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南通社区卫生废水综合处理设备-南通仪表网

 一、概况

    随着我国市场经济的深入发展，特别是产品化趋势日益明显，产品包装行业得到*发展，市场对包装制品需求不断增大。包装纸板生产在世界各国国民经济中占有重要的地位，纸板产品成为包装工业的主要原材料。我国“十五”规划中明确表明，我国造纸产量与需求量平均都能保持5%左右的增长，发展方向主要集中在高档纸品上。可见，目前市场前景广阔，产品发展余地大，销售市场有保障。

 纸业有限责任公司根据目前市场情况，经过长时间的市场调查了解和前期准备工作，引进全自动热力喷放制浆（爆破制浆）（权号：ZL02246643.6）技术，计划投资6000万元人民币，以竹子为主要原料生产竹浆，新上年生产能力6.0万吨造纸生产线，生产纸浆板、生活用纸和包装用纸。工程分两期建设，一期年生产能力3.6万吨，二期年生产能力2.4万吨，整个项目由制浆车间、造纸车间、辅助设施、公用工程、环保工程、生活设施和储运工程等部分组成。

    爆破制浆过程中不产生蒸煮废液即传统造纸制浆黑液,主要为打浆时产生的洗液,其污染组成为:BOD5：主要来自制浆中分解的有机物,即糖类、醇类、有机酸、木质素等；CODcr：主要来自木质素及其衍生物；SS：主要来自流失的细小纤维。

    根据《纸业有限责任公司60kt/a爆破制浆造纸工程环境影响报告书》中提供的数据，外排废水主要是生产中的打浆废水，一期废水量约为9410m3/d，二期废水量约为6273 m3/d，二期工程建成后外排废水量共计约15683m3/d。

    根据《建设项目管理条例》和《环境保护法》之规定，环保设施的建设应与主体工程“三同时”。受纸业有限责任公司委托，我公司提出了该项目的废水处理方案，按本方案进行建设后，可确保废水的达标排放，同时将大部分废水经预处理后回用于生产过程，减少污染物的排放，能*地减轻该项目外排废水对沙溪的不利影响。

    二、水质水量和排放标准 

    （一）水量

    日排放水量：一期9410m3/d，二期6273 m3/d，二期合计15683m3/d

    设计规模：一期9410m3/d，其中预处理能力为9410m3/d，生化处理能力为2900m3/d。

    二期新增6273 m3/d，其中预处理能力为6273m3/d，生化处理能力为2000m3/d。

    二期合计15683m3/d，其中预处理能力为15683m3/d，生化处理能力为4900m3/d。

    本次方案设计对一期水量进行设计。

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　连续运行阶段反应器氨氮, 亚硝氮和硝氮变化如图 2所示, 进水温度及总氮去除率如图 3所示.为了研究脱氮途径, 引入厌氧氨氧化反应方程式, 如式(1)所示.厌氧氨氧化菌按1 :1.32的比例消耗氨氮和亚硝氮.厌氧氨氧化工艺生成的氮气量与硝氮量之比为8, 该值称为特征比.

　　反应器改为连续进水出水的第1 d, 总氮去除率为13.8%.但亚硝氮氨氮消耗比为1.41, 特征比为28.17, 不满足厌氧氨氧化方程式.分析其原因, 可能是由于火山岩填料对基质的吸附作用.随着吸附达到饱和, 总氮去除率明显降低, 第4 d时, 总氮去除率由13.8%降低到5.2%.反应器继续运行, 氨氮和亚硝氮去除效果逐渐提高, 出水硝氮浓度逐步增加.第109 d时, 连续15 d氨氮和亚硝氮去除率大于90%, 总氮去除率大于70%, 亚硝氮氨氮消耗比稳定在1.17~1.26, 特征比稳定在8.76~10.21, 符合厌氧氨氧化反应方程式, 表明上向流厌氧氨氧化生物滤柱启动成功.

　　Zekker等在20℃条件下以发酵厂高氨氮污水为基质, 历时186 d成功启动厌氧氨氧化工艺.进水温度20~25℃, 氨氮和亚硝氮基质浓度为30~50 mg ·L-1, Bao等在224 d启动厌氧氨氧化生物滤柱. Zhang等以含25~35 mg ·L-1氨氮和亚硝氮的配水为基质, 23℃条件下90 d成功启动厌氧氨氧化SBR反应器.与前人研究成果相比, 本试验以更低浓度的实际生活污水为基质, 在15.1~21.9℃的条件下, 成功启动厌氧氨氧化反应器, 较前人的研究成果有所进步.

　　2.2 厌氧氨氧化滤柱的低温运行

　　第153~244 d时, 反应器在秋季运行, 进水温度为12.6~18.9℃.温度在14℃以上时, 反应器氨氮、亚硝氮去除率大于95%, 温度小于14℃时, 氨氮和亚氮去除率明显降低.第245 d, 反应器运行进入冬季, 进水温度为10.2~14.3℃.由图 3可知, 反应器总氮去除率与进水温度密切相关.进水温度在10~12℃时, 总氮去除率为25%~60%.进水温度为12~14℃时, 总氮去除率为55%~75%.第245~334 d, 反应器zui大出水总氮浓度为30.1 mg ·L-1, 平均总氮去除率为54.3%.

　　为了避免生物膜过度增殖导致滤柱堵塞, 第461 d对滤柱进行反冲洗.反冲洗时, 采用较大的水力负荷以达到削减生物膜厚度的目的.以气水联合的方式进行反冲洗, 气水比为3, 水冲强度为2.0 L ·(s ·m2)-1, 反冲洗时间为3 min.反冲洗后, 氨氮去除率从98.6%降低到59.7%, 亚硝氮去除率从97.3%降低为57.2%, 总氮去除率由78.4%降为48.1%.运行8 d后, 氨氮去除率恢复至90%以上, 总氮去除率提高到71%.相比于其他生物膜, 本试验厌氧氨氧化生物膜反冲洗后恢复速度较快.有研究表明, 成熟的厌氧氨氧化菌生物膜结构紧凑, 分泌较多的胞外多聚物, 对水力负荷冲击的抵抗能力强, 因此成熟厌氧氨氧化生物膜受反冲洗影响较小.

　　第510~604 d, 运行季节为秋季, 进水温度为13.2~19.6℃, 反应器氨氮和亚硝氮去除率大于90%, 总氮去除率大于75%.相比于去年同期水平, 进水温度在14℃以下时, 依然有着良好的处理效果.第605 d, 运行再次进入冬季, 进水温度为10.1~14.7℃.进水温度在10~12℃时, 总氮去除率为50%~65%.进水温度为12~14℃时, 总氮去除率为70~80%.第605~695 d, 反应器zui大出水总氮浓度为19.7 mg ·L-1, 平均总氮去除率为69.7%.总氮去除率比去年同期相比增长了29%, 总氮去除负荷增长率为23%.

　　Guillén等通过1 048 d的低温驯化, 提高了低温厌氧氨氧化工艺的处理效果. Trojanowicz等从低温驯化3 a的厌氧氨氧化反应器中取泥, 在低温时成功启动反应器并取得了良好的处理效果.前人的研究主要表明, *的低温驯化可以提高低温厌氧氨氧化菌活性, 但对于*驯化对厌氧氨氧化活性提高并未定量化.在本试验中, 从第245~334 d到第605~695 d, 历时1 a, 总氮去除负荷增长率为23%, *低温驯化明显地提高了反应器低温处理效果.

　　2.3 生物学特性研究

　　每个季节从反应器中取出滤料, 测定滤料生物量及反应速率, 结果如图 5所示.生物量单位以VSS/滤料计, 为mg ·g-1.

　　第55~148 d, 进水温度为16.5~21.9℃, 反应器生物量从5.08 mg ·g-1增长到9.61 mg ·g-1, 增长幅度较大.第230~298 d, 进水温度为10.2~13.8℃, 生物量由10.20 mg ·g-1提高为11.38 mg ·g-1, 低温环境中生物量增长速度较慢, 表明温度对厌氧氨氧化菌生物膜的增长有较大影响.第461 d滤柱进行反冲洗, 生物量从14.96 mg ·g-1降低至8.01 mg ·g-1, 反冲洗可以有效地剪切生物膜,

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针对污水生物脱氮工艺中碳源不足的问题，学者们进行了很多研究:先是进行了工艺改进，如采用前置反硝化、多点进水或取消初次沉淀池等;后来研究了投加低分子液体碳源，如甲醇、乙酸等;以及投加高浓度有机废水或污泥发酵上清液;还有研究引入了固体碳源，包括天然固体碳源，如小麦秸秆、棉花等，和人工合成聚合物，如PCL,PBS等。与传统液体碳源相比，纤维索类物质价格低廉并可持续释放碳源，能被生物降解，可同时作为微生物反硝化作用的碳源和生物膜附着生长的载体。但棉花、麦秸秆等物质具有更高的经济价值，因此，采用废弃物作为有机碳源具有更加实际的意义。作为城市中常见的园林废弃物之一，植物落叶一年四季均可获取，已有的关于落叶作为反硝化碳源的研究显示，落叶作为反硝化碳源具有优良的脱氮能力，但研究主要针对地表水的修复，国外有研究者将植物茎叶废料发酵液作为反硝化碳源用于水培废水的处理，但鲜见落叶直接用于生活污水反硝化的相关报道。

　　本文在对筛选的3种落叶进行释碳动力学分析后，选择一种碳源释放能力的落叶作为研究对象，考察了温度和投加量对其反硝化过程的影响，并将落叶投入生活污水中考察其反硝化效果，以期为城市污水处理厂外加碳源的筛选提供一点思路。

　　1 实验部分

　　1. 1实验材料准备

　　综合考虑城市道路和园林常见绿化种类，以及落叶厚度与浸出效率的可能关系，实验选择香樟、梧桐和广玉兰 3种落叶作为研究对象。所用材料取自中南财经政法大学校园内自然凋落的落叶。将上述3种落叶用自来水洗净后，置于阴凉处自然风干，保存备用。

　　1. 2反硝化污泥培养

　　活性污泥取自武汉某城市污水处理厂二沉池回流污泥，驯化期间采用乙酸作为反硝化碳源，配制COD浓度200 mg / L左右，以硝酸钾和磷酸二氢钾作为氮源和磷源，保持N:P=5:1，硝酸盐浓度在40mg / L左右。驯化时取1L活性污泥置于3 L锥形瓶中，加入配制好的培养液1. 5 L左右，密封锥形瓶并保持瓶内溶解氧的浓度在0. 2 mg / L 以下，每天更换一次上清液。经过冬季为期一月的低温(水温约10一15℃)驯化后，得到以乙酸为碳源的反硝化污泥，连续4d测定出水硝酸盐浓度，均低于4 mg / L，硝酸盐去除率在90%以上，出水COD浓度低于30 mg / L。

　　1. 3落叶释碳动力学

　　将上述3种落叶分别剪成约1 cm X 1 cm的小块，各自称取5g置于500 mL的烧杯中，注入无菌蒸馏水至500 mL刻度线，玻璃棒搅拌后，密封烧杯日以防止水分蒸发和杂质进入。实验温度控制在(20士1)℃，初始pH值为7. 2一7. 5。分别在第1 ,2 ,4 ,8 ,12 ,24 ,36 ,48 ,60 ,72 ,96 ,120和144 h取样，测定水溶液中的COD浓度和pH等指标。

　　1. 4单纯落叶反硝化影响因素实验

　　以广玉兰叶作为研究对象，采用序批式实验研究温度和固液比对反硝化效果的影响，向250 mL锥形瓶中加入150 mL配置好的培养液(考虑到落叶中营养元索较为丰富，培养液中仅添加硝酸钾和磷酸二氢钾作为氮源和磷源，其中硝酸盐浓度在40 mg / L 左右，N:P=5:1)和100 mL反硝化污泥，通过恒温振荡器控制反应温度。研究温度的影响时，向3组反应装置各投加2. 5 g广玉兰叶，分别置于15 、25和30 ℃下进行反硝化实验;研究固液比的影响时，控制实验温度为25 ℃，按照固液比分别为1 : 250 ,1. 5 : 250和2.5:250的比例向3个250 mL的反应容器中分别投加1. 0、1. 5和2. 5 g广玉兰叶。每周期运行24 h，更换150 mL培养液，连续运行26 d，每天检测硝酸盐以及亚硝酸盐的变化情况。

　　1. 5落叶用于生活污水反硝化实验

　　选用2个1 000 mL的锥形瓶作为反应容器，分别加入200 mL驯化好的反硝化污泥和一定量的硝酸盐溶液，确保进水后MLVSS维持在2 500 mg / L 左右，初始硝酸盐浓度维持在40一50 mg / L 。其中一个容器仅以污水作碳源，记为污水组，另一个反应容器中除了进水外，按1 : 250的固液比投加4g广玉兰叶，记为污水+落叶组。将密封好的反应容器放置于恒温振荡器，控制反应温度在(25士1)℃。分别在第0、0.5、1、2、3和4h取样，测定污水中的COD、硝酸盐、亚硝酸盐浓度以及pH值和色度。

　　1. 6分析方法

　　常规水质指标分析主要参考《水和废水监测分析方法》中规定的标准方法，其中COD的测定采用哈希消解法，硝酸盐采用紫外分光光度计测定，色度采用铂钻标准比色法，样品经0. 45 μm水性滤膜抽滤后测定。

　　2结果与讨论

　　2. 1落叶释碳性能与动力学

　　广玉兰、梧桐和香樟3种落叶的释碳轨迹和pH变化规律，如图1所示。可以看出，3种碳源物质均具有可持续释碳能力，在实验的144 h内，3种碳源的释碳规律较为相似，都是先快速上升，后来逐渐变缓;3种溶液的pH则呈现先直线式下降，后逐渐维持相对稳定的趋势。从碳源释放情况看，广玉兰叶的碳源释放量和速率均远远高于梧桐和香樟，在浸出第4小时时，广玉_的碳源释放量已达743 mg / L，单位质量碳源释放量达到37. 15 mg ·(g ·h)-1，碳源的zui高释放量出现在第120小时，为2 384mg / L,梧桐在经历zui初2d的释放后释碳逐渐变缓，而香樟则一直呈现小幅增长的趋势。zui终广玉兰叶COD单位释放量高达229.2 mg / g，香樟为43.3 mg / g，梧桐zui少，只有31.3 mg / g。从pH变化规律来看，3种落叶浸出液pH值下降的拐点与其浸出液COD升高的拐点几乎同时出现，表明落叶浸出初期释放的碳源中含有大量的酸性物质;落叶pH值变化幅度为:广玉兰>梧桐>香樟，侧面反映出广玉铸叶的释酸能力zui强。