城市污水生物脱氮技术研究赵旭涛1

城市污水生物脱氮技术研究赵旭涛城市污水生物脱氮技术研究*Studyon日iologiealDenitrifieationofMunieiPalSewage赵旭涛顾国维(同济大学环境工程学院,上海200092)摘要米用悬浮载体活性污泥法工艺(SCA)S和吸附活性污泥法(BSA)S脱氮工艺进行了城市污水脱氮试验。结果表明,后者具有更好的脱氮能力。BSAS工艺采用强化吸附手段让回流污泥与原水在缺氧条件下混合(30min),促进贮存物质的积累,加速内源反硝化作用。实现在较短的水力停留时间和高有机负荷下的有机氧化与硝化作用的同时进行,对旧污水处理设施改造和新建污水厂的设计都可应用。关键词:城市污水脱氮悬浮载体吸附活性污泥法硝化反硝化AbstraetsStudyondenitrifieationofmunieipalsewagebyusingsuspendedearrieraetivatedsewage(SCAS)andbiosorPtionaetivatedsludgeProeess(BSAS)havebeeneondueted.TheresultsshowedthatthedenitrifieationeaPabilityoftheBSASProeesswasbetterthanSCASProeess,duetoenhaneementofadsorbingmeasure,andletthereturnsludgemixedwithrawwastewaterunderanaerobieeonditionforlessthan30min.ThisProeesseouldPromoteaceumulationoforganiesubstrateandaeeelerateendogenousdenitrifieation.OxidationandnitrifieationoforganiesubstrateeouldoeeursimultaneouslyundertheeonditionoforganieloadandhsortHRT.TheBSASrPoc既eouldbeaPPliedtouPgradewastewatertreatmentplantsfordenitrifieation.Keywords:MunieiPalsewageDenitrificationSusPendedearrierBiosorPtionaetivatedsludgeProeessNitrifieation1概述近年来,随着江河湖泊富营养化问题的日益严重,国家对污染水质排放中的N、P控制也在逐步加强。上海等城市已规定排入黄浦江的污染水氨氮含量不得大于15mg/L,因此对城市污水二级处理的改造势在必行。本文将针对悬浮载体活性污泥法(SCA)S和吸附活性污泥法脱氮(BSA)S两种工艺路线进行比较研究。悬浮载体活性污泥法是80年代由原西德开发的,即在曝气池中直接投加聚胺脂泡沫块(12mmX12mmxlZmm)作为微生物载体l’一”l。此法能有效增加曝气池中的污泥浓度,同时也提高硝化菌的固着量和抵抗外界环境的变化。由于填料具有95%以上的孔隙率,其内部自然形成反硝化区。据报道在曝气池中投加20%一30%的载体,不但提高有机物的去除,而且氨氮和总氮的去除可达89%和60%。吸附活性污泥法脱氮工艺(BSAS)是依据微生物的生理特性和反硝化作用原理而设计的工艺。根据贮存—代谢机理141,当微生物与进水混合时,首先将有机物转化为贮存物质,然后逐渐被细菌利用。此工艺就是设法利用这一贮存物质作为反硝化碳源来提高内源反硝化作用。另外,据报道l“l,强化生物吸附作用能提高和促进生物贮存能力及加速有机物的去除此工艺运行方式见图1。工艺中仅设污泥回流(外回流),而无混合液回流(内回流)。图1BSAS工艺运行方式示意2试验设备及方法2.1试验设备采用聚氯乙烯塑料板制成。由2个分格化的池子进水··33344455555666777888图2试验流程示意.上海市政工程局“八五”重点项目第一作者:赵旭涛,男,1963大学环境工程学院硕士,博士生。建龙、王翌娥同志。10生,1992年毕业于同济本文作者还有上海排水处包一17一上海环境科学第14卷第9期1995年9月组成,见图o2贮水箱LXbXh,nln。:0.9xo.5x0.5,有效容积180L;反应器I池11.4L,11池15.6L;搅拌器9W4台;试验在上海曹杨污水厂进行,水为厂内经初沉池的出水,虹吸引入贮水箱内。2.2分析项目及方法分析样品为,进水(贮水箱进反应器水样);I池出水;H池出水和二沉池出水。CODer、BODS、NH东一N、NO百一N、NO万一N、MLSS、VSS、碱度均属常规监测方法171。TKN采用日本VS一KT一P自动凯氏氮测定仪;DO采用RSS一5100型数字测氧仪测定。3结果与讨论3.1SCAS工艺结果表1组号流量/L·h一’HRT/h污泥回流比nnl刁9自9曰,J温度/℃21士召23士325士3表2BODS试验中,投入的悬浮载体为聚胺酷泡沫块12mmxlZmmxlZmm,载体挂膜及硝化菌的培养进行了约20d。最初载体为淡黄色,20d左右呈土黄色,明显长有生物膜。NH支一N的去除达70%以上。至此,开始进行试验。试验条件及结果见表1和表o23.1.1停留时间的影响采用4.5h和3.4h的水力停留时l’ed,其COD、BODS和NH东一N去除能达90%、94%和84%以上。TN去除也可达57%以上。说明此工艺在较短的时间下,使出水达标。3.1.2填料量的影响由第3、第2组结果可知,填料的投加邮O%增加到35%时,有机物的去除略有增加,NH屯一N和TN的去除基本相近。由此可以说明,填料量在20%以上时,就能达到良好的结果。3.1.3有机负荷的影响有机负荷与氨氮去除率的关系见图o3实验条件填料投加比(V城/V池)/%COD有机负荷/kg·m一3·d一’1.2一1.751.3一2.022.18一4.02一b己dgJ…0..11.1尸匀尸n4…日件孟络qJ实验结果(mg/L)CODer红t号—进水出水去除/%NH;出水TN进水出水去除/%进水出水去除/%门了连.门了…O汀几幻892.090.594.65.410.74.7.7.3.1去除/%进水84.367.990.974.087.984.245.457.857.51109`八hl丫门了O曰Q以q`勺`.…ū了d且88QéOJ888CnUJ匕J0OJ今口今`9`QUO门z9ú9J9é月任nJA`一了q自Q介JnJJ`119曰,J,一一一一一一-一一一一一一一一一气`一一一,--一一`0ùJ次\馥米辞之卜oo80袄\菠并米之!场沈Nc0D有机负荷/kg·m一3·d一,图3有机负荷与NH夏一N去除关系片一一一一一一一一一心-奋一一一一一一}-一舀日X、一民二喊二“`匕1(;COI)/TKN图4COD/TKN与NH才一N去除关系246COD/TKN图5COD/TKN与TN去除关系·第l组结果义第2组结果△第3组结果由图3可以看出,进水有机负荷的变动范围在1.20一3.2k莎OD/m”池容积·d,其变化很大,但NH方一N的去除基本不受负荷变化影响。3.1.4碳氮比的影响图4、5反映出COD/TKN与NH方一N去除率的关柳撰\辞些米之八匕之一18一城市污水生物脱氮技术研究赵旭涛系。进水COD/TKN的范围3.2一6.5之间,NH东一N本工艺运行中,反应器第I池的1、2格兼氧运行;和TN的去除率受其影响较小。第3、4、5格曝气。n池6、7格不曝气,兼氧运行;第3.2BSAS脱氮工艺。8格再曝气。此工艺仅有污泥回流(外回流),而无混合表3BSAS实验条件组号流量/Lh一`HRT/h第一缺氧段/h第二缺氧段/hV缺:V好污泥回流比温度/℃COD有机负荷/kg·m一3.d一:MLSS/g·L一183.40.3733.70.337.33.70.330.630.681.10l:3.61:3.6l:1.60.81.1532士327士325士32.75一3.81.67一3.322.05一3.372.62.93.0泥龄/d7.21115表4实验结果mg/L)组号进水CODer出水41.430.224.3BODS去除/%进水出水去除/%TN去除/%去除/%45742542790.9592.9394.3024411.02447.02564.4395.497.198.3进水56.767.664.5NH玄一N出水8.84.32.883.9793.6995.66进水72.474.471.2出水28.826.325.660.364.764.0oo80矍赞涯报z·一HN液回流(内回流)。试验条件及结果列于表3和表o43.2.1HRT的影响从结果可以看出,在水力停留时间3.4h和3.7h下,由计算可知曝气时间小于2,oh,其COD、BODS和NH才一N去除率分别可达91%、95%和84%以上。如此结果只有在有机物氧化和硝化作用速度极高的情况下才能实现。也就是说吸附活性污泥法脱氮工艺既能在较短的时间下完成有机物的去除,也能实现硝化作用。3.2.2有机负荷的影响一般而言,活性污泥法工艺较膜法的稳定性差,因此其对水质波动的耐受性将直接关系到工艺的可靠性。图6为进水有机负荷与NH育一N的去除关系曲线。结果表明,虽然进水负荷1.06一3.75k莎OD/m”池容积·d(0.55一l.ZkgCOD/kgMLSS·d)变化较大,但NH方-N的去除非常稳定。说明高有机负荷下BSAS工艺同样能保持良好的硝化作用。一一~州.一一一-一-一~-.一-一-一一一一一COD/TKN图7COD/TKN与NH百一N去除关系欲_l几)了0卜~一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一矿一份.浅__1,’,`报恻r一一一一一犷一一一一一,一一一一一一一一一一Zl卜50!246810COD/TKN图8COD/TKN与TN去除关系2组结果·3组结果4SCAS和BSAS的综合分析与比较从以上实验结果可分析出,两种工艺对有机物的去除率差别不大,下面主要从硝化作用速率和反硝化作用两方面来进行比较。4.1硝化作用速率根据试验结果计算出的各组硝化速率列于表5。结果表明,BSAS工艺的单位污泥干重的硝化速率在7.5一8.ggNH才一N/kgMLSS·h之间,是SCAS工艺的3倍以上。从MLSS来看,SCAS工艺总污泥含量虽然高于BSAS工艺2.5倍以上,但有机物和N的去除却并不比BSAS工艺高。SCAS工艺运行中,由于管路堵塞出现污泥流失后,有机物和氨氮的去除效率立即减弱,补加污泥后,有机物的去除恢复到较好的水平。虽硝化作用不会马上恢复,但不到一周硝化作用也达到了较好的水平。由此可以说明NH奋一N的去除好坏主要取决于悬浮态污泥的硝化能力,但由于载体的存在可使工艺的恢复期大为缩短。沃特丘(Wart一一一.一一一ǔ:ǔ一一一一一一一一一一0080]褪辞菠米之伪HNCOD有机负荷/kg’m一.3d一’图6负荷与NH夏一N去除关系3.2.3碳氮比的影响图7和图8分别是COD/TKN与NH才一N和TN的去除关系。结果表明,进水COD/TKN波动范围3一9时,NH东一N和TN的去除影响很小。这一点与有机负荷对NH才一N去除的影响结果相一致。这更能说明,本吸附活性污泥法(BSA)S脱氮工艺具有很稳定和快速的硝化作用。上海环境科学第14卷第g期1日95年9月表5硝化速率比较L艺名MLSS/g·L一`HRT/hNH毒一N/mg·L一`NH方一N负荷/kg(kgMLSS·d)一l硝化速率(NH毒一N)/g(kgMLSS·h)一lSCASI’BSAS6.756.819.532.602.903.000.04870.0550.07920.1550.1510.1381.8792.28829887.5238.138.90一才nJ,.`主一了ē七ù3……,1nUg白八卜一了3户ntlū110ùbǎ七匕J叹J月,左`一了ō矛…….组.得伪a,J,刁,d1)SCAS工艺中MLSS是悬浮态污