不同外碳源对污泥反硝化特性的影响马勇

第卷第期年月北京工业大学学报不同外碳源对污泥反硝化特性的影响马勇,彭永臻,王淑莹北京工业大学北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室北京摘耍为了选择最优的反硝化外投碳源,应用和习反应器,系统地研究了甲醉、乙醇和乙酸钠作为外碳源时污泥的反硝化特性甲醉、乙醉和乙酸钠作为外碳源时污泥的比反硝化速率分别为·一'、盯'一`和·一'甲醉和乙醉作为外碳源时污泥产率大致相同约为,而乙酸钠作为外碳源其污泥产率最高以甲醉作为外碳源时系统启动时间和驯化期长,不能迅速地响应进水水质的变化乙醇是反硝化处理系统的最优外加碳源,具有反硝化速率高、污泥产率低、响应迅速、来源广且对环境的影响小等优点关妞词反硝化特性甲醉乙醉乙酸钠外碳源中圈分类号文献标识码文章约号一一一反硝化过程是指在缺氧条件下以有机碳源作为电子供体、硝态氮作为电子受体,将亚硝酸氮或硝酸氮还原为气态氮,从而实现氮有效去除的过程然而,当前大部分污水处理厂由于进水碳源不足普遍存在脱氮效率低的问题提高系统脱氮效率或反硝化容量的方法包括扩大缺氧区体积或外投碳源〔'然而在反应器体积一定的情况下,扩大缺氧区体积将降低好氧区体积,这会影响系统的硝化效果,可能导致系统出水氨氮不能达标这样只有扩建污水厂,才能同时满足硝化和反硝化过程的需求,然而扩建污水处理厂所需经费惊人实践表明,外投碳源可以提高系统脱氮效率,为避免外投碳源过量,增加系统运行费用,需要优化外碳源投量,从而最大程度优化系统运行不同外碳源对系统的反硝化过程影响不同,即使外碳源投加量相同,处理效果也不同有些外碳源投加后可以快速响应,而有些外碳源投加后需要经过一段适应和驯化期后才能起到作用,从而具有滞后性,不能最大程度优化系统运行有些外碳源反硝化速率较高,使用较小的缺氧区体积就能满足硝酸氮的去除,而有些外碳源反硝化速率较低,需要较大的缺氧区体积才能满足脱氮效果另外选择外碳源不但要考虑运行费用的问题,也要考虑系统稳定性和运行灵活性的问题当前常用的外投碳源主要包括甲醉、乙醇、乙酸钠、初沉池污泥和一些工业的废弃产物一〕一些研究者对甲醇作为外碳源进行了研究,研究发现,甲醇作为外碳源具有运行费用低和污泥产量小的优势,但甲醇并不能被所有微生物利用,在缺氧环境,只有一类微生物可以应用甲醇,即场户入。“,它具有较低的产率,在活性污泥中所占比例小,当投加甲醇后,需要一定的适应期直到它完全富集,才能发挥全部效果研究表明投加乙酸钠后硝酸氮的去除可以立即获得响应〔'〕〕对甲醇和乙醇作为反硝化碳源进行了比较,研究发现乙醇作为外碳源具有较好的效果文献表明,虽然对甲醇和乙醇作为外碳源的反硝化特性进行了研究,但至今未有关于甲醇、乙醇和乙酸钠种常用外碳源全面系统的研究作者应用和习反应器,从反硝化效率、污泥产率、运行灵活性及其优化、适应时间等方面,对甲醉、乙醉和乙酸盐种外碳源对应的污泥反硝化特性进行了研究,以期为城市污水处理系统反硝化反应选择一种最佳的外碳源,最大程度提高系统脱氮效率并降低其运行费用收稿日期加一一基金项目北京市科技计划项目资助印国家“十一五”重大科技专项课题资助一一北京市高校人才强教深化计划高层次人才资助项目作者简介马勇一,男,河北南宫人讲师第期马勇,等不同外碳源对污泥反硝化特性的影响试验材料和方法试验用反硝化污泥取自已连续运行个月以上,具有稳定脱氮效果的习工艺排放的剩余污泥图将污泥置于有效容积为的个中试验系统及控制装置见图,然后投加场和外碳源甲醇、乙醇或乙酸钠,进行缺氧反硝化,定时取样分析试验中在线监测和值,水样均由离心机经离心后测定试验中应用药品都为北京化工厂生产的分析纯药剂搅拌机进水管鼓风机碳源投加泵搅拌器进水泵出水温度控制器训圈日陆训圈陆日一川川国味川日国队队云基日易云到才︺呻一水管日片进内循环回流二沉池空气流量计污泥回流剩余污泥污泥排放阀口口口口口二二〔〔巨巨口口万万万万万万万万万万万万万万万万万万口口口口口厂厂日日一一,,曰曰匕匕匕匕二二门门一一一一——门门止二勺勺钊钊一一宁门门匕匕二州州,'月月『『二,,人一曰曰曰》州州阅阅声水水箱箱图习工艺试验装置脚州碑邓图间歇试验模型图邓试验分析方法二采用一型快速测定仪测定,硝酸氮用察香草酚分光光度法,亚硝酸氮用一一蔡基一乙二胺光度法,用滤纸称重法,和值用在线监测间歇试验进水值维持在左右,温度控制在一℃”呵一表示反硝化速率,指单位质量的污泥微生物单位时间内去除的一的质量,·一`表示污泥产率,指消耗单位质量的有机物所增长的污泥量,不同外碳源对应的污泥反硝化特性为了获取不同外碳源对应的污泥反硝化特性如最大反硝化速率,试验中通过初始投加的硝酸氮质量浓度来确定外碳源投加量,并保证外投碳源充足图是乙醇作为外碳源时反硝化过程的典型变化曲线,反应器内。维持在岁以为,初始投加。一为·经计算获得乙醇比反硝化速率“`一为·一'图是乙酸钠作为外碳源时反硝化过程的典型变化曲线,反应器内维持在以为,初始投加一为·,经计算获得乙酸钠的“呵一为'一'图“是甲醇作为外碳源时反硝化过程的典型变化曲线,反应器约为吨。陷为,初始投加。呵一为,经计算获得甲醇最大呵一为··一`由图可知,当乙醇和乙酸钠为外投碳源时,反硝化过程中出现亚硝酸盐积累,并且积累量很大,当呀一创时,亚硝酸盐质量浓度达到最大值,随着反硝化的继续进行亚硝酸盐质量浓度迅速降低,直到反硝化完成而外投碳源是甲醇时,反硝化过程中基本不存在亚硝酸盐的积累,即使存在积累,质量浓度也很低·试验测定可知,乙酸钠作为外碳源时,一最高·乙醇作为外碳源的“一也很高,是甲醇的倍多试验中控制反应器温度,研究了不同温度下各外碳源对应的”一、·图是不同温度下不同外碳源的“一,由图可知,随着温度增加,“一呈正线性增加关系,乙酸钠作为外碳源“呵一最高,其次是乙醇、最小的是甲醇图是不同温度下去除单位硝酸氮所消耗的外碳源量北京工业大学学报年加户︸留︶、之口`乏犷·的日︶、于`,`叼户月`,山,叫去卜二“右价︸的日、︶喜乙醇乙酸钠坑甲醉图不同外碳源对应的反硝化反应曲线地加哥映宾℃图不同外碳源不同温度下对应的比反硝化速率丽肠℃图不同温度下去除单位硝酸氮所消耗的外碳源冶明场由图可知,随着温度增加,去除单位的硝酸氮消耗的外碳源量逐渐降低,呈负线性关系应用乙酸钠时,去除单位硝酸氮消耗的外碳源量最多,其次是甲醉,乙醉最少在℃,去除单位质量的硝酸氮消耗的乙酸钠、甲醇和乙醉的量分别是、和岁所以在使用不同外碳源进行反硝化时,需进行温度校核所选择碳源的种类、投加量以及系统运行条件【`是影响系统的反硝化能力的主要因素反硝化反应可能出现碳源不足或碳源过量的情况,碳源不足表明反硝化处于碳源限制条件,系统反硝化速率较低,碳源基本在缺氧区消耗,可以通过投加外碳源或增加外碳源投量降低出水硝酸氮质量浓度碳源过量可以提高系统脱氮率,但部分外碳源会部分溢流到好氧区,相应增加好氧区耗氧量、系统运行费用以及污泥产量外碳源投加位置及其运行灵活性的确定为了降低出水硝酸氮质量浓度,节约外碳源投加量,习工艺可以经过适当改造,采取以下种方式外投碳源,一种是设置后置反硝化区,不设前置反硝化区,在后置反硝化区投加碳源,这种运行方式出现在进水碳源特别低的情况下,尤其是经过初沉池后出水,这种运行方式很容易控制外碳源投加量,实现对出水硝酸氮的直接控制另一种是采用前置反硝化运行方式,它可以充分利用进水中的有机碳源,减少外碳源投加量所以,当进水碳源较高时,最好直接采用前置反硝化运行模式,同时应用作者建立的外碳源投加控制策略〔一当进水处于和之间时,采用前置一后置联合反硝化模式根据乙醇和甲醇反硝化间歇试验可知,如果投加相同量的。,且种外碳源污泥产率相同的情况下实际上种外碳源对应的污泥产率基本相同,由于乙醇的,`一是甲醇的倍,那么应用乙醇所需的反硝化体积将是甲醉的在冬季低温情况下,硝化速率降低,需要增加好氧区体积才能实现完全硝化,在反应器体积一定的情况下,好氧区体积增加会降低缺氧区体积,同时由于冬季反硝化率的降低,会进一步导致系统脱氮率降低图是刀工艺中由于运行温度变化模拟低温和高温情况,改变外碳源投加第期马勇,等不同外碳源对污泥反硝化特性的影响类型从甲醇变为乙醇系统的反硝化性能开始运行时个格室缺氧运行,个格室好氧运行,外投碳源为甲醇,当温度降低时,由于硝化效果降低,出水氨氮质量浓度上升,当增加个好氧格室后,可以满足硝化的需求,但由于外碳源投加量没有变化,缺氧区体积降低,出水硝酸氮质量浓度增加,反硝化反应从碳源限制变为体积限制,缺氧区体积小而甲醇的比反硝化效率低不足以实现完全反硝化投加相同量的乙醉后,发现出水硝酸氮质量浓度又降低到采用甲醇户”甲飞葛'“厂婆认个缺氧区,投甲醇个缺氧区,投加乙醇示片`肯创行犷寸弓月图改变外碳源对出水硝酸氮浓度的影响砂作为外碳源个缺氧格室运行的水平提高反硝化速率可降低缺氧区的水力停留时间,进而对于给定的污水处理厂容积下可以提高进水负荷当进水氨氮负荷较高或低温情况下,反应器体积可能成为系统运行的瓶颈,而投加类型较好的外碳源可以克服上述缺陷不同外投碳源的适应性、响应性和污泥产率当外投碳源时,污泥特性将发生变化,因为外投碳源将成为微生物生长的底物,也就是对特定碳源进行适应和驯化大量文献报道应用甲醇作为外碳源将会选择性增殖炉人。动微生物',当首次外投甲醉进行反硝化时需考虑它的适应性试验中向连续流习反应器的缺氧区投加碳源,研究了投加外碳源前后二沉池出水硝酸氮的变化,发现外投甲醇后,二沉池出水硝酸氮质量浓度并没有明显变化,需经过周的运行才会发挥外碳源全部的作用,也就是降解甲醇的微生物需要周时间才能在系统富集而投加乙醇后,响应很快,二沉池出水硝酸氮质量浓度明显降低另外,间歇试验也获得投加甲醇的反硝化污泥,需要周的适应时间才会达到最大的反硝化活性,而投加乙醇的反硝化污泥很快就会达到最大反硝化速率这说明了应用甲醇作为外碳源将会选择性增殖特定微生物,首次外投甲醇时需考虑它的启动期,否则外投碳源后,起不到预期目的,造成出水硝酸氮质量浓度不达标当外投乙酸钠时,系统响应很快,适应期很短应用甲醉作为外碳源时不利于采用间歇投加方式,当再次投加除乙醇外的其他碳源时污泥的反硝化容童均会降低应用乙醉和乙酸钠作外投碳源期间改用其他碳源时都会保持比较高的污泥反硝化容基于以上研究得出了甲醉、乙醉和乙酸钠作为外碳源时污泥反硝化特性比较表另外应用反应器对不同碳源对应的污泥产率进行了研究,反应器进水维持在左右,试验获得甲醉、乙醉和乙酸钠作为外碳源时污泥产率分别为、和乙酸钠作为外碳源污泥产率最高,相应污泥产量高,污泥处理费用也高,另外乙酸钠药剂费用也最高,所以应用乙酸钠作为外碳源最不经济乙醇和甲醇作为外碳源时污泥产率差不多基本相等裹甲醉、乙醉和乙破钠作为外碳源时污泥反硝化特性的比较时,时扭,有机碘橄。呵一耐'一勺二'一'适应期响应时间甲醉一周乙阵一乙酸钠一一结束语生物脱氮需要大量易于生物降解的有机碳源,当进水碳源不足,外投碳源可以增加系统反硝化速率弥补进水碳源的不足,降低出水硝酸氮质量浓度对于乙醇、甲醇和乙酸钠种外碳源的研究,获得乙醇是外碳源的首选,它具有污泥产率低、反硝化速率高、运行灵活、响应时间短、来源较广、投加量少且对环境的824北京工业大学学报年危害性小等主要优点乙酸钠作为外碳源虽然具有最高的反硝化速率,但它价格高、污泥产率高,在实际中应用很少,只在实验室污泥特性研究中应用甲醉是经常采用的外碳源,但它的反硝化速率低,为了达到相同的去除效果,所需缺氧区体积较大,另外它的启动时间和驯化期长,同时甲醉具有毒性,当投加过量时,对环境具有毒害作用参考文献,,义,牙州肠`准,一工,,,铭邓,,一一盯以〕,,面〕段,,一,场。云如呀石记【,,一〕,兀,,氏。`以氏,,一,块`。认肠珑,,一,犯兀,,比。目二,,一〔马勇,彭永臻,王晓莲,等前置反硝化工艺外碳源投加前馈一反馈控制器的建立【中国给水排水,,一,一,二,一肠二,,一〔马勇,彭永臻,王淑莹前置反硝化工艺外碳源投加串级控制策略的研究【中国环境科学,一,一,一眼呀,,一,一,一肠阮。田」助咱,肠比叱芬,翻」吨,枯,,,,叩吨·一`,·一·一`,切,,,',,,,卯