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2021-09-09
普羅生物
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制漿造紙工業(yè)廢水是我國主要的污染水源之一，目前，處理制漿造紙工業(yè)廢水的主要方法仍以活性污泥法居多。制漿造紙工業(yè)廢水存在營養(yǎng)單一、氮和磷營養(yǎng)缺乏的問題，而氮是構(gòu)成微生物體的重要元素，菌體蛋白質(zhì)、核酸等分子中都含有氮元素，氮可占菌體干質(zhì)量的10%。在活性污泥法處理制漿造紙工業(yè)廢水過程中，主要以投加尿素、氨水和銨鹽作為氮源。
尿素作為傳統(tǒng)的氮源，廣泛用于制漿造紙廢水處理系統(tǒng)，其優(yōu)點為單價便宜，固體運輸方便;缺點為被微生物吸收利用的效率低，用量大，還需要專用的溶解罐，占用勞動力及電能。尿素投加至生化系統(tǒng)中，在脲酶的作用下轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮形態(tài)，在中性或堿性環(huán)境下，氨態(tài)氮會分解易揮發(fā)的氨氣，在曝氣的情況下，容易形成氮氣流失 。在農(nóng)業(yè)研究中，尿素單獨使用時，揮發(fā)損失大，利用率僅為30%左右。
生物制劑是近年來出現(xiàn)的營養(yǎng)源，比如生物活性磷、生物營養(yǎng)劑等。生物活性氮(Super Nitro,簡稱SN)是普羅生物技術(shù)(上海)有限公司研發(fā)的一款液態(tài)氮源產(chǎn)品，它由多種氮形態(tài)構(gòu)成，屬于生理肥料的新產(chǎn)品，同時通過微碳技術(shù)植入有機酸小分子片段，主要作用是增強氮的輸送能力，提高微生物對氮的吸收利用，再結(jié)合產(chǎn)品中的微量元素，達到營養(yǎng)均衡的效果。本文介紹了SN用于某制漿造紙廢水處理系統(tǒng)的實踐，對SN與傳統(tǒng)氮源尿素的應(yīng)用特點進行了全面分析和總結(jié)。
1.1 試驗藥劑
生物活性氮(SN):密度為1.30 mg/L，總氮含量約為30%，淡黃色液體，無毒無害。
尿素(Urea): 密度為1.335 mg/L，總氨含量約為46.7%，白色晶體，無毒無害。
1.2 使用方法
進行試驗的制漿企業(yè)產(chǎn)能100萬t/a，其制漿原料主要為木材、廢紙和蘆葦。廢水處理系統(tǒng)的運行工藝流程為:廢水→初沉池→冷卻塔→選擇池→厭氧池→好氧池→二沉池→深度處理(超效淺層氣浮系統(tǒng)) →達標排放。該企業(yè)好氧系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行時，二沉池出水CODCr穩(wěn)定在250 mg/L以下。
廢水處理系統(tǒng)進水CODCr保持在1250mg/L，BOD/COD為0.45，每天進水量為45000m3，進水總氮值為2mg/L.需要補充氮磷營養(yǎng)，經(jīng)計算每天需每天尿素用量為2100 kg。
在廢水處理不同時期，SN 可發(fā)揮不同形態(tài)氮的協(xié)同效應(yīng)，顯著提高氮的利用率。為了確定SN能夠高效地替代尿素，在產(chǎn)品開發(fā)階段，以廢水處理系統(tǒng)為研究對象，使用SN替代尿素，在廢水中含有相同量的BOD時，尿素用量按照理論營養(yǎng)需求m(BOD5): m(N):m(P) =100:5:1計算，經(jīng)計算，最終確定本試驗的SN總用量為原尿素用量的1/3 (以尿素質(zhì)量計)時。即SN總用量為2100kg×1/3=700kg。
試驗中使用SN時，采取逐步替代尿素的方法，即分三個階段在選擇池投加SN和尿素，最終使SN完全替代尿素。由于SN是液態(tài)，可直接泵入選擇池;尿素則需要先在尿素罐中溶解，再泵入選擇池。表1為三個階段中SN和尿素的用量。
2 檢測方法
SN作為一類新型氮源藥劑， 無毒無害，能夠高效少量地替代傳統(tǒng)氮源。目前評判SN的高效性和安全性主要為二沉池出水的氨氮濃度、二沉池出水CODCr、好氧池末端SV30(污泥沉降比)和生物相。
本試驗取樣地點為初沉池出口、選擇池出口、好氧池出口、二沉池。水質(zhì)檢測項目、檢測頻次和檢測方法見表2。
3.1氨氨濃度
氨氮是指水中以游離氨和銨離子形式存在的氮，是微生物和水體生態(tài)植物等最易吸收利用的氮源。當水體中氨氮濃度過高時，會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，對魚類及某些水生生物有害，所以工業(yè)廢水處理后需要達到一定的限值才能排放。該制漿造紙企業(yè)廢水處理氨氮濃度排放標準依據(jù)GB/T3544-2008中現(xiàn)有企業(yè)排放限值為10 mg/L，結(jié)合當?shù)丨h(huán)保部門的規(guī)范，實際排放限值為8 mg/L。
圖1為在使用SN期間廢水處理生化系統(tǒng)進、出水的氨氨濃度。從圖1可以看出，SN 逐步替代尿素時，在不同替代階段，其氨氮濃度呈現(xiàn)不同的規(guī)律。
第一階段，用233kg的SN替代中試前尿素用量中的1/3 (即700kg尿素)，其他氮源仍為尿素，在此階段，選擇池出水氨氮濃度比較低，平均為7.9 mg/L，二沉池出水氨氮濃度波動較大。出現(xiàn)此類規(guī)律的原因主要為:①此階段SN僅替代了中試前尿素用量中的1/3尿素，而SN中含有部分氨態(tài)氮，剩下的為其他形態(tài)的氮，再加上初沉池廢水中的氨氨含量，導(dǎo)致選擇池出水氨氮濃度較初沉池廢水更高，隨著SN逐步替代尿素，選擇池出水氨氮也逐漸增大，最終趨于穩(wěn)定。②SN為液體氮源，其中氮形態(tài)豐富，使用它替代尿素時，系統(tǒng)需要短暫的適應(yīng)期，從而導(dǎo)致二沉池出水氨氮濃度波動較大。第二階段，用466 kg的SN替代中試前尿素用量中的2/3 (即 1400kg尿素)，其他氮源仍為尿素，在此階段，選擇池出水氨氨濃度均值為8.9 mg/L，二沉池出水氨氮濃度波動較小，呈下降的趨勢，主要原因在于系統(tǒng)逐步適應(yīng)了SN作為氮源。第三階段，用700 kg SN完全替代中試前尿素用量(即2100 kg尿素)，在此階段，選擇池出水氨氮濃度均值高達12.2 mg/L，高氨氮含量的主要來源為SN中的氨態(tài)氯及初沉池度水中的氨態(tài)氮。但在此階段，二沉池出水氨氮濃度平穩(wěn)，均值僅為1. 8 mg/L, 遠遠低于排放限值標準。其結(jié)果表明，SN能夠安全地替代尿素，用量僅為原尿素用量的1/3時，二沉池出水達到排放標準。系統(tǒng)出水氨氮濃度穩(wěn)定，即SN能夠很好地被微生物利用。
3.2 CODCr去除效率
CODCr是廢水處理廠運行管理中一個重要的有機物污染指標。圖2為使用SN中試期間，廢水處理系統(tǒng)CODCr的去除情況。
從圖2可以看出，該制漿企業(yè)廢水處理系統(tǒng)初沉池CODCr在1100-1350 mg/L,波動不大，說明該企業(yè)廢水處理系統(tǒng)廢水水質(zhì)比較穩(wěn)定，系統(tǒng)不會受到水力負荷沖擊，在此情況下使用SN，避免了水力負荷沖擊的影響。從二沉池出水CODCr曲線可以看出，使用SN逐步替代尿素的過程中，第一階段和第二階段系統(tǒng)CODCr稍有偏高，但總體趨于穩(wěn)定。當系統(tǒng)外加氮源全部為生物活性氮時，廢水處理系統(tǒng)CODCr完全低于250 mg/L,期間最高為248 mg/L最低為220 mg/L，平均值為238.1mg/L。就CODCr去除效果而言，第三階段，即系統(tǒng)外加氮源全部為SN時，CODCr去除率為80.5%，高于第一階段的79. 9%和第二階段的79. 4%，說明外加SN作為廢水處理系統(tǒng)的氮源，能夠安全地替代尿素，且能夠提高系統(tǒng)的處理效率。
3.3 SV30
SV30是分析活性污泥沉降性最簡便的方法，SV30值越小，污泥沉降性能越好，SV30值越大，沉降性能越差，以致出現(xiàn)活性污泥膨脹現(xiàn)象。廢水處理系統(tǒng)中營養(yǎng)比例相當重要，一般細菌營養(yǎng)比例為m(BOD5) :m(N) :(P) =100:5:1.如果氮營養(yǎng)缺乏時，可能會產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。因為若缺氮，微生物新陳代謝過程中，不能充分利用碳源合成細胞物質(zhì)，過量的碳源將被轉(zhuǎn)化為多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高度親水型化合物，易形成結(jié)合水，從而影響污泥的沉降性能，產(chǎn)生高黏性的污泥膨脹。當用SN替代尿素，用量僅為尿素用量的1/3時，從總氮含量上，SN總氮含量低于尿素總氮含量:但從吸收效率上看，SN更加容易被利用。
圖3為逐步使用SN過程中，好氧池活性污泥的SV30變化情況。從圖3中可以看出，在第一階段，SV30與中試前的SV30(為33%)相當；當進行第二階段時，SV30偏高。但沒有出現(xiàn)活性污泥膨脹現(xiàn)象。出現(xiàn)SV30偏高的原因主要是活性污泥處于適應(yīng)SN作為氮營養(yǎng)的一個過程，數(shù)據(jù)顯示，第二階段末期，SV30恢復(fù)為35%。當SN完全替代尿素時，SV30一直穩(wěn)定在30% -35%，與只用尿素時相比，SV30沒有發(fā)生太大的變化?？傊?，尿素和SN這兩類氮營養(yǎng)物質(zhì)，作為微生物營養(yǎng)時，都能夠滿足微生物的營養(yǎng)需求，只是SN能夠高效少量地替代尿素。
3.4生物相
在使用SN逐步替代尿素期間，每天觀察好氧池活性污泥的生物相， 結(jié)果為:菌膠團結(jié)構(gòu)較密實，沒有發(fā)現(xiàn)太多從菌膠團中伸出的絲狀菌;能夠觀察到活躍的原生動物和后生動物，其中數(shù)量較多的原生動物為鐘蟲、累枝蟲和循纖蟲，數(shù)量較多的后生動物為輪蟲。由生物相可以反映出生物處理系統(tǒng)運行正常，即說明SN能夠安全穩(wěn)定地替代尿素。
4.1 SN作為一種新的液態(tài)氮源，完全能夠替代傳統(tǒng)氮源尿素。當SN用量僅為尿素用量的1/3 (質(zhì)量計)時，CODCr去除效果良好，二沉池出水氨氮濃度低于標準限值排放，SV30基本穩(wěn)定。
4.2 SN 能夠高效地替代尿素，主要歸結(jié)于SN中攜帶的有機酸小分子片段，這些有機酸小分子片段充當運輸載體，運送氮源至細胞體內(nèi)，促進氮源的高效吸收。
4.3 SN 為液態(tài)氮源，投加方便，可節(jié)省溶解尿素的電力與人工成本，適合大量投加氮源的廢水處理廠。
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