脫氮除磷污水處理一體化設(shè)備

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，隨著化肥、洗涂劑和各種其它化學(xué)物質(zhì)的普遍使用城市污水中的氮、磷含量不斷增加。一般的生物處理或二級(jí)處理對(duì)氮、磷的去除效果很差。如果高氮、磷含量的廢水排入湖泊或不能流動(dòng)的水體則將導(dǎo)致水體的富營(yíng)養(yǎng)化使水休中藻類大量繁殖，而藻類死亡后又會(huì)使水體受到其分解產(chǎn)物的二次污染而消耗大量的溶解氧，為此需要對(duì)含氮磷量偏高的城市污水進(jìn)行脫氮除磷處理。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合了廣州市城市污水水質(zhì)的特點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道，提出了電極—SBR 法處理城市污水除磷脫氮的方法。并對(duì)次進(jìn)行了理論探討和實(shí)驗(yàn)研究。

脫氮除磷污水處理一體化設(shè)備

1 電極生物法的發(fā)展概況

早在 1988 年，F(xiàn)unchs 等已將生物處理方法與電化學(xué)方法結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用于反硝化除氮。1990 年，Senda 將氧化還原酶修飾在電極上，應(yīng)用于傳感器和反應(yīng)器中，其明顯特征是能對(duì)酶反應(yīng)進(jìn)行電化學(xué)控制。

1992 年，Mello等*提出電極—生物反應(yīng)器的概念。他們將NO3- 、NO2-、N2O 還原酶與藏紅T 等具有電子傳遞能力的染料基質(zhì)相混合后，涂布在陰極表面，制成生物膜電極。經(jīng)過(guò)固定，酶的活性及染料的電子傳遞能力均有所提高，電極為固定化酶有效地提供還原能力。他們還首先提出了“電流提供反硝化還原力”、“電流促進(jìn)和控制反硝化”等概念。

1993 年，Y.Sakakibara 等將脫氮菌固定在陰極表面，對(duì)地面水和飲用水中的濃度NO3-進(jìn)行處理，取得了很好的效果。在推導(dǎo)模型時(shí)，又提出了電極--生物膜的概念， Flora 則稱之為生物膜電極。

1994 年，Sakakibara研究了陽(yáng)極反應(yīng)對(duì)脫氮的影響。他認(rèn)為，由于NO3-的遷移率比Na+的高，為保持電中性，主體溶液OH –濃度升高。碳陽(yáng)極的氧化則有利于中和OH -，降低溶液pH，增強(qiáng)厭氧環(huán)境，從而有利于生物脫氮。

Kuroda在反應(yīng)器中投加乙酸鈉，提高了脫氮速率。實(shí)驗(yàn)表明，脫氮效率隨C/N 比的增加而增加，C/N 為1 的時(shí)候達(dá)到zui大，在5 小時(shí)的水力停留時(shí)間中，NO3-的還原率達(dá)到90 %以上，無(wú)殘余的乙酸鹽及NO2-存在，脫氮效率為未投加乙酸鈉時(shí)的3.8 倍。

在國(guó)內(nèi)，電極生物膜處理方面的研究起步不久。黃民生對(duì)影響電極生物膜反硝化作用的一些因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，電場(chǎng)條件下，陰極生物膜法反硝化效果良好，生物膜的培養(yǎng)馴化時(shí)間和條件、溫度及進(jìn)水溶解氧濃度等因素對(duì)反硝化效果產(chǎn)生一定影響。1997 年，黃民生還對(duì)具有反硝化能力的氫細(xì)菌特性進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。

2001 年，范彬等構(gòu)造了異養(yǎng)—電極—生物膜聯(lián)合反應(yīng)器以脫除地下水的硝酸鹽[13]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)投加的有機(jī)基質(zhì)小于*反硝化的計(jì)量時(shí)，可以通過(guò)電化學(xué)手段所具有的反硝化能力對(duì)殘留的硝酸鹽氮或亞硝酸鹽氮進(jìn)行脫除。

隨著電極生物膜法在近年來(lái)迅速發(fā)展，把電解引入生物膜法已經(jīng)成為了一項(xiàng)新型廢水處理技術(shù)，電解技術(shù)在生物領(lǐng)域應(yīng)用已開(kāi)始逐步深入。盡管近年來(lái)電解—生物法的一些研究逐漸增多，但這些研究很多都局限于地下水或飲用水的反硝化脫氮。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

本試驗(yàn)在原有研究的基礎(chǔ)上，對(duì)比電極-SBR 法與普通傳統(tǒng)SBR 法處理城市污水脫氮除磷的效果比較。實(shí)驗(yàn)裝置有電極-SBR 和傳統(tǒng)SBR 兩種反應(yīng)器。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示。

以上兩種反應(yīng)器外形尺寸相同，由原來(lái)的聚乙烯瓶進(jìn)行改裝而得的。它們的大小*，長(zhǎng)為14.5 cm，寬為8.0 cm，高為16.5cm。有效容積為1650 mL。

電極系統(tǒng)陰、陽(yáng)極為石墨板，該石墨板的石墨含量為90 %，長(zhǎng)為 13.0 cm，寬為6.7 cm，厚1.0 cm，陰極板總面積約為：2×2×13×6.7=348.4 cm2；電場(chǎng)總面積為：2×13×6.7=174.2 cm2。電解槽由三塊電極板隔成三等份。電陽(yáng)極置于槽中間；電陰極置于槽的兩邊。曝氣裝置有ACO-5503 型空氣泵(功率：6 W；風(fēng)量：4.2 L/min；風(fēng)壓：3.5 PSI),曝氣頭和氧氣管若干。裝置位于反應(yīng)器的下部，氧氣由下*輸送。

電源采用一個(gè)線性直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源(龍威儀器設(shè)備制造廠)，型號(hào)和參數(shù)分別為：APR-3005，0~30 V，0~5 A; 同時(shí)連接一個(gè)毫安表(廣州永生儀表廠)，一個(gè)電壓表(武漢三五儀表廠)對(duì)電流電壓進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)測(cè)。

電源開(kāi)關(guān)、曝氣開(kāi)關(guān)采用定時(shí)控制，定時(shí)控制儀器(鄭州鴻聯(lián)電子有限公司)的型號(hào)和參數(shù)分別為：TB 1025 型，220 V，0~30 A。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

按照常規(guī) SBR 反應(yīng)器所需的污泥濃度，分取廣州市某污水處理廠厭氧池、好氧池和缺氧池的部分污泥按一定的配比加入反應(yīng)器中。加至400 mL 左右。同時(shí)除去石墨碳板所占的體積，每次進(jìn)水大約1 L左右。每天(實(shí)驗(yàn)時(shí)間在五月份)基本運(yùn)行周期如下(以下所取樣，均為澄清后所取上清液分析)：

按比例配水，將等量等濃度等水質(zhì)廢水分別倒入兩反應(yīng)器中；

厭氧攪拌 1.5 h，攪拌器為自制小馬達(dá)扇葉攪拌；

好氧曝氣 4~5 h；

結(jié)束曝氣，缺氧攪拌，石墨板加電源通電0.5 h；

沉淀出水(取樣分析點(diǎn))；

研究過(guò)程中有關(guān)項(xiàng)目的分析方法，測(cè)試方法均按國(guó)家*編[18]，1997 年版《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》進(jìn)行。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 CODCr 的去除

從圖 2 的出水CODCr 的處理效率來(lái)看，加電極的生物處理比不加電極的一方略好