低碳氮比实际生活污水A2OBAF工艺低温脱氮除磷

中国环境科学2010,30(9)：1195~1200ChinaEnvironmentalScience低碳氮比实际生活污水A2O-BAF工艺低温脱氮除磷王建华,陈永志,彭永臻*(北京工业大学,水质科学与水环境恢复工程重点实验室,北京100124)摘要：在低温条件下,采用A2O-BAF工艺处理低碳氮比实际生活污水.结果表明,该双污泥工艺在平均温度为14.2℃、平均进水COD369.5mg/L、TN76.8mg/L即C/N为4.81的工况下可以实现深度脱氮除磷.平均出水TN与TP分别为13.21mg/L和0.23mg/L.其中COD、氨氮、TP和TN的去除率分别为86.2%、99.8%、96.6%、81.5%,达到国家污水处理一级A标准(GB18918-2002).低温下A2O工艺段活性污泥的平均SVI为85.4mL/g,污泥具有良好的沉降性能.此外试验过程中可以利用pH值和氧化还原电位值作为该系统A2O各反应阶段的控制参数,来间接的指示A2O各区的反应情况.关键词：低碳氮比生活污水；A2O-BAF工艺；脱氮除磷；低温中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000-6923(2010)09-1195-06Biologicalnutrientsremovalfromdomesticwastewaterwithlowcarbon-to-nitrogenratioinA2O-BAFsystematlowtemperature.WANGJian-hua,CHENYong-zhi,PENGYong-zhen*(KeyLaboratoryofBeijingWaterQualityScienceandWaterEnvironmentRecoveryEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)ChinaEnvironmentalScience,2010,30(9)：1195~1200Abstract：OperationalperformanceofA2O-BAFwasinvestigatedwhentreatingdomesticwastewaterwithlowcarbon-to-nitrogenratioatlowtemperature.Undertheconditionofaveragetemperatureof14.2℃andcarbon-to-nitrogenradioof4.81,enhancednitrogenandphosphorusremovalwasachieved.Averageeffluenttotalnitrogenandtotalphosphorusconcentrationswere13.21mg/Land0.23mg/L,respectively.TheremovalefficienciesofCOD,ammoniumnitrogen,totalnitrogenandtotalphosphoruswere86.2%,99.8%,96.6%and81.5%,respectively.TheeffluentqualitycouldsatisfythefirstlevelAcriteriaspecifiedinthedischargestandardofpollutantsformunicipalwastewatertreatmentplant(GB18918-2002).Althoughthesystemwasoperatedunderlowtemperature,goodsettleabilitywithSVIof85.4mL/gwasobtained.Moreover,pHandoxidationreductionpotentialcouldbeusedascontrolparametersforprocesscontrolofA2O-BAFsystem.Itwassuggestedthattheoperationalstatecouldbewellknownaccordingtothechangesofsimpleonlinesensors.Keywords：sewagewithlowcarbon-to-nitrogenratio；A2O-BAFsystem；nitrogenandphosphorusremoval；lowtemperature影响污水处理的因素有很多,其中温度和碳源是比较重要的因素.我国处理生活污水最主要的工艺就是利用微生物代谢的悬浮活性污泥工艺和生物膜工艺,而每种具有特有处理功能的微生物都有其最适宜生存的温度,绝大多数微生物正常生长的温度是20~35℃,低温会影响微生物细胞内的酶的活性,在一定温度范围内,温度每升高10℃,微生物活性将增加1倍;而每降低10℃,微生物活性将降低1倍,从而降低了污水的处理效果[1-2].相比温度而言,碳源也是一个非常重要的因素,无论是脱氮还是除磷都需要有易降解的VFA,碳源不充足,脱氮除磷就难以达到预期的效果[3-4].目前,低碳氮比生活污水在我国很多城市也十分常见[5],而在我国的北方城市冬天的水温一般保持在十几℃,这给污水处理提出了更大的挑战.如何提高低温下低碳氮比生活污水的处理效果成为了当今污水生物处理的一大难题.收稿日期：2010-01-05基金项目：北京市教委科技创新平台项目;“城市水资源与水环境国家重点实验室”开放基金项目(QAK200802);国家“十一五”重大科技专项课题(2008ZX07317-007-005,2008ZX07209-003)*责任作者,教授,[e-mail]1196中国环境科学30卷鉴于以上因素本研究针对低碳氮比的实际生活污水,采用A2O-BAF双污泥系统,实现低温下对低碳氮比生活污水的深度脱氮除磷.对于该工艺在常温和低碳氮比条件下的脱氮除磷已有研究[6],但本试验着重于低温条件下的深度脱氮除磷.回流污泥剩余污泥中间水箱BAF气泵二沉池A20水箱气泵最终出水反冲洗出水硝化液回流图1A2O-BAF工艺系统流程Fig.1SchematicdiagramofA2O-BAFsystem1材料与方法1.1试验装置和运行工况A2O-BAF工艺系统流程见图1,该工艺采用活性污泥法和生物膜法相结合的双污泥系统,试验装置包括进水水箱、A2O反应器、二沉池、中间水箱、曝气生物滤池和出水水箱.主体反应器都是由有机玻璃制成,其中A2O由9个格室构成,总有效容积是30.5L,第1个格室是厌氧区,随后的6个是缺氧区,剩余的2个是好氧区,即厌氧区、缺氧区和好氧区的容积比是1:6:2.A2O的进水平均温度14.2,℃进水量是3.8L/h,DO控制在1.5mg/L,相应的HRT为8h,MLSS约为3500mg/L左右,SRT为15d,硝化液回流350%,污泥回流100%,A2O中的污泥取自北京市某污水处理厂的A2O中试系统,平均污泥体积指数(SVI)为85.4mL/g左右,沉降性能良好.二沉池有效容积21L.BAF空塔容积15L,实际HRT为20min.进水量、硝化液回流量、污泥回流量均由蠕动泵控制,曝气生物滤池进水量由高压泵控制.曝气生物滤池是上向流生物滤池以陶粒为填料,其上可以形成良好的生物膜.水箱进水经A2O系统、二沉池中间水箱进入到生物滤池由重力作用流入到最终水箱,大部分出水经蠕动泵打入到前端A2O系统的缺氧段.A2O-BAF双污泥系统解决了传统A2O工艺脱氮除磷处于同一个反应器中的矛盾,将脱氮和除磷分开在2个系统中进行,即将硝化作用主要在曝气生物滤池BAF中完成[7-11],可以节省好氧段的停留时间即可以节省曝气量.缺氧段较长主要是强化其的反硝化除磷功能,这样可以在一定程度上弥补碳源不足.试验共进行了4个月.1.2试验用水和测试方法试验用水取自某学校生活区所排放的实际生活污水,其水质情况见表2.进水的COD/TN仅为4.81,属于典型的低碳氮比生活污水.COD:COD快速测定仪测定;NH4+-N:纳氏试剂光度法测定;NO2--N:N-(1-萘基)-乙二胺光度法测定;NO3--N:麝香草酚分光光度法测定;TP:抗坏血酸-钼蓝分光光度法;MLSS:滤纸称重法;T、pH值和DO:WTWinolablevel2在线监测仪.其中样品取自各主要工艺段的出水口.1.3针对低温系统所做的改进低温限制了微生物的生长以及酶的活性,温度的下降对活性污泥的吸附性能、沉降性能、微生物生长发育、种群组成及曝气池中氧总转移效率等因素都有负影响[12-14],但低温下污水处理系9期王建华等：低碳氮比实际生活污水A2O-BAF工艺低温脱氮除磷1197统仍具有处理能力.冬季来临时,对于微生物反应器来说,应该做出适宜的改进.为保证在低温下该系统有一定的处理能力,课题组对其做出了一些改进,首先将进水流量由原来的5.6L/h降低到了3.8L/h相应的水力停留时间由原来的6h提高到了8h.A2O中好氧段曝气量由1mg/L增加到了1.5mg/L.从而通过降低有机负荷增大曝气量来适应温度的变化.表1试验用水Table1Characteristicsofinfluentwastewater参数COD(mg/L)TN(mg/L)PO43--P(mg/L)NH4+-N(mg/L)C/NC/P范围平均值249.2~443369.572.2~80.776.85.34~6.575.866.3~71.5768.254.8163.7050100150200250300350400COD(mg/L)各区出水水样进水厌氧缺氧好氧二沉池出水图2COD在A2O-BAF的变化规律Fig.2EvolutionoftheCODconcentrationinA2O-BAFreactor2结果与讨论2.1A2O-BAF工艺低温下COD的去除规律试验期间COD的变化规律如图2所示,反应器平均的有机负荷为0.316kgCOD/(kgMLSS⋅d).COD的去除率为86.2%,出水COD平均值为44.6mg/L.对于本工艺,后续的BAF承担着硝化作用,而除磷和反硝化都在前段的A2O中进行,因此COD的降解主要在A2O反应器中.如图可知厌氧段去除了大部分的COD,其次在缺氧段也有小幅度的下降,这有一部分是由于厌氧段的污泥回流和缺氧段的硝化液回流的稀释作用,另外,厌氧段的PAOs的释磷反应消耗了大部分的可生物降解的有机物,同时缺氧段的反硝化作用也消耗了少量剩余的有机物,厌氧段和缺氧段出水的COD平均值分别为91.77mg/L和48.08mg/L.好氧段COD没有明显的变化,但在BAF中有少量的COD去除去除率为2.52%.出水中剩余的有机物都不可降解.2.2A2O-BAF工艺低温下深度脱氮除磷0204060进水厌氧缺氧好氧二沉池出水TN,氨氮,硝态氮,亚硝态氮(mg/L)各区水样氨氮总氮硝态氮亚硝态氮TN稀释线图3氮在系统内的转化规律Fig.3EvolutionofthenitrogenconcentrationinA2O-BAFreactors01530450255075100去除率各区水样去除率(%)TP(mg/L)进水厌氧缺氧好氧二沉池出水TP的浓度图4磷在系统内的转化规律Fig.4EvolutionofthephosphorusconcentrationinA2O-BAFreactors1198中国环境科学30卷氮在系统中的转化规律如图3所示由于厌氧区和缺氧区的稀释作用使得A2O缺氧出水NH4+-N的浓度下降到14.6mg/L,A2O好氧段没有NH4+-N的减少,而此阶段A2O中的SRT为15d,在启动阶段通过9d的SRT成功的淘洗硝化细菌,约5个污泥龄(45d)成功启动A2O.当将SRT提高到15d后,也没有在好氧段出现明显的硝化作用,这说明此条件下A2O系统运行已稳定,而剩余的NH4+-N都是通过BAF中生物膜的硝化作用实现“真正意义”上的去除.值得注意的是BAF进水TN的量高于出水TN的量,差值为3.72mg/L