农村IAHD沼气脱硫同步污水脱氮 工艺的研究

农村IAHD沼气脱硫同步污水脱氮 工艺的研究

杨朝任,杨曦,易民,杨冰洋,邱芯

(沈阳城市建设学院，辽宁 沈阳110167)

1.引言

随着我国经济的发展，国家在政策上对于农村建设越来越重视，对我国农村环境治理越来越重视，特别是在沼气的开发和利用方面。沼气作为一种清洁能源，具有可再生、无污染、低能耗等特点。目前我国对于沼气的处理主要是在生活污水中添加一些化学药品，如脱硫剂乙硫氨氮、钙盐或氯化铵等作为副产品进入到生活污水中进行处理。然而这些化学药品会对环境造成一定污染。因此我们必须对这种问题给予高度重视。对于农村 IAHD沼气脱硫同步污水脱氮工艺却鲜有报道。

本试验利用沼气脱硫技术对生活污水进行处理。试验系统运行稳定、可靠，出水各项指标均符合《城镇生活污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的二级排放标准要求。本试验采用厌氧-好氧法进行工艺条件选择。为确定各参数的最佳参数，先从理论上对各影响因素进行了分析。为该技术在农村的应用提供参考和依据。

2. 实验方法和内容

（1）首先通过对原料液在气浮机中进行脱硫的工艺参数设置，以实现沼气和污水达标排放。

其次是气浮机对废水中有机污染物含量的去除，即将脱硫后产生的废液导入气浮系统与水中混合搅拌溶解。

在气浮机上方加装一套污水处理装置，用来收集处理废水，最后将处理后的废水通过水泵提升至集水罐。

A反应器：采用填料床结构，具有抗冲击负荷能力强、抗有机污染能力强的特点。其填料床采用蜂窝状填料，空隙率高，有利于提高微生物的活性及有机物的氧化分解反应。

B反应器：由二段一管组成。

第一段是含硫气体入口；第二段是含硫气体出口。

含硫气入口分别通过管接头与C反应器的一段一管相连接。

B反应器内采用曝气方式对废水进行厌氧氧化处理，然后进入到C反应器，实现与B反应器联合作用。

试验结果表明：B反应器和A反应器在进水 TN浓度为15 mg/L时，脱氮效果较好；当进水 COD浓度升高时，总氮及 SS的去除率均降低；当进水 TN浓度低于1.5 mg/L时，污水中氨氮的去除率均能达到一级B标准。

D反应器：由A、C两部分组成（各包含3个子模块）。

A装置：主要由A池、B池组成。

C装置：由二段一管组成单元体。

（2）试验材料和仪器：

1)主要分析仪器： COD测定仪、NH4+-N测定仪、 pH计、 TN测定仪；

2)主要试验试剂：硫含量计（1#）、 COD含量测试仪（1#）、 COD去除剂（3#）；氯化钠溶液（5#）；硝酸钾溶液（6#）；硫酸铝溶液（7#）以及氯化镁溶液（8#）；

3)试验设备： pH计、滴定管、 PH试纸、滴定管。

（3）试验数据分析方法：按照下式计算得出 COD的质量浓度和NH4+-N值，并根据实验结果确定反应温度。

3.结果分析

3.1实验过程中数据的采集和记录：数据是由实验人员用电子天平和游标卡尺测量，并用刻度线进行标记，避免数据失真。

3.2实验过程中所用到的气体主要是由沼气、生活污水、沼气液（沼液）和空气组成，并按照下式计算。其中，沼液质量浓度为10.6g/L；甲烷含量为98.3 mL/L；硫化氢含量为2.01g/L;NH3+-N含量为2.06 mg·L-1。

3.3所用到的气体主要是由沼气、生活污水和废气组成，并按照下式计算 COD质量浓度=（10.6*100%）÷（1+0.0001）-0.03≈11.3g/L。

3.4实验所用到的气体测量方法为分光光度法，使用仪器均为国际通用仪器如DZT-7A便携式光学比色计。

4.结论

该试验系统实现了农村地区 IAHD沼气脱硫同步废水处理技术，可以有效减少温室气体排放，并取得了良好的效果。

研究结果表明：

1)在最佳条件下，氨氮去除率为84.38%，平均去除率为97.02%。

2)在最佳的温度、 pH值、 ORP和NH4+-N浓度下，出水总氮浓度较低，达到了污水二级排放标准。

3)通过实验发现当出水氨氮和 COD含量升高时，出水总氮浓度升高。

4)通过对比不同种类的氨氮去除率与 COD去除率发现当氨氮去除率较高时，出水水质稳定。

5)当有机负荷较低时，沼气脱硫同步废水处理系统具有较好的稳定性。

6)经过厌氧处理后的废水可以作为中水回用。

7)废水中有大量的有机物是沼气脱硫过程中产生的气体和吸收液分解为无机物所致。

8)该系统运行稳定可靠，对温度、 pH值、 CODcr、NH4+-N等影响因素均有良好的适应性。可用于农村地区沼气脱硫同步废水处理工程中推广应用。

厌氧生物滤池内的主要污染物为有机氮和硫化氢，可采用二级生物氧化和三级生物还原技术进行处理。

①二级生物氧化可通过投加一定量的有机物和适量的碳源和无机盐来实现。

②三级生物还原工艺可通过投加NH4+-N、碳源和无机盐来实现。

③三级生物氧化工艺可通过投加有机磷或无机盐来实现，投加量按设计要求。

④二级生物还原工艺可通过投加有机硅、腐殖酸包被剂使池内形成有较强的氧化还原电位，以实现脱氮目的。

⑤在二级生物还原工艺中还可以投加一定比例的 Fe （Ⅱ），使Fe2+与H2S直接氧化反应而不发生氨中毒现象。

本试验利用沼气脱硫技术对生活污水进行处理。试验系统运行稳定、可靠，出水各项指标均符合《城镇生活污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的二级排放标准要求。本试验采用厌氧-好氧法进行工艺条件选择。为确定各参数的最佳参数，先从理论上对各影响因素进行了分析。

在对各影响程度排序方面：温度> pH值> CODcr，其次为氨氮值（DN）和碱度。

当温度在18~22℃时， COD去除率高达90%；当温度低于18~22℃时， COD去除率仅有50%左右；当温度高于22℃时， CODcr和 DN的去除率分别下降到55%和20%左右。

在试验条件下，各因素对系统的脱氮率的影响程度为： CODcr>氨氮>pH (pH)> TN/TP=2.13时，脱氮效果最好。

该系统设计了三个反应器：A反应器、C反应器。各反应器之间通过管路连接；反应介质为含硫气体；同时配置了高效的填料床结构；同时还设计了污泥回流系统以保证污水处理系统稳定运行。

经过3个月的运行，试验系统在出水 CODcr、氨氮、总氮、 SS的指标上均达到二级B标准要求；在进水 TN浓度上满足一级B标准要求；同时C反应器由于填料床结构原因，对脱氮效果影响较小[1]。

该系统运行稳定可靠，各项指标均满足本地区农村生活污水处理的要求。

根据上述试验结果以及本地区农村生活污水水质特点以及系统运行情况，最终确定出水符合农村生活污水一级B标准的设计要求，并通过工程应用证明系统运行可靠有效，为工程应用提供了参考依据[2]，具有良好的经济效益和社会效益[3]；同时还具有一定的社会环境效益。

参考文献：

[1] 李会娟.沼气脱硫同步生活污水脱氮工艺系统的效能研究 2019-06-01

[2] 张若晨 自养—异养联合反硝化系统中功能菌群互作规律及代谢机制 2019-09-01

[3]王昶、王力、曾明、郝林林、孙娟娟 我国农村生活污水治理的现状分析和对策探究 《农业资源与环境学报》2022年02期

基金项目：沈阳城市建设学院大学生创新创业训练计划项目（202213208090）