生活废水处理方法实时咨询

随着经济的快速发展，环境污染问题越来越突出，特别是含氮、磷等植物营养型污染物的超标排放，导致水体富营养化问题日益严重。而常规活性污泥工艺对总氮、总磷的去除率仅在10％～30％之间，远不能达到国家排放标准。因此，研究开发高效、经济的生物脱氮除磷工艺已成为当前水污染控制领域的研究重点和热点。研究表明，生物的脱氮除磷过程出现了一些超出人们传统认识的新发现，如某些异养菌也可以参与硝化作用；某些微生物在好氧条件下也可以进行反硝化作用。这些现象的发现以及各个不同工艺之间的组合，都为设计处理工艺提供了新的理论和思路。

1、传统脱氦除磷工艺

1．1 A／O工艺

A／O工艺是Anaerobic／Anoxic／Oxic的简称，即厌氧／缺氧／好氧生物脱氮除磷工艺。该工艺的特点是工艺简单，能够同步脱氮除磷，总停留时间短，不易膨胀，不需投药，运行费用低。

污水首先进人厌氧区与回流污泥混合，在

上述工艺都是研究者们根据厌氧、缺氧、好氧等池子的排列数量及混合液循环和回流方式的变化开发出的一系列工艺。此外，还有通过对曝气供氧的控制，在空问和时间上形成厌氧与缺氧环境的SBR(序批间歇式活性污泥法)工艺和氧化沟工艺。这些工艺中存在多种问题，制约了工艺的高效性和稳定性。

2、传统工艺中存在的问题

2．1 微生物的混合培养

A2NSBR反硝化除磷工艺由2个反应器组成：A／O—SBR反应器的主要功能是去除COD和反硝化除磷脱氮，N—SBR反应器主要起硝化作用。这2个反应器的活性污泥是完全分开的，只将各自沉淀后的上清液相互交换。

在N—SBR反应器中进水COD／TKN比较低的进水和泥龄超长，直接导致污泥浓度和污泥负荷低，从而减小曝气量并得到较好的硝化效果。A／O—SBR反应器中，好氧区有好氧吸磷和硝化发生，进一步去除水中残余磷和氨氮。此工艺硝化段、

前，工业有机废水一般采用生化法、物理法及氧化法进行处理。生物法一般要求有机物浓度处于中低水平（COD为1000～10000mg/L），用于处理高浓度废水时难以达标；物理法只是污染物的转移，难以从根本上达到环保的要求。因此，氧化法中的湿法催化氧化法成为目前处理高浓度有机废水的研究热点。

湿法催化氧化法是在一定温度（125~320℃）和压力（2~8MPa）下，以空气或氧气为氧化剂（也有研究使用H2O2作为氧化剂），在固液两相界面将有机污染物催化氧化为无机物或小分子有机物的方法。该方法的核心在于高活性、长寿命的催化剂的开发。目前湿法催化剂活性组分的研究中，以Ru、Pt、Pd等贵金属元素和Cu、Mn、Fe等过渡金属居多。稀土元素铈因较好的储氧能力、稳定性及可分散活性组分的作用也常见报道。但目前国内对催化剂的研究集中在催化剂活性上，对于催化剂在微波场中的性能及其寿命研究较少。

在微波辐射下，催化剂表面的金属点位能与微波发生强烈的相互作用，从而促进有机污染物的降解，对于高浓度有机废水采用催化氧化处理具有较好的效果。含酚废水生物毒性高、难以降解，往往作为高浓度有机废水的模型化合物。笔者在微波场中对苯酚废水进行处理，考察了催化剂在高温高压催化氧化反应中的活性和金属流失情况，对催化剂的活性组分进行初步筛选，考察筛选所得催化剂的活性和稳定性，以期获得稀土改性的高活性、高稳定性双组分或三组分的复合催化剂制备工艺。

1、实验部分

1.1 催化剂制备

分别采用浸渍法和涂覆法制备催化剂。

浸渍法采用等体积浸渍，称取6.0g高强度、低膨胀、耐热性好的蜂窝状堇青石载体置于100mL烧杯中，按载体的1%（质量分数）同时量取Cu、Mn、Ce等元素硝酸盐溶液倒入盛放载体的烧杯中，吸附浸渍48h后80℃下干燥过夜，然后在600～800℃下焙烧2h，取样待用。

涂覆法按一定比例称取氧化铝粉末和拟薄水铝石粉末，混合后加入一定量纯水搅匀，搅拌下加入一定量（金属元素按载体质量的1%计）的过渡金属硝酸盐和Ce（NO3）3•6H2O，搅拌均匀后，滴加一定量浓硝酸形成凝胶。取上述凝胶与一定量贵金属溶液（硝酸钌或氯铂酸），混合均匀后单面涂覆于蜂窝状堇青石载体孔道内，涂覆后80℃干燥3h，采用同样方法涂覆另一面；在80℃烘箱中干燥过夜，再置于管式炉中600～800℃焙烧2h制得负载型催化剂。

1.2 催化剂物理表征

BET测定：使用NOVA2200e比表面分析仪（美国康塔仪器公司）测定样品的比表面积和孔容孔径。

XRD表征：用SmartLabX射线衍射仪（日本理学公司）测定催化剂的晶像结构，分析时采用CuKα靶（λ=0.15406nm）。

活性组分检测：采用ICP-AES法测定催化反应后废水中的金属离子浓度。

1.3 催化剂活性表征

在FYX-1型高压釜基础上自行研制高温高压微波反应釜。容积500mL，高工作压力8MPa，高工作温度250℃。

称取一定量苯酚（分析纯，西陇化工股份有限公司）配成9.41g/L苯酚溶液，其CODCr约为22000mg/L，pH为6.7。取200mL上述苯酚溶液调节pH至9后，与6g催化剂一起倒入微波反应釜中，加入2mLH2O2（30%）密封，通入氧气至反应釜内压力为2.5MPa，升温至150℃，调节进出气阀保证釜内压力为4MPa，反应100min。反应完成后关闭微波加热装置，待温度冷却至常温后打开出气口降压，取出水样，用回流滴定法测定COD。

2、结果与讨论

2.1 制备方法对催化剂性能的影响

文献报道了过渡金属Cu、Mn对废水有较好的催化活性，故首先选择Cu、Mn为活性组分，以稀土Ce为催化剂助剂，分别采用浸渍法与涂覆法制备催化剂，对CODCr约为22000mg/L的苯酚废水进行处理，反应时间100min，考察催化活性与负载金属的溶出量，结果如表1所示。

反硝化脱氮吸磷段和好氧吸磷段都处于较理想的反应条件下，显示出非常稳定的硝化和脱氮除磷效果。

经研究表明，两反应器的结合表现出稳定的脱氮除磷特性，除磷率几乎达到100％，脱氮率稳定在90％左右；同时与传统脱氮除磷工艺相比较COD消耗量减少50％，耗氧量和污泥产量也可分别减少约30％和50％。因此该工艺特别适合处理BOD／TP值较低的污水。

3．3 BCFS工艺

BCFS工艺是由荷兰Delft大学的Mark教授在氧化沟和UCT工艺基础上开发的，是目前已经投入使用的单污泥系统。工艺由厌氧池、选择池、缺氧池、混合池及好氧池等5个功能相对专一的反应器组成。通过反应器之间的3个循环，来优化各反应器内细菌的生存环境，充分利用反硝化除磷菌

传统的生物脱氮除磷工艺一般都采用单一污泥悬浮生长系统，在该系统中有多种差别较大的微生物，不同功能的微生物对营养物质和生长条件的要求都有很大的不同，要保证所有的微生物都达到佳生长条件是不可能的，这就使得系统很难达到高效运行。

2．2 泥龄问题

由于硝化菌的世代期长，为获得良好的硝化效果，必须保证系统有较长的泥龄。而聚磷菌世代期较短，且磷的去除是通过排除剩余污泥实现的，所以为了保证良好的除磷效果，系统必须短泥龄运行。这就使得系统的运行，在脱氮和除磷的泥龄控制上存在矛盾。

2．3 碳源问题

在脱氮除磷系统中，碳源主要消耗在释磷、反硝化和异养菌的正常代谢等方面。其中，释磷和反硝化的反应速率与进水碳源中易降解的部分，尤其是挥发性有机脂肪酸的含量关系很大。一般说来，城市污水中所含的易降解的有机污染物是有限的，所以在生物脱氮除磷系统中，释磷和反硝化之间存在着因碳源不足而引发的竞争性矛盾。

2．4 回流污泥中的硝酸盐问题

在整个系统中，聚磷菌、硝化细菌、反硝化细菌及其它多种微生物共同生长，并参与系统的循环运行。常规工艺中，由于厌氧区在前，回流污泥不可避免地将一部分硝酸盐带人该区，一旦聚磷菌与硝酸盐接触，就导致聚磷效果下降。这主要是由于反硝化细菌与聚磷菌对底物形成竞争，其脱氮作用造成碳源无法满足聚磷菌的充分释磷所致。

3、生物脱氮除磷新工艺

3．1 DEPHANOX工艺

DEPHANOX工艺是BortoneG等于1996年提出的一种具有硝化和反硝化除磷双污泥回流系统的技术，是为了满DPB所需的环境要求而开发的一种强化生物除磷工艺。该工艺在厌氧池与缺氧池之间增加了沉淀池和固定膜反应池，可以避免由于氧化作用而造成有机碳源的损失并稳定系统的硝酸盐浓度。污水在厌氧池中释磷，在沉淀池中进行泥水分离，含氨较多的上清液进人固定膜反应池进行硝化，污泥则跨越固定膜反应池进入缺氧段完成反硝化和摄磷。

该工艺具有能耗低，污泥产量低且COD消耗量低的特点。但该工艺中磷的去除效果很大程度上取决于缺氧段硝酸盐的浓度，当缺氧段硝酸盐不充足时，磷的过量摄取受到限制；反之硝酸盐又会随回流污泥进入厌氧段，干扰磷的释放和聚磷菌体的PHB的合成。

该工艺优点在于不但能解决除磷系统反硝化碳源不足的问题和降低系统的能源(曝气)消耗，而且可缩小曝气区的体积，降低剩余污泥量，尤其适用于处理低COD／TKN(TKN为总凯氏氮)的污水。不过由于进水中氮和磷的比例很难恰好满足缺氧摄磷的要求，从而给系统的控制带来一定困难。工艺流程见图4。

兼性厌氧发酵菌的作用下，将部分易生物降解的大分子有机物转化为VFA(挥发性脂肪酸)。在缺氧区，反硝化菌利用污水中的有机物和经混合液回流而带来的硝酸盐进行反硝化，同时去碳脱氮。在好氧区，有机物浓度相当低，有利于自养硝化菌生长繁殖，进行硝化反应。