A2OBAF工艺反硝化聚磷效果的影响因素吕冬梅

中国环境科学2015,35(11)：3266~3274ChinaEnvironmentalScienceA2O-BAF工艺反硝化聚磷效果的影响因素吕冬梅,彭永臻*,赵伟华,王淑莹,曾薇(北京工业大学北京市污水脱氮除磷处理与过程控制工程技术研究中心,北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室,北京100124)摘要：为了提高系统的反硝化除磷脱氮效率,采用静态试验考察了厌氧反应时间和厌氧段COD对A2O-BAF工艺反硝化聚磷效果的影响,同时对缺氧阶段反硝化聚磷量与脱氮量之间的关系进行了探讨.试验结果发现,在试验范围内,随着厌氧反应时间和厌氧段COD的增加,厌氧释磷量均增加,反硝化聚磷量,净聚磷量和硝氮去除量亦都随之增加,但是反硝化聚磷量与释磷量的比值基本维持不变.在2组8个不同的试验条件下,缺氧段反硝化聚磷量和脱氮量之间均呈现出良好的线性关系,系数为1.007~1.053,R2为0.992~0.997,反映了A2O-BAF系统中污泥的固有特性.关键词：厌氧反应时间；COD；反硝化聚磷；线性关系中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-6923(2015)11-3266-09FactorsinfluencingthedenitrifyingphosphorusremovalefficiencyofA2O-BAFprocess.LÜDong-mei,PENGYong-zhen*,ZHAOWei-hua,WANGShu-ying,ZENGWei(EngineeringResearchCenterofBeijing,KeyLaboratoryofBeijingforWaterQualityScienceandWaterEnvironmentRecoveryEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China).ChinaEnvironmentalScience,2015,35(11)：3266~3274Abstract：TheeffectsofanaerobicreactiontimeandCODconcentrationondenitrifyingphosphorusremovalefficiencyofA2O-BAFprocesswerestudiedinparallelbatchexperiments,atthesametimetherelationshipbetweendenitrifyingphosphorusuptakeamountandnitrateconsumptionwasinvestigatedinanoxiccondition.Theresultsfoundthatasanaerobicreactiontimefrom30minto120minandCODconcentrationfrom50mg/Lto200mg/Lincreased,phosphorusreleaseamount,denitrifyingphosphorusuptakeamount,netphosphorusuptakeamountandnitrateremovalamountincreased,buttheratioofdenitrifyingphosphorusuptakeamountandreleaseamountremainedalmostunchanged.Inthealltests,agoodlinearrelationshipbetweendenitrifyingphosphorusuptakeamountandnitrateconsumptionwaspresentedinanoxiccondition,withthelinearcoefficientandcorrelationcoefficientrangingfrom1.007to1.053and0.992to0.997respectively,whichshowedthesludgeintrinsiccharacteristicsintheanaerobic/anoxic/aerobicprocesswithbiologicalaeratedfilter(A2O-BAF)denitrifyingphosphorusremovalsystem.Keywords：anaerobicreactiontime；CODconcentration；denitrifyingphosphorusremoval；linearrelationship传统的生物脱氮除磷工艺存在聚磷菌,硝化菌的泥龄矛盾以及反硝化菌,聚磷菌在碳源需求上的竞争,对于我国低C/N比城市污水来说,很难达到氮,磷的同步深度去除[1-6].双污泥反硝化除磷工艺,耦合双污泥理论及反硝化除磷技术,创造聚磷菌和硝化菌各自最佳的生长环境,利用聚磷菌厌氧段储存体内的内碳源聚-β-羟丁酸(PHB),以硝态氮为电子受体,在缺氧环境下过量吸收水中的磷酸盐,同时反硝化,达到氮,磷污染物的同步去除,实现“一碳两用”[7-8].它不仅解决了传统生物脱氮除磷工艺存在的矛盾和问题,而且节约了运行费用及提高了脱氮除磷效率,与传统的脱氮除磷工艺相比,反硝化除磷不仅可以减少约50%碳源消耗量,30%氧气消耗量,剩余污泥量也可降低约50%[9-11],是一种比较适合处理我国低C/N比城市污水的高效节能工艺,具有很大的潜在工程应用价值和发展前景.A2O-BAF工艺作为最新研发出来的双污泥反硝化除磷工艺,将聚磷菌和硝化细菌完全独立收稿日期：2015-03-27基金项目：国家“863”项目(2012AA063406);北京市教委资助项目*责任作者,教授,[e-mail]11期吕冬梅等：A2O-BAF工艺反硝化聚磷效果的影响因素3267开,聚磷菌在A2O内完成厌氧释磷,缺氧吸磷和好氧吸磷,硝化细菌在BAF中以生物膜的形态附着于活性生物填料上,完成硝化作用,给A2O中缺氧吸磷提供电子受体硝态氮,A2O通过维持较短污泥龄将硝化菌从中淘洗出去有利于促进除磷和反硝化.相比传统的双污泥反硝化除磷系统,A2O-BAF工艺具有以下优势:(1)BAF中填料处于流化状态,生物膜不易发生堵塞,且无需反冲洗;(2)A2O中污泥厌氧释磷后,直接进入缺氧区,以回流的硝态氮为电子受体进行缺氧吸磷,不存在超越污泥,氨氮去除率高;(3)A2O中好氧区不发生硝化作用从而二沉池回流污泥中不含有硝态氮,保证了厌氧区绝对的厌氧环境,有利于聚磷菌充分释磷和合成PHA;(4)系统是活性污泥和生物膜的组合工艺,管理方便,运行稳定,TN去除率高.所以,合理控制工艺参数,研究脱氮除磷的相互关系,在节能降耗的基础上,对提高系统的脱氮除磷效率,最大限度的发挥A2O-BAF工艺自身的优势具有重大现实意义.反硝化聚磷菌通过厌氧释磷将PHB储存体内,在缺氧段才能实现过量吸磷及反硝化,已有研究结果表明,在一定范围内,厌氧释磷量越充分,反硝化聚磷效果越好[12-13].厌氧反应时间和厌氧段COD是影响厌氧释磷量的2个关键因素,同时影响污水处理厂的基建与运行费用.本试验以A2O-BAF系统的反硝化聚磷污泥为研究对象,通过控制不同厌氧反应时间和厌氧段COD,考察厌氧段反应时间和COD的变化对厌氧释磷量及反硝化除磷脱氮效果的影响,以期为A2O-BAF双污泥反硝化除磷工艺在污水处理厂处理低C/N比城市污水的推广应用提供技术参考.1材料与方法1.1反硝化聚磷污泥试验用反硝化聚磷污泥取自实验室连续运行的A2O-BAF反硝化除磷脱氮工艺,该工艺采用活性污泥法和生物膜法相结合的双污泥运行模式(图1).系统以实际生活污水为处理对象连续运行12个月以上,稳定运行期间控制厌氧/缺氧/好氧容积比为2:6:1,硝化液回流比为300%,污泥回流比为100%,反硝化聚磷效果很稳定.A2O-BAF系统连续稳定运行期间,所进生活污水水质如表1所示.原水水箱AAO二沉鼓风机BAF硝化液回流污泥回流剩余污泥中间水箱图1A2O-BAF工艺流程Fig.1SchematicdiagramofA2O-BAFprocess3268中国环境科学35卷表1实际生活污水水质Table1Characteristicsofactualdomesticwastewater项目COD(mg/L)NH4+-N(mg/L)PO43--P(mg/L)C/NC/P范围258~32651.6~70.54.5~6.34.553.8均值28062.55.21.2试验方法根据不同的试验研究目的,从连续流系统的二沉池中取出少量活性污泥后,曝气20min,用超纯水反复清洗5遍后,平均置于多个有效容积为1L的小试装置中(图2),再分别加入等体积的生活污水,分别控制不同的厌氧反应时间及厌氧段COD(表2,表3)在磁力搅拌器上开始厌氧搅拌,厌氧结束后,取水样检测其中的PO43--P浓度,此过程采用WTW在线监测仪在线监测pH值,恒温培养箱来维持温度适宜且稳定.pHTr取样器搅拌子磁力搅拌器图2小试装置Fig.2Schematicdiagramofexperimentalequipment1.2.1厌氧反应时间影响通过投加乙酸钠,控制各反应器的初始厌氧段COD为200mg/L左右,控制不同的厌氧反应时间,厌氧反应结束后,撇去上清液,分别再用超纯水反复清洗5遍污泥,排除外碳源等对反硝化聚磷的影响.然后分别加入等体积的只含少量硝态氮的图1工艺流程的出水,模拟A2O-BAF系统的回流硝化液,同时一次性投加硝酸钾及磷酸二氢钾,进行缺氧反硝化聚磷试验.缺氧反应3h过程中每间隔一段时间取水样进行检测,考察水样中PO43--P和NO3--N的去除规律.试验期间各反应器控制参数见表2.表2厌氧反应时间试验控制参数Table2Thecontrollingparametersofanaerobicreactiontimeexperiment编号温度(℃)pH值污泥浓度(mg/L)厌氧初始ρ(COD)(mg/L)厌氧反应时间(min)缺氧初始ρ(PO43--P)(mg/L)缺氧初始ρ(NO3--N)(mg/L)287.1545002003030.5040.50287.1545202006030.5140.50287.1545002009030.5040.511#2#3#4#287.15451020012030.4940.491.2.2厌氧段COD的影响通过投加不等量的乙酸钠,控制不同的初始厌氧段COD,厌氧反应2h结束后,撇去上清液,分别再用超纯水反复清洗5遍污泥,排除外碳源等对反硝化聚磷的影响,然后分别加入等体积的只含少量硝态氮的图1工艺流程的出水,模拟A2O-BAF系统的回流硝化液,同时一次性投加硝酸钾及磷酸二氢钾,进行缺氧反硝化聚磷试验,缺氧反应3h过程中每间隔一段时间取水样进行检测,考察水样中PO43--P和NO3--N的去除规律,并与厌氧反应时间影响试验的结果进行对比分析.试验期间具体设计参数见表3.表3厌氧段COD试验控制参数Table3ThecontrollingparametersofanaerobicCODconcentrationexperiment编号温度(℃)pH值污泥浓度(mg/L)厌氧初始ρ(COD)(mg/L)缺氧初始ρ(PO43--P)(mg/L)缺氧初始ρ(NO3--N)(mg/L)1#287.2044005036.9944.002#287.20442010036.9944.013#287.20441015036.8744.024#287.20445020036.9644.001.3检测方法NO3--N,PO43--P均由流动注射分析仪测定(LachatQuik-Chem8000,LachatInstrument,Milwaukee,USA);COD按照标准方法(APHA,2005)测定;MLSS采用滤纸称重法测定(国家环11期吕冬梅等：A2O-BAF工艺反硝化聚磷效果的影响因素3269保局