AmOn一体化污水生物处理小试研究王华丽

Amon一体化污水生物处理小试研究’王华丽11刘长青2张亚雷`’杨海真(1同济大学长江水环境教育部重点实验室,上海2000922同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092)摘要未用A,0。一体化污水生物处理技术在上海市某城市污水处理厂进行小试研究,着重考察了在两个工况条件下其对COD、氮磷的去处效果。结果表明,Amon一体化断工艺两个工况COD平均去除率达到84.1纬、74.5%,出水氛氮平均达5.smgl/和7.gmgI/,除磷效果有待加强,本文还就亚硝态氮积双和除磷效果不佳的原因进行了分析。关健词AmO。一体化脱氮除磷AmO。污水生物处理是好氧缺氧厌氧综合于一个装置的一体化工艺,其中A代表厌氧或缺氧处理,O代表好氧处理,m、n分别代表厌氧处理和好氧处理的量或程度。A与O可以灵活结合,根据污水在反应装置内的流态进行分布,多段A、O交替,达到更好的污水处理效果.在A.0。一体化反应器中实现了除碳、硝化、反硝化过程,能够碱度补偿,减少运行费用,为一个经济合理的废水处理工艺。1小试设备与方法1.1试验水质本小试的污水取自上海某城市污水处理厂初沉他出水。进水水质见表表l进水水质水水质指标标范围围CCCODDD140~40000TTTNNN30~9555NNNH3一NNN20~6000TTTPPP2~666PPPO;卜一PPPl~3331.2试验工艺A二O。一体化反应器为中间进水方式,进水首先进入到反应器底部,与底部污泥充分棍和,形成厌氧、缺氧区(A,区域)。混合液沿反应器底部的斜壁上升,向上流动进人好氧曝气区(O。区域),水流从曝气区通过出气孔进入导流区脱气,后向下运动进人沉淀区。在沉淀区内进行泥水分离,比重较大的活性污泥沿着导流板下滑,并不断沉淀浓缩,最后通过回流缝再度进人曝气区,实现污泥的回流;与此同时,澄清出水由反应器上部的滋流堰收集后,流出反应器。反应器装置见图]。`基金项目:863计划项目(2004AA649310)和国家科技功关计划项目(2003BA808A17)资助.2611、一____4){{{{{{{{{一丁丁厂厂厂日日厂厂砚砚厅厅厂厂rrrl_{{{!!!{{{{{1.进水管2.揽拌浆3.一气头4.拢拌电机5.取样管6.放空管7.出水堰8.好氧区9.映权区10,厌饭区11.导流区12.沉淀区州6;图1A.认一体化反应器小试装t示惫图1.3分析方法COD:重铬酸钾法;NH:一N:钠氏试剂光度法;NO:一N:N一(l一蔡基)一乙二胺光度法;N仇一N:萦外分光光度法.P认卜一P:铂锑抗分光光度法;TN:过硫酸钾氧化一紫外分光光度法;TP:过硫酸钾消解一钥锑抗分光光度法;以)及水沮:溶氧仪。2结果及讨论小试主要考察了A.O。工艺对有机物及氮碑的去除效果.试验开始时,接种污水处理厂璐气他混合液,待出水效果租定后.开始正式的试验阶段。本试验分两个工况进行,工况一通过较高的喂气t搅拌装t内污泥,保持污泥在惫浮状态.防止泥水分离,工况二降低.气盆,减小溶解载,通过在底部加设两个对称的机械搅拌混合进水和污泥.试验中每种工况运行一个月左右.改变工况后经过至少一周出水稚定后才采集数据.两种工况的运行参数见表2。表2两种工况条件下的运行参数工工况况况二(加搅拌)))泥泥龄(d)))l5551555HHHRT(h)))8.5558.555进进水盘(m3/d)))0.216660.21666水水沮(。C)))13~200020~2555MMMLSS(mg/l)))2780~2990002690~299000以以〕(mg/!)))2.5~4.0002.0~3.0002.IC()D去除效果两种工况条件下对COD的去除效果见图2~3。从图中可以看出,工况一中进水COD变化幅度较大,其中进水COD的最大值为391mgl/,最小值为139mgl/,而最小值的出现是由于降雨导致.本工况出水COD最大值为105mg/`,平均出水”mgl/,达到国家二级排放标准l[],平均去处率为71%。工况二进水coD最大值一262一为368mgl/,最小值为216毗l/,出水COD最大值为171mg八,平均出水141mgl/,平均去处率50纬.与工况一相比出水水质有所下降,分析原因可能是搅拌使得装置底部泥水混合均匀的同时,一部分混合液通过挡板直接进入沉淀区,使得沉淀效果下降,在以后的工作中需要改造沉淀区大小。ǎ欲谈哥众米l0D即807060叨构302010。,一`一、~~一卜一f,一,一书~,5000500050005000500占叨dó,叨几J内乙q`,.二..`ǎ一锄任石OU456侧定天数(d)9【0图2工况一的COD处理效果~进水ǎ%)/并裁报洲807060:5040l020100/一一洛-一----书一人_000000no4035加肠2015105ǎ荡日àOOU46侧定天数(d)图3工况二的COD处理效果2.2脱氮效果(l)硝化效果:两种工况条件下NH,一N的处理效果见图4,图5.工况一进水NH:一N最大值60.gmgl/,最小值31.smgl/,出水最大值12.smgl/,平均出水5.smgI/,出水浓度达到国家一级排放标准,平均去除率为87.5%.工况二进水NH3一N最大值59.Omgl/,最小值44.sgm八,出水最大值13.lmgl/,平均出水浓度7.gmgl/,其中取样第7天出水水质达到。.smgl/,平均去处率84%。由图4,图5可以看出,Aoq一体化工艺对氨氮的去除效果较好。由于水温的升高以及硝化菌的成熟和活性的不断提高,即便在进水水质波动比较大的时候,仍能保持良好的去除效果。ǎ次试并创米\一,一丫丰、广一,。70604020503010ǎ一谈任àZ`门HZ0123456侧定天数(d)78910图4工况一的NH,一N处理效果263ǎ欲谈铃粼米100叨印70印4050功20100去处率r一飞二二丁了价、泛/70印印403020ǎ一协日à之·肉HZ46侧定夭数(d)图5工况二的NH3一N处理效果(2)反硝化效果:两种工况条件下对TN处理效果见图6~7。工况一中进水TN最大为76.6mg/l,最小为37.3mgl/,平均去处率为60.6%.工况二平均进水62.ggml/,出水29.gmgl/。从图中可以看出,进水TN浓度较大且变化范围比较大,但出水稳定.工况的改变对其影响较小。ǎ次丈粉粼报ùUǐ口nU八jIù00168刁占O山,ù.声月ù一,卜-进水-月卜一出水去处率000000C.00Qù口é,`6七dA二勺d八`lǎ一协日à2二.456侧定天数(d)8910图6工况一的TN处理效果-心一进水r/人丫~’色丫\一\\一…1的ǎ%)/路报创叨印70印印40加即10印70印印40黝加100ǎ一诬任à2卜4侧定天数(d)图7工况二的TN处理效果2.3亚硝态氮积累问题从图8中可以发现,出水中的Nq一N浓度远远大于进水中的浓度,平均出水为4.smgl/,出水中含有较高的Nq一N的现象,为此在实验过程中增加溶解氧浓度,但是Nq一N含量并未发生变化,从而导致出水TN比较高。分析亚硝态氮积累的原因有以下几个:(1)pH值:随着硝化过程的进行,氨氮硝化产生的酸使得水中PH值下降.亚硝酸菌适宜pH在7一8.5一264一之间,硝酸菌为6~7.5。若反应器中偏酸性环境,则硝化速率明显下降;若反应器中偏碱性环境.则亚硝酸菌活跃,硝化产物中亚硝酸盐比例升高,形成亚硝酸盐的积累.小试装置中一般水质呈偏碱性,适宜于亚硝酸菌的生长`。(2)以〕:王志盈z[]等在高氨浓度下生物流化床内亚硝化过程的选择特性研究中发现:〔x〕为。.5~1.omgl/时,硝酸菌的硝化速率大幅度降低到13mgl/·h,而亚硝酸菌硝化速率仅降至为92mgl/·h,从而导致系统中亚硝酸的大量积累.这说明溶解氧降低一方面使两类硝化菌氧化基质受限,速率降低;另一方面表明亚硝酸菌对有限溶解氧的竞争力强于硝酸菌,亚硝酸菌增殖和速氧化氨速率比硝酸菌高。虽然在小试装置中保持较高的1)〕,但是在其中可能存在DO死区,导致亚硝酸菌占主导地位。(3)温度:温度的升高使得游离氨对硝酸菌的抑止作用加强,Hyungseok认为在20~25oC温度范围,硝酸菌活性降低,但是刺激了亚硝酸菌的活性,造成亚硝态氮的积累。在小试装置的两个工况中反应温度都比较高,特别在第二个工况中,运行温度在20~25℃,也发现了亚硝态氮积累含量比第一个工况高的现象.亚硝态氮的积累导致装置的反硝化效果变差,对除磷也有一定影响。虽然通过调节工况试图减少积累,但是仍然没有很好的改观,在接下来的试验过程中考虑形成短程硝化反硝化,来解决TN去处率不高的现象.~进水-一出水`、丫户-一火、尸一\、/』(一锄任)入02卜一一忆竺士价、~一压~一12345678910侧定天数(d)图8工况一的NOfN变化2.4除磷效果两种工况条件下对TP处理效果见图9~10。工况一进水最大为5.lmgl/最小为2.Omg1/,平均去除效率为41.2%。工况二平均进水3.3mgl/,出水2.Zmgl/,平均去除效率为33.4%。装置对磷的去除效果不理想,分析原因可能有三个方面:一是出水中含有较多Nq一N,根据文献报道,较高浓度的NOZ一N对微生物的生长和呼吸作用产生极大的危害性,因此不利于磷的去除;二是进水水质的原因.由于直接把污水厂初沉池的进水引人装置,水量水质变化比较大,且有时会进人工业废水,对装置的运行造成很大冲击,如有波动装置的效果恢复多达4周(okada[`〕).进水中vFA含量偏低,只有30一somg/l,Baraias[,〕报道VFA/P应该在14.6~22mgVFA~COD/mgP之间,一般来说vFA只占COD的10%,有限的进水碳源还要首先满足反硝化脱氮的需要,致使进水中的有效碳源不能满足充分释磷的需要,从而导致了聚磷菌在厌氧阶段没有形成足够的~进水6一出水100去处率ǎ%谈并粼米806040、、.一一一_ǎ一协任ùdl一~,20456侧定天数(d)图9工况一的TP处理效果265PHA,在好氧阶段PAO没有足够的能t物质进行好氧吸礴;三可能是装!竖向高度不足的原因,使得厌载区的停留时间偏小,不足以完成厌氧释碑。~进水ǎ%)/哥米裁叨807060叨403020100丫_一娜-一一一}二马ú含叹口ō勺,臼ó廿50-..23L.Oǎ一锅日à食4侧定天数(d)图10工况二的TN处理效果对于NoZ一N含t过高的原因,Kerrn一Jespersen,J.p.,Henze,M.,[`],1993;Kuba,T.,[,]认为聚磷菌能够以亚硝酸根代替溶解载作为电子受体缺氧吸磷。但是Kub。,T.,s[J等认为高浓度的亚硝酸根抑止缺氧吸磷,一般来说亚硝酸根对徽生物的生长和呼吸作用产生极大的危害性,因此其不利于磷的去除。而对于亚硝酸根危害浓度则有不同的报道,具体见表3.裹3不同文做对Nq一N危容浓度的报道著著者,,N02一N浓度度MMMeinhold[,]]]sm1N/lllLLLee〔,o」」10mgN/lllMMMauerr[川川5一10mgN/IIITTT.aSito[12]]]ZmgN/gVSSSS但是Hu[’习通过烧杯实验证实,只有当Nq一N浓度超过115mgl/时才会对除磷有影响.通过另外的烧杯实验,发现其中最大Nq一N浓度为4mgl/,在厌氧阶段释磷速度比较快,对除磷没有影响.在好氧阶段聚礴菌利用溶解氧吸碑,Nq一N也无影响。故虽然出水中Nq一N浓度较高,但其对除磷并无影响.可能的原因是在厌氧、缺氧阶段,进水中的有效碳源首先满足反硝化的需要,使得聚磷菌合成PHA的VFA含量较少,没有有效的释磷,从而在好氧阶段没有较好的吸磷;或是本身污泥里面聚碑菌含量比较底,这需要以后进一步的研究证实。3结论采用Amo。一体化污水处理反应器处理城镇污水,整体处理效果良好,出水各项指标均达到国家规定的二级排放标准.工况一、工况二COD平均去除率为70.5%和50.。%,出水COD浓度在150mgl/以下;工艺硝化效果良好,出水水质保持在平均5.smgl/和7.gmgl/