CN115340189A - 一种利用有机废液加速厌氧氨氧化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明通过搭建二级串联厌氧氨氧化低温等离子加速器并通过串级使用氯化铝和有机废液实现对氨氮加速溶液浆的制备并实现对氧氨氧化过程启动加速，并可使得厌氧氨氧化系统启动30天总氮去除率最高达84%，远高于相同试验条件下原有厌氧氨氧化系统启动30天总氮去除率。
Description
技术领域
本发明属于氨氮废液无害化处置领域，尤其涉及一种利用有机废液加速厌氧氨氧化方法。
背景技术
氨氮废液若不经合理处置直接排放到水体中易造成水体富营养化，出现严重的藻华现象，使得水质在短时间内迅速恶化，严重扰乱水体及水体周边生态平衡。同时氮氧化物的大量排放会形成酸雨、破坏臭氧层，对生物直接造成损害。厌氧氨氧化无需机碳源供给，脱氮效果显著，同时具有设备体积小、曝气能耗少、污泥产量低、温室气体排放少等优点。
但是，厌氧氨氧化系统启动时间长。厌氧氨氧化菌繁殖速度较慢、易流失，且随着待处理废液氨氮浓度的增加倍增时间直线增加。厌氧氨氧化菌达到工艺需求活性通常需要几个月的时间。因此，当前实现厌氧氨氧化反应器的快速启动成为厌氧氨氧化工程应用过程优先最求的优化目标之一。
附图说明
图1厌氧氨氧化加速系统示意图；
图2 是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例中所涉及有机废液和氨氮废液均来自重庆某冶炼厂有机清洗液（1500~2500 mg/LCOD）和焦炉废水（2000~4000mg/L氨氮）。
实施例1三氯化铝和氨氮废液质量比对厌氧氨氧化体系总氮脱除率影响
按照质量比1:100、1.5:100、2:100、2.5:100、7.5:100、12.5:100、15:100、17.5:100、20:100混合三氯化铝和氨氮废液，搅拌0.5小时，得到铝铵浆。将铝铵浆导入厌氧氨氧化加速系统进行一级低温等离子体放电0.5小时，得到初净化含氮浆液，其中一级低温等离子体放电作用气氛为空气，空气通过曝气盘导入，空气流量为20mL/min，一级低温等离子体放电作用电压为5kV，一级低温等离子体放电作用功率为5kW。按照体积比20:100混合有机废液和初净化含氮浆液，搅拌有机废液和高浓度氨氮废液，搅拌均匀，得到有机含氮浆液。将有机含氮浆液通过泵导入二级低温等离子体放电，二级低温等离子体放0.5小时，得到氨氮加速溶液浆，其中二级低温等离子体放电作用气氛为二氧化碳气体，二氧化碳气体通过曝气盘导入，二氧化碳流量为20mL/min，二级低温等离子体放电作用电压为5kV，二级低温等离子体放电作用功率为5kW。将氨氮加速溶液浆与高浓度氨氮废液混合，导入原有的厌氧氨氧化体系既可，其中氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比0.5:1。
废液中总氮的测定：废液中总氮按照《水质总氮的测定》（HJ 636-2012）进行测定。
总氮去除率：总氮去除率按照如下公式计算，其中
为废液中总氮初始浓度（mg/L）， 
为处理后的废液中总氮剩余浓度（mg/L），测试结果见表1。
表1三氯化铝和氨氮废液质量比对厌氧氨氧化体系总氮去除率影响
由表1可看出，当三氯化铝和氨氮废液质量比低于2.5:100时（如表1中，三氯化铝和氨氮废液质量比=2:100、1.5:100、1:100以及表1中未列举的更低比值），在一级低温等离子体放电作用下，生成聚合氯化铝减少，铵根离子的集聚效应减弱，铵根离子被氧化效率降低，导致最终废液中总氮去除率随着三氯化铝和氨氮废液质量比减小显著降低。当三氯化铝和氨氮废液质量比等于2.5~12.5:100时（如表1中，三氯化铝和氨氮废液质量比=2.5:100、7.5:100、12.5:100），在一级低温等离子体放电作用下，氢自由基、水合电子和生氢氧根可促进铝离子生成沉淀并发生水解聚合，生成聚合氯化铝。聚合氯化铝可通过离子交换作用吸附液体中游离态的铵根离子，从而实现铵根离子的集聚。氢氧根自由基和氧自由基可高效氧化集聚在聚合铝上的铵根离子，生成亚硝酸盐和硝酸盐。亚硝酸盐和硝酸盐从聚合铝表面解吸，重新溶解到浆液中。聚合氯化铝中的氯可被氢氧根自由基和氧自由基氧化为氯自由基，氯自由基可强化铵根离子氧化过程，强化亚硝酸盐和硝酸盐生成。最终，最终废液中总氮去除率均大于75%。当三氯化铝和氨氮废液质量比高于12.5:100时（如表1中，三氯化铝和氨氮废液质量比=15:100、17.5:100、20:100以及表1中未列举的更高比值），三氯化铝掺量过多，废液中总氮去除率随着三氯化铝和氨氮废液质量比进一步增加变化不显著。因此，综合而言，结合效益与成本，当三氯化铝和氨氮废液质量比等于2.5~12.5:100时，最有利于提高废液中总氮去除。
实施例2 有机废液和初净化含氮浆液体积比对厌氧氨氧化体系总氮脱除率影响
按照质量比12.5:100混合三氯化铝和氨氮废液，搅拌1小时，得到铝铵浆。将铝铵浆导入厌氧氨氧化加速系统进行一级低温等离子体放电4小时，得到初净化含氮浆液，其中一级低温等离子体放电作用气氛为空气，空气通过曝气盘导入，空气流量为610mL/min，一级低温等离子体放电作用电压为27.5kV，一级低温等离子体放电作用功率为52.5kW。按照体积比5:100、10:100、15:100、20:100、40:100、60:100、65:100、70:100、75:100混合有机废液和初净化含氮浆液，搅拌有机废液和高浓度氨氮废液，搅拌均匀，得到有机含氮浆液。将有机含氮浆液通过泵导入二级低温等离子体放电，二级低温等离子体放4小时，得到氨氮加速溶液浆，其中二级低温等离子体放电作用气氛为二氧化碳气体，二氧化碳气体通过曝气盘导入，二氧化碳流量为610mL/min，二级低温等离子体放电作用电压为27.5kV，二级低温等离子体放电作用功率为52.5kW。将氨氮加速溶液浆与高浓度氨氮废液混合，导入原有的厌氧氨氧化体系既可，其中氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比2:1。
废液中总氮的测定、总氮去除率均同实施例1。
表2有机废液和初净化含氮浆液体积比对厌氧氨氧化体系总氮脱除率影响
| 有机废液和初净化含氮浆液体积比 | 总氮去除率 | 相对误差率 |
| 5:100 | 48.25% | ±0.2% |
| 10:100 | 53.47% | ±0.1% |
| 15:100 | 65.24% | ±0.1% |
| 20:100 | 79.25% | ±0.1% |
| 40:100 | 81.31% | ±0.1% |
| 60:100 | 82.96% | ±0.1% |
| 65:100 | 78.13% | ±0.1% |
| 70:100 | 69.25% | ±0.2% |
| 75:100 | 57.28% | ±0.2% |
由表2可看出，当有机废液和初净化含氮浆液体积比低于20:100时（如表2中，有机废液和初净化含氮浆液体积比=15:100、10:100、5:100以及表2中未列举的更低比值），有机废液添加较少，在二级低温等离子体放电作过程中并释放的二氧化碳、氢自由基和水合电子较少，硝酸盐还原效率较低，导致废液中总氮去除率随着有机废液和初净化含氮浆液体积比减小显著降低。当有机废液和初净化含氮浆液体积比等于20~60:100时（如表2中，有机废液和初净化含氮浆液体积比=20:100、40:100、60:100），在二级低温等离子体放电作过程中，在二氧化碳气体屏蔽作用下，有机废液中的有机物在放电通道中发生碳碳键断裂，裂解成小分子有机物并释放二氧化碳、氢自由基和水合电子。氢自由基和水合电子可与硝酸盐反应生成亚硝酸盐和水。将氨氮加速溶液浆与高浓度氨氮废液混合，导入原有的厌氧氨氧化体系，小分子有机物可作为养分，亚硝酸盐可与铵根离子反应生成氮气，从而加速厌氧氨氧化过程。最终，最终废液中总氮去除率均大于79%。当有机废液和初净化含氮浆液体积比高于60:100时（如表3中，有机废液和初净化含氮浆液体积比=65:100、70:100、75:100以及表2中未列举的更高比值），有机废液添加过多，在二级低温等离子体放电作过程中产生的小分子有机物过多，从而影响厌氧氨氧化体系中厌氧氨氧菌的繁殖，从而导致废液中总氮去除率随着有机废液和初净化含氮浆液体积比进一步增加反而显著降低。因此，综合而言，结合效益与成本，当有机废液和初净化含氮浆液体积比等于20~60:100时，最有利于提高废液中总氮去除。
实施例3氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比对厌氧氨氧化体系总氮脱除率影响
按照质量比12.5:100混合三氯化铝和氨氮废液，搅拌1.5小时，得到铝铵浆。将铝铵浆导入厌氧氨氧化加速系统进行一级低温等离子体放电7.5小时，得到初净化含氮浆液，其中一级低温等离子体放电作用气氛为空气，空气通过曝气盘导入，空气流量为1200mL/min，一级低温等离子体放电作用电压为50kV，一级低温等离子体放电作用功率为100kW。按照体积比60:100混合有机废液和初净化含氮浆液，搅拌有机废液和高浓度氨氮废液，搅拌均匀，得到有机含氮浆液。将有机含氮浆液通过泵导入二级低温等离子体放电，二级低温等离子体放7.5小时，得到氨氮加速溶液浆，其中二级低温等离子体放电作用气氛为二氧化碳气体，二氧化碳气体通过曝气盘导入，二氧化碳流量为1200mL/min，二级低温等离子体放电作用电压为50kV，二级低温等离子体放电作用功率为100kW。将氨氮加速溶液浆与高浓度氨氮废液混合，导入原有的厌氧氨氧化体系既可，其中氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比分别为0.25:1、0.35:1、0.45:1、0.5:1、2:1、3.5:1、3.75:1、4:1、4.25:1。
废液中总氮的测定、总氮去除率均同实施例1。
表3氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比对厌氧氨氧化体系总氮脱除率影
响
| 氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比 | 总氮去除率 | 相对误差率 |
| 0.25:1 | 57.14% | ±0.2% |
| 0.35:1 | 62.89% | ±0.2% |
| 0.45:1 | 74.13% | ±0.1% |
| 0.5:1 | 81.75% | ±0.1% |
| 2:1 | 82.86% | ±0.1% |
| 3.5:1 | 84.17% | ±0.1% |
| 3.75:1 | 75.34% | ±0.1% |
| 4:1 | 65.72% | ±0.1% |
| 4.25:1 | 58.49% | ±0.2% |
由表3可看出，当氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比低于0.5:1时（如表3中，氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比=0.45:1、0.35:1、0.25:1以及表3中未列举的更低比值），氨氮加速溶液浆添加较少，厌氧氨氧化加速效率变差，导致废液中总氮去除率随着氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比减小显著降低。当氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比等于0.5~3.5:1时（如表3中，氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比=0.5:1、2:1、3.5:1），将氨氮加速溶液浆与高浓度氨氮废液混合，导入原有的厌氧氨氧化体系，小分子有机物可作为养分，亚硝酸盐可与铵根离子反应生成氮气，从而加速厌氧氨氧化过程。最终，最终废液中总氮去除率均大于81%。当氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比高于3.5:1时（如表3中，氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比=3.75:1、4:1、4.25:1以及表3中未列举的更高比值），氨氮加速溶液浆过多，引入过多的亚硝酸盐和小分子有机物，导致废液中总氮去除率随着氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比进一步增加反而显著降低。因此，综合而言，结合效益与成本，当氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比等于0.5~3.5:1时，最有利于提高废液中总氮去除。
Claims (5)
1.按照质量比2.5~12.5:100混合三氯化铝和氨氮废液，搅拌0.5~1.5小时，得到铝铵浆。
2.将铝铵浆导入厌氧氨氧化加速系统进行一级低温等离子体放电0.5~7.5小时，得到初净化含氮浆液，其中一级低温等离子体放电作用气氛为空气，空气通过曝气盘导入，空气流量为20~1200mL/min，一级低温等离子体放电作用电压为5~50kV，一级低温等离子体放电作用功率为5~100kW。
3.按照体积比20~60:100混合有机废液和初净化含氮浆液，搅拌有机废液和高浓度氨氮废液，搅拌均匀，得到有机含氮浆液。
4.将有机含氮浆液通过泵导入二级低温等离子体放电，二级低温等离子体放0.5~7.5小时，得到氨氮加速溶液浆，其中二级低温等离子体放电作用气氛为二氧化碳气体，二氧化碳气体通过曝气盘导入，二氧化碳流量为20~1200mL/min，二级低温等离子体放电作用电压为5~50kV，二级低温等离子体放电作用功率为5~100kW。
5.将氨氮加速溶液浆与高浓度氨氮废液混合，导入原有的厌氧氨氧化体系既可，其中氨氮加速溶液浆与含高浓度氨氮废液体积比0.5~3.5:1。
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