利用ORP和pH控制双侧沟式一体化OCO工艺污水处理过程-论文 5页

。fI-2《){5现代化工第35卷第6期·160·2015年6月利用ORP和pH控制双侧沟式一体化OCO工艺污水处理过程周慧芳，陈文，李德豪。，殷旭东，毛玉凤，刘正辉，林洪艺(1．成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都610059；2．广东石油化工学院环境与生物工程学院，广东茂名525000；3．茂名市第一污水处理厂，广东茂名525000)摘要：研究了混合液在不同pH时双侧沟式一体化OCO工艺处理模拟生活污水的脱氮除磷效果，并探讨了各pH下，氧化还原电位(ORP)与pH、NO3-一N、NOr-N、NH4+-N、COD的相关性。结果表明，当进水COD为300mg／L左右、TN为37mg／L左右、TP为5mg／L左右，HRT为12h，污泥质量浓度维持在2600mg／L左右，污泥龄为12d，水温在24—27℃，混合液pH为7．6～8．0时，COD的去除率达99％，NH4+一N去除率达95％，TP去除率为96％，TN去除率达到81％，系统处理效果最佳。对数据进行分析发现，ORP与pH的对数呈线性关系，相关方程为ORP=987．05—438．72InpH(R=0．9632)。用SPSS数据分析软件对数据进行进一步分析发现，在不同pH下，ORP值受系统中多种物料的共同影响，其与NH4+一N去除量、出水NO；一N、TN去除量正相关，与COD去除量负相关。关键词：ORP；pH；一体化OCO；脱氮除磷；相关性中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：0253—4320(2015)06—0160—04Controlofintegraldouble-ditch0C0processbyusing0RPandpHfordomesticsewagetreatmentzHoUHui-fang，CHENWen1，LIDe—hao。，YINXu—dong，MAoYu-feng，HUZheng—huiLuHong—yi(1．CollegeofMaterialsandChemistry&ChemicalEngineering，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，China；2．CollegeofEnvironmentandBiologicalEngineering，GuangdongUniversityofPetroleumTechnology，Maoming525000，China；3．No．1WasterwaterTreatmentPlantofMaoming，Maiming525000，China)Abstract：ThenitrogenandphosphorusremovaleffectsofsimulateddomesticsewagewithdifferentpHbyusingintegraldouble—ditchOCOprocessarestudied．ThecorrelationofORPwithpH，NO；一N，NO；一N，NH：一N，CODisinvestigated．Theresultsshowthattheoptimalremovalratecanbeachievedunderthefollowingconditions：about300mg／LoftheinfluentCOD，about37mg／LofTN，about5mg／LofTP，approximately12hoursofHRT，about2600mLofMLSS，about12daysofSRT．24—27℃oftemperatureand7．6—8．0ofPHformixedsolution．TheremovalrateofC0D，NH4+一N，TNandTPis99％，95％，96％and81％respectively．Basedontheanalysisofthedata，itfindsthatthereisalinearrelationshipbetweentheORPandInpHwithcorrelationequationasORP=987．05—438．72lnpH(R=0．9632)．SPSSanalysisresultshowsthatatdifferentpH．ORPisinfluencedbyavarietyofmaterialsinthesystem．ORPhasapositivecurvilinearcorrelationwithNH：一Nremova1．effluentN0一NandTNremova1．butanegativecorrelationwithCODremova1．Keywords：ORP；pH；integralOCO；nitrogenandphosphorusremoval；correlation双侧沟式OCO工艺是能实现同步脱氮除磷的应器中J，因而控制反应器中混合液在最适pH对一体化工艺，具有占地面积小，无需单独设沉淀池，污水处理工艺意义重大。相对较宽的pH范围给最基建费用低，操作灵活等优点。反应器脱氮效能的佳去除率的确定带来一定困难，本研究初步选定的实现是依靠同步硝化反硝化作用，硝化作用产生pH是6．0～9．0，通过试验，以期确定该工艺脱氮除H，引起pH降低，反硝化作用产生OH一，使得pH磷的最适宜pH范围。升高。不同的功能菌生长的最适pH不尽相同，如氧化还原电位(ORP)是表征系统的氧化还原亚硝酸菌的最适pH在7．0～8．5，而硝酸菌的最适能力的状态参数，与常规指标控制相比，ORP过程pH在6．0～7．5，聚磷菌的最适pH在7．2左控制更符合动力学过程。因为许多生物物质如维生右¨。一体化OCO工艺将脱氮除磷置于同一反素、酶及大多数代谢过程与ORP关联巨大。近年收稿日期：2014—12—04；修回日期：2015—04—05基金项目：广东省自然科学基金资助项目(2013040015162)；广东省中国科学院全面战略合作项目(2012B090400003)；茂名市科技计划项目(2014040)作者简介：周慧芳(1988一)，女，硕士生；陈文(1965一)，女，博士，教授，研究方向为生物环境污染防治，通讯联系人，028—84078239，chenw—en2010@foxmail．COB。\n2015年6月周慧芳等：利用(){{{和l})}{控制双侧沟式～体化’(()工艺污zK处理过程·161·来，大量学者对ORP用于A／O、SBR等工艺做了研龄在12d左右，SV=20％～30％；SVI=80～究，结果表明，ORP值能够揭示污染物降解过程。100ms／L；水温为24～27~C。进水流量保持在pH是影响ORP数值的最大因素之一，本文中通20L／h。过对混合液不同pH下的ORP做监测，分析了ORP以HC1、Na2CO3、NaOH调节pH，使得混合液pH与COD、NO；一N、NH4一N浓度的相关性。分别为6．0、7．0、7．6、80和9．05个水平。每个pH条件下稳定运行12d，从第3天开始每12h采样11材料与方法次，隔天取样测定，每个条件取5个数值再取平1．1试验装置均值。双侧沟式一体化OCO工艺试验装置采用PVC1．4试验方法板制作而成。反应装置见图1，装置内径为93．5cm，活性污泥取自广东省某污水处理厂曝气池，采总高40．4cm，有效高度35．4em，反应器总有效容用连续进水方式培养(20L／h)，进行活性污泥驯积240L。其中，装置的厌氧区相对独立，该区域占化。经过实验室约1周的培养，NH；一N的去除率生化反应体系总体积的19．7％，好氧区、缺氧区和达到90％，TN去除率达到75％以上，表明污泥驯化混合区占生化反应体系总体积的80．3％，反应体系成熟，可开始进行试验研究。液流流型为整体全混流和局部平推流，水力混合特1．5统计分析性的试验结果表明，平推流比为19．4％，全混合比用SPSS16软件统计水质物理化参数的为80．6％[引。Pearson’s相关性距阵，概率在P≤0．05和P≤0．01水平下表示差异显著和极度显著。2结果与讨论DO是影响装置系统处理效果最重要的参数之一，其在双侧沟式一体化OCO工艺中各个分区分布对脱氮除磷至关关键，图2展示了混合液在不同pH下DO的分布情况。1一曝气区；2一过流区；3一好氧区；4一缺氧区；5一厌氧区：6一搅拌器；7一沉淀池1；8一沉淀池2图1试验装置图1．2检测指标检测分析项目有：COD(重铬酸钾法)，MLSS、ss(滤纸重量法)，DO(HACH30d溶解氧测定仪)，ORP(WTw3430iORP复合电极)，pH、温度(WTW3430ipH电极)，SV％(100mL量简)，NOr-N[Ⅳ一1一pH=6．0；2～pH=7．0；3一pH=7．6；4一pH=8．0；5一pH=9．0(1一萘基)一乙二胺光度法]，NO；一N(紫外分光光度图2反应器中不同位置的DO分布图法)，NH4一N(氨气敏电极法)，TP(钼酸铵分光光度法)。从图2可以看到，混合液在不同pH下，反应器1．3试验参数及水质中不同位置的DO浓度(A、B点分别为曝气区和过试验用水为人工配制污水，以葡萄糖、蔗糖、淀流区前端取其平均值)，从曝气区前端到厌氧区逐粉、碳酸氢铵、磷酸二氢钾作为主要营养物质。污水渐降低，各区DO变化明显，A—D点为好氧区监测水质：COD209．24～381．27mg／L；TN31．58～点(DO≤2．0mg／L)，E—G为缺氧区检测点(DO<44．55ms／L；TP5．64～4．41mg／L。以FeSO4·0．5ms／L)，从图2中还可以看到，在pH7．7～8．0形7H2O、CuSO4·5H2O、MnC12·4H2O、MgCI2‘6H2O、成了较好的反硝化环境(DO：0．20～0．35mg／L)，厌CaC12·2H20、H3BO3和CoC12·6H2O作为微量元素。氧区的DO浓度相对稳定(DO<0．1ms／L)，这也说控制MLSS在2600mg／L左右，SS<50mg／L，污泥明厌氧区相对独立。\n·162·现代化工第35卷第6期2．1混合液pH对COD去除效果的影响上，但也存在着差异。出水NOr—N低，未出现从图3可以看到，维持相对稳定的试验条件，近NOr—N积累的现象，说明系统脱氮是全程硝化反变化处理体系的pH在所试验的pH范围内，COD硝化过程。出水的NO3-一N在混合液pH为6～7时均有较理想的去除效果，去除率都达到了90％以浓度较大，是由硝酸盐还原酶活性受到抑制而影响上，出水COD质量浓度均在50mg／L以下。试验结反硝化的反应速率导致。pH在9时，NO3--N浓度果表明，在混合液pH为6～9时，对COD的去除没降低，是由于硝化菌酶的活性受到影响，硝化速率降有显著影响，这与马秀兰等的研究结果一致。低导致。从总的脱氮效果看，pH为6时，脱氮率相对较低，平均值为73．99％，随着混合液pH的升高，脱氮褂率也相应提高，在混合液pH为7．6时，脱氮率平均0为79．03％，pH为8时，脱氮率最高达81．42％，平0U均值为79．39％，pH继续升高到9时，脱氮率有所降低，平均为75．53％。综合来看，当pH为8左右pH时，脱氮效果最好。1一进水COD；2一出水COD；3一c0D去除率2．3不同pH对TP去除效果的影响图3不同pH对COD去除效果的影响图5显示了不同pH下TP的去除效果。从图5中可以看出，在混合液pH在6～8时，出水的TP均2．2混合液pH对氮素去除效果的影响低于0．5mg／L，低于城镇生活污水TP排放的一级从图4可以看出，在pH为6～9时，NH4-N的A标准，TP去除率均达到90％以上。但当混合液去除效果很好，但出水NH；一N浓度显示出一定的pH达到9时，出水TP高，平均为3．34mg／L，TP去规律，pH为6时，出水NH4一N相对较高，pH为7～除率3294％，去除效果很差，这是由于高的pH无8时，出水NrI4一N质量浓度接近0mg／L，pH为9法提供好的厌氧释磷和好氧吸磷环境，对聚磷菌的时，出水NH4一N升高，平均值为1．28mg／L，远小活性产生了严重的抑制作用。所以，从TP的去除于城镇污水NH4一N排放一级A标准5mg／L。混效果来看，混合液pH为6～8时，均为适合除磷的合液pH为6～9的范围内，NH4一N的去除率均高pH范围。于95％，NH4+一N去除效果很好，而其中pH为6和9时出水NH4一N浓度的增大，是由于硝酸菌和亚硝酸菌的活性受到了影响，pH为6时，污泥中的真曼{毯菌与细菌竞争，硝化速度减慢，硝化速率下降；而pH删为9时，从NIa4一N电离平衡关系可以知道，NH。浓瞧鲁度增加，硝化菌酶的活性受到影响，硝化速率降低。1一进水TP；2一出水I’P；3一’I_P去除翠目图5不同pH对rP去除效果的影响矮蚓从上面的试验结果看，在双侧沟式一体化OCO1j璧工艺装置中最适宜脱氮除磷的pH为8．0左右，在该条件下，COD的去除率达99％，TP去除率达95％，NH一N去除率达99％，TN去除率达81％，充1一进水NH4+一N；2一出水NH4+-N；3一出水NO3一N；分显现出一体化OCO工艺同步脱氮除磷的优越性。4一出水NO2一N；5一进水TN；6一出水TN；7一TN去除率；2．4混合液不同pH与ORP的关系8一NH一N去除率从图6可以看到，混合液在不同pH下，ORP与图4不同pH对氮素去除效果的影响pH的对数呈线性关系，相关方程为ORP7-987．05—混合液在不同pH下的TN去除率都在70％以438．72InpH，相关系数R=0．9632。可以看到在\n2015年6月周慧芳等：利用(¨)R}和控制双侧沟式一体化()工艺污水处理过程‘163·脱氮效率达最佳。ORP<72mV时，出水NH4一N明显增大，ORP>87mV时，出水NH；一N相对稳定，但是出水NO；一N明显升高，出现过硝化。因此，对混合液在不同pH的优化效果看，双侧沟式一体化OCO工艺的最适宜ORP为72．75～86．6mV。InpH2．5ORP与不同pH下物质水质指标关系分析Y=987．05—438．72X．R=0．9632利用SPSS统计分析软件对水质参数进行了2图6不同pH下的ORP与pH的关系变量之间的Pearson’S相关性矩阵的比较(表1)。最适宜处理效果范围，即混合液pH在7．6～8．0，从pH与各水质指标的相关性分析看，混合液pH与NH4一N去除量、出水NO；一N与TN去除量呈负相ORP为72．75—86．6，在此ORP范围时出水TN质量浓度为7．72～7．79mg／L，此时NH4+一N为关，pH升高NH4+一N去除量降低，硝化速率受一定影0．14840．28mg／L，出水硝氮7．47～7．50mg／L，响，相应的出水NO；一N降低，TN去除量降低。表1混合液不同pH下水质理化指标的Pearson’S相关·陛距阵注：①表示显著相关，②表示极显著相关。ORP与混合液pH是极显著相关的(P≤0．01)。8．0左右时，显示出了最适宜的脱氮除磷效果，但考在物料方面，不同pH下的ORP与COD去除量、虑到混合液pH在7．6左右时，也显示出了与pH为Nn4一N去除量、出水NO3-一N、TN去除量之间显著8．0左右时相似的效果，因而系统最佳适宜pH在相关(P≤0．05)。其中ORP与COD处理量呈负相7．6～8．0。关，即有机负荷大时，ORP降低，这可解释为COD是(2)对混合液不同pH下氧化还原电位的分析作为电子供体的，与Li等¨的研究结果一致。显示，得到了优化脱氮的最适宜ORP范围为氮的去除过程是由NH-N氧化成NO；-N，继72．75～86．6mV。而被氧化成NO；一N，最后被反硝化作用转化成N：(3)利用SPSS数据分析软件做变量间的两两得到脱除。系统中各种氮共同影响ORP的大小，从相关性分析，ORP与pH、COD去除量、NH4+-N去除矩阵中可以看到，ORP与NH4一N去除量、出水量，出水NO；一N、TN去除量之间显著相关(P≤NO3一N、TN去除量呈正相关，这个结果是符合预0．05)。ORP能全面指示系统的脱氮除磷效果，在期的。适宜的工艺运行条件下，以ORP联合pH作为优化COD去除量和NH4+一N去除量、出水NO；一N脱氮运行是可行的。负相关，由于硝化菌是自养型微生物，有机负荷高对参考文献自养型的硝化菌有抑制作用。TN去除量跟TP去除量显著相关(P≤0．05)，[1]FangShi，LiXiaohuan．Thee雎ctofpHonpartialnitreification—denitrifieationrateofhishammoniacontainingwastewater[J]．表明在混合液pH为6～9的工况下，rI’P与TN之间JournalofChemicalEngineeringofChineseUniversities，2001，15的矛盾关系不显著，这是由于厌氧区相对独立。(4)：346—350．[2]徐冬梅，聂梅生，金承基．亚硝酸盐型硝化实验研究[J]．给水3结论排水，1999，25(7)：37—39．(1)双侧沟一体化OCO工艺中混合液pH在(下转第165页)\n2015年6月李井峰：膜技术在煤化工污水回用中的应用-l65·(2)高盐高硬度可生化性。同时，若污水中硬度较高，为降低回用水由于煤化工项目多位于西北地区，原水本身含装置的结垢趋势，还需要设置除硬单元。盐量就较高。同时催化剂制备、循环水排污等过程2煤化工污水膜法回用装置及运行状况都将产生大量高盐高硬度污水，故煤化工污水具有高盐、高硬度的特点，一般盐含量在500～5000mg／L，由于目前煤化工项目多建在西北地区，在西北硬度在300～1500mg／L。若要实现污水回用，必须地区若不进行脱盐，污水处理后也无法回用至循环脱盐。水或脱盐水系统，故膜法回用装置大多采用的工艺(3)水质波动大是超(微)滤+反渗透。基本的流程如图1。目前，煤化工仍属于新兴产业，装置运行仍不能做到完全稳定。例如，煤质影响造成气化工艺污水波动较大，装置开停车期间污水COD等也会经常出譬现大幅度波动等。因此对于污水回用装置，必须充分考虑留有一定处理裕量，降低水质波动对回用系趔统的冲击。目前一般的煤化工污水处理工艺包括预处理、图1超滤+反渗透双膜系统流程示意图生化处理、深度处理等流程。预处理主要是传统的隔油、气浮、调节等过程，主要去除污水中的大粒径超(微)滤+反渗透双膜技术已经是较为成熟悬浮物和油。目前用于煤化工污水处理的生化工艺的水回用技术，但其用于污水回用体系或多或少都较多，包括氧化沟、SBR、A／O以及各种生物膜法等。存在一定的问题。通过对现有的煤化工污水装置调由于煤化工污水可生化性较差，一般要选择水解酸研的结果，在双膜装置运行中存在的主要问题和解化或厌氧作为好氧生化处理的预处理环节。通过生决方案如下。化处理，对COD有一定的去除，同时有一定的脱氮(1)水质波动对膜系统冲击较大(特别是在开功能。停车期间)，水质波动时膜系统污染明显加速。由于煤化工污水毒性较大，一旦上游发生污水解决方案：加强上游水质监控，在来水波动期问冲击，对生化系统冲击较大，水质难以满足排放标准对不同水源来水比例进行合理调控，强化膜前预处以及污水回用入水标准要求。为此，在一般的生化理单元，增加超滤膜清洗频率，还可以设置反渗透在处理基础上，若要达到污水回用装置入水标准要求，线清洗。一般还需要进行深度处理。常用的深度处理工艺包(2)反渗透保安过滤器污堵情况较为严重，需括芬顿氧化、臭氧氧化、曝气生物滤池(BAF)、生物要经常更换。主要是由于污水中富含营养物质，活性炭等。深度处理可以进一步降低污水中的微生物容易滋生，通过测试反渗透进水与超滤出COD和氨氮。现在还有一些工艺流程中也将深度水中细菌含量，前者经常要数百倍甚至数千倍于处理的工艺前置到生化处理之前，可以提高污水的后者。(上接第163页)IJEP，2012，2(5)：l6—21．[3]LiDehao，MaoYu~ng，LiuZhenghui，eta1．Simultaneousremovalof[8]马秀兰，田娇，曹国军．不同pH和溶解氧对低碳氮比生活污水基质去除率的影响[J]．安徽农业科学，2010，38(31)：nitrogen，phosphorusandCODinanintegratedOCOreactor[J]．17629—17631．EnvironTeehnol，2014，35(17／18／19／20)：2628—2633．[9]傅金祥，韩晋英，齐建华．常温下低DO和高pH短程硝化过程[4]自洁颖．改良型氧化沟硝化同时反硝化的l临界ORP研究[D]．研究[J]．水处理技术，2008，34(12)：19—22．重庆：重庆大学，2011．[1O]熊振湖，汪艳宁，王秀朵．溶解氧和pH对CAST工艺脱氮效果[5]李德豪．双侧沟式一体化OCO工艺处理生活污水研究[D]．上的影响[J]．环境工程，2003，(6)：14—16+2．[11]LiBaikun，ShannonIrvin．AlkalinityandORPchangesatnitrifiea—海：华东理工大学，2013．tionanddenitrifieationinasequencingbatchreactor(SBR)[C]．[6]国家环境保护局．水和废水监测分析方法[M]．4版．北京：中WEFTEC2005：Session21throughSession30．USA：Proceedings国环境科学出版社，2002：258—282．oftheWaterEnvironmentFederation，2005：2103—2118．[7]LiuZhenghui，SunGuoping，eta1．WaterqualityIndexasasimple[12]王涛，徐跃飞，陈贵生，等．ORP用于优化改良型Carrousel氧化Indicatorofdrinkingwatersourceinthedongjiangfiver，China[J]．沟脱氮的研究[J]．中国给水排水，2012，(21)：16—19．一