MBBR与AO法对污水中有机物及氮处理效果的研究徐云侠5e7a47f928ea81c759f5

第1卷第7期环境工程学报Vol.1,No.72007年7月ChineseJournalofEnvironmentalEngineeringJul.2007MBBR与A/O法对污水中有机物及氮处理效果的研究徐云侠张耀斌*全燮赵雅芝(大连理工大学环境与生命学院,大连116024)实验在不同水力停留时间(HRT)、进水COD浓度和不同COD容积负荷条件下考察了移动床生物膜反应器(MBBR)和活性污泥A/O工艺对污水中有机物及氮的处理效果。结果表明,MBBR工艺去除有机物和脱氮效果均优于A/O工艺。在进水COD和NH3-N浓度分别为1000和25mg/L,HRT为8h时,MBBR的COD和TN去除率分别为92%和94%,而A/O工艺分别为78%和82%。造成这种结果的原因是MBBR的生物活性高,并且在生物膜内发生了同时硝化反硝化。MBBR脱氮能力受COD冲击明显小于A/O,但在较低进水COD浓度下,两者TN去除率均较低。移动床生物膜反应器活性污泥A/O工艺有机物的去除脱氮X7031A1673-9108(2007)07-0019-05ExperimentalstudyonthetreatmentoforganiccompoundsandnitrogeninwastewaterbyMBBRandA/OXuYunxiaZhangYaobinQuanXieZhaoYazhi(SchoolofEnvironmental&BiologicalScience&Technology,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024)AbstractTheeffectsofhydraulicretentiontime(HRT)、CODconcentrationandCODvolumetricloadontheremovalofCODandnitrogeninaMBBR(movingbedbiofilmreactor)andA/Oprocessusingactivatedsludgemodewereinvestigated.TheresultsshowedthatMBBRwassuperiortoA/OprocessontheremovalofCODandnitrogen.UndertheconditionofinfluentCODandNH3-Nof1000mg/L、25mg/L,respectively,andHRTof8h,theremovalofCODandTNinMBBRreached92%and94%,respectively,andthoseinA/Oreached78%and82%,respectively.TheresultsshouldbeascribedthatthebiologicalactivityofMBBRwashigher,andsimultaneousnitrificationanddenitrification(SND)occurredinsidebiofilminMBBR.MBBRhadbetterresistanttoorganicshockloadsthanthatofA/O,butwhentheinfluentCODconcentrationwaslow,TNremovalratesinbothsystemswererelativelylow.Keywordsmovingbedbiofilmreactor;A/Oactivatedsludgeprocess;organicmatterremova;lnitrogenremoval:教育部重大培育基金资助项目(705011):2006-11-06;:2007-05-25:徐云侠(1980~),女,硕士研究生,主要从事污水资源化方面的研究工作。E-mai:[e-mail]*通讯联系人,E-mai:[e-mail]现有城镇污水处理厂大多采用活性污泥法处理污水,其对有机物处理效果较好,一般可达85%以上的去除率,但氮、磷的去除效果不理想,这是造成水体富营养化的主要原因之一[1]。近年来,以A/O法为代表的脱氮工艺的应用使城镇污水的脱氮除磷效果大幅度提高。但这种工艺相对复杂,需要硝化液回流,建设、运行费用较高,因此在实际使用中受到限制。微生物的微环境理论认为,生物膜内不同深度存在着氧的浓度梯度,具备从好氧到缺氧的微环境,但从实际运行的生物膜反应器来看,其处理氮、磷效果不太理想。移动床生物膜反应器(movingbedbio-filmreactor,MBBR)自出现以来受到很多关注,它作为生物膜法的一种新形式,可避免填料堵塞、沟流等一般生物膜法的缺点,而且由于微生物处于流化状态,更有利于新陈代谢,因此具有更好的处理效果[2~5]。通过对MBBR和A/O工艺处理模拟生活污水环境工程学报第1卷的研究,比较了各自的工艺参数,试图对目前很多污水处理厂正在进行的建设改造提供技术参考。111MBBR工艺流程如图1所示。反应器为有机玻璃材质,有效尺寸:10cm10cm20cm,采用微孔曝气和连续进水方式。悬浮填料外观为空心圆柱状,内部有十字支撑,外侧沿径向伸展许多尾翅。填料规格参见表1。1Table1Characteristicparametersofcarrierelements图片规格(mm)孔隙率(%)密度(g/cm3)内比表面积(m2/m3)总比表面积(m2/m3)高10,内径10,厚07,外部鳍片高184096~0996141100A/O工艺流程如图2所示。反应器均为有机玻璃材质,有效尺寸均为:10cm10cm20cm,好氧池、厌氧池中污泥浓度分别为2624和2306mg/L,硝化液内回流比取100%。采用微孔曝气和连续进水方式。图1MBBR工艺流程Fig1FlowsheetofMBBRprocess图2A/O工艺流程Fig2FlowsheetofA/Oprocess1.2实验采用人工模拟废水,在自来水中加入一定量的葡萄糖、KH2PO4和NH4Cl以配制不同浓度的COD、NH3-N和PO3-4-P,并添加营养盐和微量元素,投加NaHCO3调节系统pH值在6~9。1.3COD:快速重铬酸钾法;NH3-N:纳氏试剂分光光度法;NO-3-N:紫外分光光度法;NO-2-N:N-(1-萘基)-乙二胺光度法。1.4实验所用接种污泥取自大连春柳河污水处理厂的回流污泥,2套装置初始污泥接种浓度均为2000mg/L左右。经过2周培养,MBBR填料表面生长出一层薄的浅黄色生物膜,A/O中好氧活性污泥逐渐由褐色变为淡黄色;经过镜检,在生物膜内和污泥中发现轮虫和线虫等后生动物,测定各自COD去除率均在90%以上,表明2套工艺驯化成功。2实验保持进水pH值为6~9,曝气量为015m3/h,PO3-4-P浓度为10mg/L。A/O工艺在各HRT下,好氧池和缺氧池的HRT相同。21MBBR进水COD浓度为1000mg/L,水力停留时间为12h,测定填料填充比例对有机物去除效果的影响以确定实验中填料填充比例,结果如图3所示。图3填料填充比例对有机物去除效果的影响Fig3EffectoffillingproportionofcarrierelementsonCODremovalefficiency由图3可知,随着填料填充比例增加,COD去除效率呈上升趋势。当填充比为50%时,COD去除率达到93%,继续增加填料填充比,去除率增加缓慢。分析原因:填料增加,可供微生物附着生长的表面积相应增加,反应器内生物量增加,所以处理效果变好。从实验中可以看到,当填充率为50%时,填料充满整个反应器空间,流化状态较好;当填充率达到60%时,COD去除率略有增加,但是反应器内填料流化状态略差,影响了微生物的正常生长、繁殖。因此,在下面的实验中选择填料填充比例为50%。20第7期徐云侠等:MBBR与A/O法对污水中有机物及氮处理效果的研究2.22.2.1水力停留时间(HRT)对有机物去除效果的影响进水COD浓度为1000mg/L,NH3-N浓度为25mg/L时,改变HRT,测量出水COD浓度。实验结果如图4所示。图4HRT对COD去除效果的影响Fig4EffectofHRTonCODremovalefficiency由图4可知,HRT从4h增加到8h时,MBBR中COD去除率从87%增加到92%,A/O工艺中COD去除率从65%增加到78%。A/O工艺24h的处理效果和MBBR为10h的处理效果相当。以上可知,MBBR的COD处理效果明显优于A/O工艺。分析原因:(1)A/O工艺中的缺氧段对有机物的作用是将大分子有机物水解酸化,对易降解的生活污水来说,较长的缺氧时间不能带来更高的COD去除率。因此,在一定的HRT下,A/O法去除率相对较低。(2)MBBR中的生物新陈代谢旺盛,活性强,因此有更高的去除率,这可以从测定其生物相组成得到证实:MBBR中生物膜MLVSS/MLSS为58%,而A/O中活性污泥MLVSS/MLSS为42%。2.2.2进水COD浓度对有机物去除效果的影响在HRT为10h,进水COD浓度在200~1000mg/L时COD去除率变化如图5所示。由图5可知,在较低进水浓度下(COD500mg/L),随着进水COD浓度增加,两者COD去除率增加,在500mg/L时分别达到95%和92%。但在图5进水COD浓度对COD去除效果的影响Fig5EffectofinfluentCODconcentrationonCODremovalefficiency较高进水浓度下(COD500mg/L),随进水浓度增加,A/O较MBBR的COD去除率下降得更为明显。这表明MBBR抗冲击负荷能力较强。这也得益于MBBR中微生物活性强,处理效率高的原因。2.2.3COD容积负荷对有机物去除效果影响的计算容积负荷是运行的主要工艺参数之一,综合图4和图5,对COD容积负荷进行了计算,考察了容积负荷对COD去除效果的影响,结果如表2所示。2CODTable2EffectofCODvolumetricloadonCODremovalefficiency容积负荷(kg/m3d)654321MBBR的COD去除率(%)87.088.088.791.594.297.2A/O的COD去除率(%)65.569.472.378.289.393.3由表2可知,COD容积负荷在1~3kg/m3d时,MBBR的COD去除率在90%以上。随着容积负荷增加,COD去除率缓慢下降。A/O工艺COD去21环境工程学报第1卷除效果受容积负荷影响较大,容积负荷增加,去除率逐渐下降,容积负荷在6kg/m3d时,COD去除率在65%左右。这主要是因为容积负荷的提高超过了微生物对有机物的降解能力。以上结果表明,MBBR抗容积负荷冲击能力较A/O工艺强。2.32.3.1水力停留时间对氮去除效果的影响进水COD浓度为1000mg/L,NH3-N浓度为25mg/L。通过改变HRT,测量此过程中各种形式氮的变化趋势。实验结果如图6所示。图6HRT对出水氮浓度的影响Fig6EffectofHRTonconcentrationofeffluentnitrogen由图6可知,在整个实验过程中,两系统几乎检测不出NO-2-N。MBBR在HRT为4h左右时NO-3-N有积累,之后NO-3-N浓度逐渐减小,表明了反硝化作用的发生。硝化与反硝化的同时存在表明在生物膜内出现了同步硝化反硝化(SND)。A/O系统在HRT10h时NO3-N有积累,HRT增加,积累量逐渐减少。两工艺出水氨氮浓度都是随着HRT的延长而降低,MBBR出水氨氮浓度在HRT为8h时1mg/L,而A/O为28mg/L。分析原因:MBBR中比表面积大的填料有利于繁殖速度较慢的硝化细菌生长积累,工艺中生物膜外层一直处于好氧环境,硝化反应进行充足,而A/O中只有好氧段发生硝化,因此MBBR脱氨效果明显较高[6]。随着HRT的增加,两工艺中TN去