SBR是序批式間歇活性污泥法的簡稱,它是近年來應用日趨廣泛的一種污水處理工藝,也是小城鎮、小企業污水處理的首選工藝。

近年來,隨著國家對水環境治理力度的加大,對污水排放標準中的氨氮指標提出了新的要求,而常規的生物接觸法,SBR,A/O工藝,對氨氮的去除率均不能滿足要求。因此,如何提高氨氮去除率成為目前研究的重點和熱點。將沸石以固定床或粉末狀應用到SBR法中,對提高SBR法的氨氮去除率將極為有利。

1、沸石

沸石是沸石族礦物的總稱,是一種含水的堿金屬和堿土金屬的鋁硅酸鹽礦物。任何沸石都是由硅氧和鋁氧四面體組成,當硅氧四面體中的硅被鋁原子置換而構成鋁氧四面體時,由于鋁原子是三價的,所以在鋁氧四面體中有一個氧原子的電價沒有得到中和而產生電荷不平衡,使整個鋁氧四面體帶負電。為了保持電中性必須有帶正電的離子來抵消,一般是由堿金屬和堿土金屬來補償,如Na,Ca,Sr,Ba,K等。Na+,Ca2+,K+等陽離子、水分子與骨架結合得不緊,極易與其周圍水溶液里的陽離子發生交換作用,交換后的沸石晶格結構也不會被破壞。

天然沸石有許多種類,其中以絲光沸石和斜發沸石為主要成分的沸石,具有較高的陽離子交換容量。據查證,國內斜發沸石巖對NH4+的交換容量在50mmol/100g~220mmol/100g之間,而絲光沸石巖對NH4+的交換容量在50mmol/100g~188mmol/100g之間,故絲光沸石巖和斜發沸石巖的NH4+離子交換容量均較高,這是由其內部結構特點決定的。

據國內外某些文獻報道,沸石對NH4+的吸附交換作用可用下式表示:

RM+NH4+→RNH4+M

沸石作為離子交換體,具有特殊的離子交換特性,對離子的選擇交換順序如下:

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

實驗表明,在NH4+和Na(Ⅰ),Ca(Ⅱ),Mg(Ⅱ)的共存溶液中,沸石對氨離子具有較高的選擇性。因此,采用沸石進行離子交換處理,從污水中去除氨氮是可行的。沸石除氨的運行方式通常是顆粒沸石固定床,如果將這種固定床放入SBR池中,或者將沸石直接加入到SBR池中形成投料活性污泥法。根據理論推斷,這兩種處理方法均可使氨氮的去除率明顯提高。

2、SBR法的基本原理及工藝流程

SBR法屬好氧生物處理法,其功能是去除水中呈溶解性的有機物。運行時,污水分批進入池中,依次經過進水、反應、沉淀、排水和閑置完成一個周期。每個周期的5個過程都在同一反應器內進行,實現自動控制。圖1為SBR法工藝經典的運行方式。

2.1進水工序

污水流入曝氣池前,該池處于操作周期的待機(閑置)工序,此時沉淀后的清液已排放,曝氣池內留有沉淀下來的活性污泥。

當污水流入的同時可進行曝氣,使曝氣池內的污泥再生和恢復活性,并對污水中有機物初步降解,進水同時緩速攪拌。

當污水流入的同時可不進行曝氣,而是緩速攪拌使之處于缺氧狀態,則可對污水進行脫氮與實現聚磷菌對磷的釋放。

沸石在SBR污水處理法中的應用-國投盛世

2.2曝氣(反應)工序

在反應器內最大水量的情況下完成進水期已開始的反應。根據反應的目的進行曝氣或攪拌,不僅可以達到有機物降解的目的,而且可以取得脫氮、除磷的效果。如為達到脫氮的目的,通過好氧(曝氣)反應進行氧化、硝化,然后通過厭氧(攪拌)反應而脫氮。

2.3沉淀工序

使混合液處于靜止狀態,進行泥、水分離,沉淀時間一般為1.0h~1.5h,沉淀效果良好。

2.4出水工序

排除曝氣池沉淀后的上清液,留下活性污泥,作為下一個操作周期的菌種。

2.5待機(閑置)工序

待機階段池內污泥處于厭氧狀態,有利于反硝化反應的進行,NO2-N和NO3-N在反硝化菌的作用下,還原為N2,N2O。剩余污泥的排放可以放在這一階段。

3、沸石在SBR法中的應用

將沸石床和沸石放入SBR池,污水中的微生物和懸浮物就會吸附在載體表面,微生物利用營養物生長繁殖,在載體表面形成黏液狀微生物群落,這些微生物群落進一步吸附分解污水中的懸浮物、膠體和溶解態營養物,不斷增殖而形成一定厚度的生物膜。生物膜達到一定厚度,膜深處便供養不足,出現厭氧層。一般情況下生物膜由厭氧層和好氧層組成。隨著有機物的降解,細胞不斷合成,生物膜不斷增厚。達到一定厚度時,營養物和氧氣向深處擴散受阻,在深處的好氧微生物死亡,生物膜老化,老化的生物膜附著力減小,在水力沖刷下脫落,完成一個生長周期?!拔健L—脫落”的生長周期不斷交替循環,系統內活性生物膜量保持穩定。

改造后的SBR法既具有活性污泥法的特性,又具備了接觸氧化法的特性。如果沸石的離子交換性能也能夠充分發揮作用,SBR法的除氨氮率將得到很大的提高。

4、沸石在生物脫氮中的作用

未經處理的新鮮污水中,含氮化合物的存在形式主要為有機氮,其次為氨氮。含氮有機物在微生物的作用下,相繼發生氨化反應(有機氮NH4+-N)、亞硝化反應和硝化反應(NH4+-N→NO2–N→NO3–N)。

研究表明,硝化反應的速率主要取決于氨氮轉化為亞硝酸氮的反應速率。即氨氮轉化為亞硝酸氮的反應速率慢,如果加入沸石將污水中的NH4+交換和吸附下來,增加了NH4+的停留時間,以使亞硝酸菌有充足的時間進行亞硝化反應。這樣出水的氨氮含量自然降低。以下為生物脫氮過程:

有機氮→NH4+-N→NO2–N→NO3–N→N2,N2O最后在厭氧條件下,NO2–N和NO3–N在反硝化菌的作用下,還原為N2,N2O,擴散到空氣中。

5、討論

可能影響沸石交換性能的因素有以下幾點:一是因連續處理污水,沸石對NH4+-N的吸附交換能力逐漸下降,從而影響NH4+-N的去除率。二是在SBR池中加入沸石粉末會增加操作的難度。三是由于沸石表面生物膜的形成,會影響沸石交換性能的正常發揮,從而影響NH4+-N的去除率。四是絲光沸石和斜發沸石的純度也會影響到NH4+-N的去除率。