倒置A2O工艺氮平衡与脱氮效率的分析冯兆继

·388·化工环保ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEM】CALINDUSTRY2008年第28卷第5期倒置AZ/o工艺氮平衡与脱氮效率的分析冯兆继,石明岩,莫东华(广州大学土木工程学院,广东J`一州510006)仁摘到研究了倒置A,/o工艺中的氮平衡和脱氮效率,并对影响脱氮效率的回流比和碳氮质量比进行分析。根据广州某城市污水处理厂水质特点,设一计总回流比为3.0,其中污泥回流比为1.0,混合液回流比为2.0,理论总氮去除率为78.75%,实际运行总氮去除率达64.42%二〔关键词〕倒置厌氧一缺氧一好氧活性污泥工艺;氮平衡;脱氮[中图分类号」X703.1[文献标识码]A[文章编号]1006一1875(2005)05一0388一03AnalysisofNitrogenBalanceandNitrogenRemovalEiffciencyinInversedAZ/0ProcesseFnghZaoji,ShiMingyan,材口Donghua(SehoolofeivilEngineeirng,GuangzhouUniversity,GuangzhouGuangdong510006,China)Abstraet:ThenitrogenbalanceandnitrogenremovaleiffeieneyinhteinversedAZ/0proeesswerestudied,andtheafetorsaffeetingnitrogenermovalemeiency,ineludingercirculationratioandearbon-nitrogenratiowereanalyzed.AccodringtohtewaterqualitycharaeetirstiesofasewagetreatlllentPlantinGuangzhou,thedesignedtotalreeicruliatonratio153.0,sludgereeyeleratio151.0,而xed一ilquorereyeleratio152.0,hteoertiealremovalrateoftotalnitrogen1578.75%,andhteermovalrateoftotalnitrogen1564.42%inthePracticaloPeration.Keywords:invertedanaerobic一anoxic一aerobieaetivatedsludgeProeess:nitrogenbalanee;nitrogenremoval随着工农业生产的迅速发展和城市化进程的加快,含有较高浓度氮磷营养物质的生活污水、工业废水和农田地表径流汇人湖泊、水库、河流和海湾水域,并在水体中积累,导致水体富营养化日趋严峻,对污水进行脱氮除磷迫在眉睫。近年来国内外开发出多种脱氮除磷工艺,典型的有序批式活性污泥法f’〕、缺氧一好氧活性污泥法(刀0)、厌氧一缺氧一好氧活性污泥法(A,/o)[2一’〕、倒置A“/o工艺6[一8〕等,其中倒置AZ/0工艺得到了)’一泛应用。国内外的工艺实验研究和工程应用结果表明,倒置A,/0工艺具有处理效率高、基建投资和运行费用省、运行管理方便等特点,对于不同水质条件的城市污水,具有较强适应性,既可用于新建城市污水厂,也可用于暂不具备氮磷脱除功能的旧城市污水处理厂的改建[”,’。〕。本文对倒置A,/o工艺生物脱氮除磷技术的氮平衡与脱氮效率进行了分析研究。1实验部分1.1倒置AZ/0工艺流程倒置AZ/0工艺流程如图1所示。缺氧池、厌氧池均配有搅拌设备。缺氧池置于厌氧池前,系统进水首先进人缺氧池,为缺氧池提供充足的碳源,提高了碳氮质量比(C/N),加快了反硝化速率〔川,进而提高了系统的脱氮效率;而且由于污泥回流至缺氧区,缺氧区污泥浓度较好氧区高50%左右,单仁收稿日期〕2008一03一03;「修订日期〕2008一06一20。[作者简介]冯兆继(1980一),男,湖南省醛陵市人,硕士生,研究方向为污水处理理论与技术。电话:巧91313444;3电邮:[e-mail]。第5期冯兆继等.倒置A,/o工艺氮平衡与脱氮效率的分析·389·污泥回流比。假设回流的NO多在整个系统中完全反硝化。在稳定条件下,NsAE与TNouT一致,巨微生物同化作用合成的生物量等于剩余污泥排除量}`」,计算公式分别见式(5)和式(6)。、l,ó岛6ff、位池容的反硝化速率明显提高,反硝化作用得到有效保证仁`,了。进水、回流混合液和回流污泥一起进人缺氧区,微生物利用进水中有机物为碳源,使得回流硝化液和回流污泥带来的硝态氮在反硝化菌的作用下进行反硝化反应,形成气态氮,实现了系统的前置脱氮。在厌氧区,聚磷菌合成并储存聚一召一轻基丁酸盐(PBH)等储能物质积聚吸磷动力,聚磷微生物利用其细胞内聚磷酸盐分解产生的能量吸收污水中的易降解COD,同时释放磷酸盐。好氧池通过曝气维持供氧,主要进行硝化反应,硝化菌〔”]将污水中存在的NH3一N转化为硝酸盐氮;聚磷菌利用在厌氧条件下产生的动力进行过度吸磷,含磷的污泥从系统中排出,从而实现生物除磷的目的。TNouT二Ns、ENExP=0.Osx(S工N一SouT缺缺权池池池)戈气池池池好氧池池池沉淀池池式中:又N为进水的BODS,mg/L;SouT为出水的BODS,mg/L。将式(2)一式(6)代人式(l)得到氮的物料平衡式,见式(7)。QxTNIN=QxNs「N+Qx(R+r)xNsA。一Qx(1+R+r)xN、、N+Qx(l+R+r)xNsA、一Qx(l+R+r)xNsAN、+QxNs、+Qxo.osx(S,、一50、J:)(7)1.3总氮去除率分析假设NsIN为o,N、AE来自好氧池混合液回流和污泥回流,出水总氮质量浓度和系统总氮去除率(刀,%)可根据系统的物料平衡进行计算,分别见式(8)和式(9)。、、009l`图1倒置AZ/o工艺流程NsAE=TNIN一NoxPl+R+r1.2倒置AZ/O工艺中的氮平衡活性污泥处理单元中的氮平衡见式(1)。QxTN,N=QxNDN+QxTNooT+QxNExP(1)式中:Q为污水进水流量,m,/d;TNIN为进人系统的总氮质量浓度,mg/L;TNouT为离开系统的总氮质量浓度,mg/L;ND、为被反硝化的氮质量浓度(包括厌氧池与缺氧池),mg/L;NxEP为剩余污泥中的氮质量浓度,mg/L。在倒置A,/0工艺污水处理系统中被反硝化的氮计算公式见式(2)一式(4)。NDN=N。。+NANA(2)NAN。=Ns工N+(R+r)xNsAE一(l+R+r)xNs。(3)N*N、=(l+R+r)xNsAN一(l+R+r)xNsANAE(4)式中:NNA。为缺氧池反硝化的氮质量浓度,mg/;LNNAA为厌氧池反硝化的氮质量浓度,mg/;LNs二为进水中硝态氮的质量浓度,mg/;LNsAE为好氧池末端硝态氮的质量浓度,mg/L;NsA、为缺氧池末端硝态氮的质量浓度,mg/L;NsNAA。为厌氧池末端硝态氮的质量浓度,mg/L;:,R分别为混合液回流比和TNrN一NsAE刀=TNIN将式(8)代人式(9)得到式(10)。R+r刀=厂而万牙十x(s,、一SoLT)+R+r)TN.、(10)05一l(2结果与讨论2.1回流比对总氮去除率的影响广州某城市污水处理厂采用倒置A,/0工艺处理污水,设计水质进水的BOD。为100mg/L,进人系统的总氮质量浓度为30mg/L,出水的BODS为10mg/L,c/N为4,2,倒置AZ/o工艺回流比对总氮去除率的影响见图2。由图2可知:在一定范围内倒置AZ/O工艺的总回流比(尺。二R+:)越大,总氮去除率越高;当及。由1.5升至3.0的过程中,实际运行总氮去除率由53.87%提高至64.42%。主要原因是随R总的增大,提高了缺氧/厌氧池的硝化液浓度,保证了缺氧/厌氧池反硝化菌的数量,维持了反硝化的稳定。当:由2.0升至3.0时,总氮去除率降至58.巧%,主要是因为过高的r给缺氧/厌氧池带来大量的溶解氧,破坏缺氧/厌氧池的缺氧环境,影响反硝化脱氮。根据实际运行效果,选取·390·化工环保ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY2008年第28卷R总为3.0,其中R为1.0,:为2.0,理论总氮去除率为78.75%,实际总氮去除率达64.42%。1.5一3.0范围内,总回流比越大,总氮去除率越高,但:过高会导致总氮去除率降低;c/N在3.2一4.2范围内,随C/N的增大,总氮去除率随之增大。在R总为3.0,其中R为1.0,:为2.0,C/N为4.2的条件下,理论总氮去除率为78.75%,实际运行总氮去除率达64.42%。参考文献2.2C/N对总氮去除率的影响C/N对总氮去除率的影响见图3。由图3可见:随C/N的增大,总氮去除率逐渐增加,说明C/N的增大,有利于反硝化反应的进行;C/N为4.2时,总氮去除率最高,达64.42%。由于反硝化细菌属于异养菌,所以进人缺氧段的污水中必须有充足的·有机碳源才能保证反硝化的顺利进行。污水中的C/N越高,则其中可降解有机物浓度越高,可为反硝化过程提供充足的碳源,促进反硝化过程的进行,脱氮效果越好;反之C/N越低,无法为反硝化过程提供足够的碳源,影响体系内菌体的繁殖,脱氮效果变差。C/N越高,缺氧段异养型反硝化菌越易成为优势菌群,反硝化菌利用污水中可降解的有机物作为电子供体,以硝酸盐作为电子受体,将回流混合液中的硝态氮还原成气态氮释放,从而达到脱氮目的。图3C/N对总氮去除率的影响3结论采用倒置AZ/O工艺进行污水处理,及。在l廖鑫凯,张昊然,陈文谋等.序批式反应器工艺的研究进展.化工环保,2005,25(l):12一172Mayong,Pengyongzhen,WangXiaolian,etal.NuitrentremovalpeformraneeofAZ/0poreessasafuneitonofin-fluentC/Partio.JhCemeTehnolBioteehnol,2X()l,8(2):1118~11243BaezaJA,GabirelD,LafuenteJ.llnProvinghtenitrogenremovalemzieneyofanAZ/0basedWWTPbyusinganon一lineknowledgebasedexPertsystem.WaetreRs,2002,36(l):2109一21034BaezaJA,GabirelD,LafuenteJ.Effeetofinternalreey-eleontheintorgenremovalemeieneyofanAZ/0waster-watertreatmentPlant.ProeessBioehem,2004,39(2):1615~16245WangXiaolian,Pegnyongzhen,Wangshuyign,etal.nIflueneeofwastewatereomPositiononniotrgenandPhos-phorusreomvalandproeesseontrolinAZ/0proeess.Bio-PoreessBiosystEng,2006,28(3):397一4046傅钢,董滨,周增炎等.倒置AAO工艺的设计特点与运行参数.中国给水排水,2004,20(9):53一557周雹,周丹.多点进出水倒置AZ/o工艺.给水排水,20()2,28(l):39一428万年红.A,/o工艺的改良与设计应用.中国给水排水,2003,19(8):81一839张志,康壮武,陈松明.倒置2A/0脱氮除磷工艺对传统活性污泥法污水厂的改造.水处理技术,2006,犯(11):83一8510李绍秀,谢晖,郭玉等.改良AZ/o工艺在污水处理厂中的应用.给水排水,2006,32(8):36一3911王琪,刘年丰,张杰等.改进倒置AZ/o工艺处理生活污水试验研究.环境污染与防治,2007,29