沸石

沸石是沸石族矿物的总称,是一种含水的碱金属和碱土金属的铝硅酸盐矿物。任何沸石都是由硅氧和铝氧四面体组成,当硅氧四面体中的硅被铝原子置换而构成铝氧四面体时,由于铝原子是三价的,所以在铝氧四面体中有一个氧原子的电价没有得到中和而产生电荷不平衡,使整个铝氧四面体带负电。为了保持电中性必须有带正电的离子来抵消,一般是由碱金属和碱土金属来补偿,如Na,Ca,Sr,Ba,K等。Na+,Ca2+,K+等阳离子、水分子与骨架结合得不紧,极易与其周围水溶液里的阳离子发生交换作用,交换后的沸石晶格结构也不会被破坏。

天然沸石有许多种类,其中以丝光沸石和斜发沸石为主要成分的沸石,具有较高的阳离子交换容量。据查证,国内斜发沸石岩对NH4+的交换容量在50mmol/100g~220mmol/100g之间,而丝光沸石岩对NH4+的交换容量在50mmol/100g~188mmol/100g之间,故丝光沸石岩和斜发沸石岩的NH4+离子交换容量均较高,这是由其内部结构特点决定的。

据国内外某些文献报道,沸石对NH4+的吸附交换作用可用下式表示:

RM+NH4+→RNH4+M

沸石作为离子交换体,具有特殊的离子交换特性,对离子的选择交换顺序如下:

Cs(Ⅰ)>Rb(Ⅰ)>K(Ⅰ)>NH4+>Sr(Ⅰ)>Na(Ⅰ)>Ca(Ⅱ)>Fe(Ⅲ)>Al(Ⅲ)>Mg(Ⅱ)>Li(Ⅰ)。

实验表明,在NH4+和Na(Ⅰ),Ca(Ⅱ),Mg(Ⅱ)的共存溶液中,沸石对氨离子具有较高的选择性。因此,采用沸石进行离子交换处理,从污水中去除氨氮是可行的。沸石除氨的运行方式通常是颗粒沸石固定床,如果将这种固定床放入SBR池中,或者将沸石直接加入到SBR池中形成投料活性污泥法。根据理论推断,这两种处理方法均可使氨氮的去除率明显提高。

2、SBR法的基本原理及工艺流程

SBR法属好氧生物处理法,其功能是去除水中呈溶解性的有机物。运行时,污水分批进入池中,依次经过进水、反应、沉淀、排水和闲置完成一个周期。每个周期的5个过程都在同一反应器内进行,实现自动控制。图1为SBR法工艺经典的运行方式。

2.1进水工序

污水流入曝气池前,该池处于操作周期的待机(闲置)工序,此时沉淀后的清液已排放,曝气池内留有沉淀下来的活性污泥。

当污水流入的同时可进行曝气,使曝气池内的污泥再生和恢复活性,并对污水中有机物初步降解,进水同时缓速搅拌。

当污水流入的同时可不进行曝气,而是缓速搅拌使之处于缺氧状态,则可对污水进行脱氮与实现聚磷菌对磷的释放。


2.2曝气(反应)工序

在反应器内最大水量的情况下完成进水期已开始的反应。根据反应的目的进行曝气或搅拌,不仅可以达到有机物降解的目的,而且可以取得脱氮、除磷的效果。如为达到脱氮的目的,通过好氧(曝气)反应进行氧化、硝化,然后通过厌氧(搅拌)反应而脱氮。

2.3沉淀工序

使混合液处于静止状态,进行泥、水分离,沉淀时间一般为1.0h~1.5h,沉淀效果良好。

2.4出水工序

排除曝气池沉淀后的上清液,留下活性污泥,作为下一个操作周期的菌种。

2.5待机(闲置)工序

待机阶段池内污泥处于厌氧状态,有利于反硝化反应的进行,NO2-N和NO3-N在反硝化菌的作用下,还原为N2,N2O。剩余污泥的排放可以放在这一阶段。

3、沸石在SBR法中的应用

将沸石床和沸石放入SBR池,污水中的微生物和悬浮物就会吸附在载体表面,微生物利用营养物生长繁殖,在载体表面形成黏液状微生物群落,这些微生物群落进一步吸附分解污水中的悬浮物、胶体和溶解态营养物,不断增殖而形成一定厚度的生物膜。生物膜达到一定厚度,膜深处便供养不足,出现厌氧层。一般情况下生物膜由厌氧层和好氧层组成。随着有机物的降解,细胞不断合成,生物膜不断增厚。达到一定厚度时,营养物和氧气向深处扩散受阻,在深处的好氧微生物死亡,生物膜老化,老化的生物膜附着力减小,在水力冲刷下脱落,完成一个生长周期。“吸附—生长—脱落”的生长周期不断交替循环,系统内活性生物膜量保持稳定。

改造后的SBR法既具有活性污泥法的特性,又具备了接触氧化法的特性。如果沸石的离子交换性能也能够充分发挥作用,SBR法的除氨氮率将得到很大的提高。

4、沸石在生物脱氮中的作用

未经处理的新鲜污水中,含氮化合物的存在形式主要为有机氮,其次为氨氮。含氮有机物在微生物的作用下,相继发生氨化反应(有机氮NH4+-N)、亚硝化反应和硝化反应(NH4+-N→NO2--N→NO3--N)。

研究表明,硝化反应的速率主要取决于氨氮转化为亚硝酸氮的反应速率。即氨氮转化为亚硝酸氮的反应速率慢,如果加入沸石将污水中的NH4+交换和吸附下来,增加了NH4+的停留时间,以使亚硝酸菌有充足的时间进行亚硝化反应。这样出水的氨氮含量自然降低。以下为生物脱氮过程:

有机氮→NH4+-N→NO2--N→NO3--N→N2,N2O最后在厌氧条件下,NO2--N和NO3--N在反硝化菌的作用下,还原为N2,N2O,扩散到空气中。

5、讨论

可能影响沸石交换性能的因素有以下几点:一是因连续处理污水,沸石对NH4+-N的吸附交换能力逐渐下降,从而影响NH4+-N的去除率。二是在SBR池中加入沸石粉末会增加操作的难度。三是由于沸石表面生物膜的形成,会影响沸石交换性能的正常发挥,从而影响NH4+-N的去除率。四是丝光沸石和斜发沸石的纯度也会影响到NH4+-N的去除率。

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