沸石强化AO生物脱氮工艺中有机污染物的降解作用研究

第!卷第#期环境工程学报$%&’!!(%’#)**+年#月,-./0102%34/5&%67/8.4%/90/:5&7/;./004./;54’)**+沸石强化5I生物脱氮工艺中有机污染物的降解作用研究成官文!!)吴志超)章非娟)黄翔峰)!’桂林工学院资源与环境工程系!桂林F=!**=#)’同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室!上海)***Q)$摘要拉曼光谱’ID,和_$)F=测试结果显示!在沸石强化PAD生物脱氮L同步化学除磷工艺中!城市污水中的溶解性和非溶解性有机污染物易被含沸石活性污泥吸附!由于含沸石活性污泥的异养菌较常规PAD生物脱氮工艺污泥的异养菌高数倍至FF倍!其有机污染物的生物降解能力得到改善!,DC去除率维持在Q*H左右!*?))!9膜过滤液ID,去除率接近Q+H!*?=F!9滤纸过滤液ID,去除率达到Q)H!并使包括一些难降解有机物在内的有机污染物得到进一步降解&关键词PAD工艺有机污染物沸石中图分类号O+*#?!文献标识码P文章编号!+#LQ!*@)**+$*#L***FL*5#%$$J-’/$&-)%+4((12/,’’()/K,/)+&21/+&+K&’*/,-K#1(K.,($(2,’/$5I31(’&--&*/’&+.4L&($,)&,-0/;g35/V0/!!)X3R-.T-5%)R-5/;‘0.[35/)J35/;O.5/;60/;)!’C0]54:90/:%6W01%34T05/B7/8.4%/90/:5&7/;./004./;!g3.&./^/1:.:3:0%6I0T-/%&%;Y!g3.&./F=!**=#)’U:5:0i0YG5a%6M%&&3:.%/,%/:4%&5/BW01%34T01W0310!I%/;[._/.8041.:Y!U-5/;-5.)***Q)$5.-)1/’)6I-05/5&Y:.T5&4013&:1%6W595/1]0T:439!ID,5/B_$)F=./B.T5:0B:-5:./563&&L1T5&0:01:%6a.L%&%;.T5&PAD]4%T0110/-5/T0BaYd0%&.:0!B.11%&80B5/B/%/LB.11%&80B%4;5/.TT%/:59./5/:1./93/.T.]5&V51:0V5:04540051.&Y5B1%4a0B5/BB0;45B0BaY:-05T:.85:0B1&3B;0T%/:5./0Bd0%&.:0’Z0T5310:-05T:.85:0B1&3B;0T%/:5././;d0%&.:0-519%40a5T:04.39:-5/:-05T:.8.:0B1&3B;0%6a.%&%;.T5&PAD]4%T011!:-0a.%B0;45BL5a.&.:.01%6%4;5/.TT%/:59./5/:1540.9]4%80B./:-0]4%T011’D4;5/.TT%/:59./5/:1!./T&3B./;Q*H%6,DC./93/.T.]5&V51:0V5:04!Q+H%6ID,./6.&:04066&30/:%6*?))!96.&:45:.%/909a45/0!Q)H%6ID,./6.&:04066&3L0/:%6*?=F!96.&:45:.%/909a45/05/B/%/a.%B0;45B5a&0%4;5/.T1!540409%80B%4634:-04B0;45B0BaY:-05T:.L85:0B1&3B;0./a.%&%;.T5&PAD]4%T0110/-5/T0BaYd0%&.:0’7&40(1+-6a.%&%;.T5&PAD]4%T011#%4;5/.TT%/:59./5/:#d0%&.:0基金项目!国家(@#)高技术研究发展计划资助项目)**#PP*!*)*$#上海市水务局项目以及桂林工学院博士基金项目收稿日期!)**c*Fc!F#修订日期!)**c!*c!!作者简介!成官文!Q)E$!男!博士!教授!主要从事水污染控制工作&7L95.&*T-0/;;Ve;&.:0’0B3’T/国内现有城市污水处理厂中有相当一部分是没有脱氮功能的!如何在保证污水处理厂原有设计处理规模前提下达到脱氮效果一直是水污染控制领域的研究热点&在国外!G5-58等+!,和g.18%&B等+),采用沸石吸附L生物再生工艺对生活污水处理的二沉池出水进行了脱氮研究!并获得了较好的处理效果#在国内!成官文等+#E,在传统二级污水处理厂利用沸石进行了沸石强化PAD生物脱氮L同步化学除磷工艺中试研究!取得了很好的有机物’氮’磷去除效果&本研究重点就沸石强化PAD生物脱氮L同步化学除磷工艺中有机污染物的降解进行探讨&86试验材料与方法8’86试验工艺流程与运行参数试验研究在上海某污水处理厂进行&中试试验装置为#组并联运行的PAD池!拟对比研究不含沸石与含沸石污泥以及不同沸石含量污泥的污染物去除效果&池!含沸石F;AG#池)为对比组!不含沸石#池#含沸石#;AG&单池尺寸为*?F9f!?F9f@9!P段设搅拌机)台!D段穿孔管曝气#二沉池环境工程学报第!卷为竖流式二沉池&中试工艺流程如图!所示&图!中试工艺流程图‘.;?!Z.%&%;.T5&PAD]4%T0116&%VB.5;459./:-063&&L1T5&0:01:中试装置单池进水流量+k!?)9#A-!D段气水比为)*l!!水力停留时间F-其中P段!?)F-’D段#?+F-$!污泥回流!**H!内回流)**H!泥龄)FE#*B&8’96试验材料进水水质与分析方法中试试验沸石为浙江缙云产!@*目天然沸石!!*Fm烘干&试验进水为污水处理厂初沉池出水!全年]J范围?+E@?!!平均+?!#,DC含量范围+#E#!!9;AG!平均!)9;AG#氨氮含量范围Q?)*EFF?=#9;AG!平均)=?F*9;AG#IM含量范围!?#*E@?Q*9;AG!平均#?@*9;AG#UU含量范围#)E!=@9;AG!平均+F9;AG&分析测试项目有,DC’(JK=L(’(Dc#L(’(Dc)L(和UU等!均采用国家环保局标准方法++,&拉曼光谱采用法国a.&%4公司的显微拉曼光谱仪!其激发谱线J0L(0激光$#)?@!!积分时间#*1!功率9X!物镜F*倍&8’:6试验方法!’#’!沸石以及含沸石污泥对城市污水中有机污染物的!初期吸附作用吸附试验通过烧杯试验进行&试验设备包括六联搅拌和)G的烧杯若干&试验前取污水处理厂初沉池出水#FG!采用*?))!9的平板膜过滤!得)FG仅含溶解性有机物的膜过滤液和!*G含溶解性和非溶解性有机物的膜过滤剩余液&同时从池)和池#中试装置中各取混合液*?FG!离心脱水和低温洗涤制得活性污泥和含#;AG沸石活性污泥待用&试验分别取含溶解性有机物的膜过滤液和含溶解性’非溶解性有机物的膜过滤剩余液各!?FG于烧杯中!并投加制取的烘干沸石’池)和池#离心脱水污泥进行吸附!经搅拌!)*9./后!回收沸石’污泥和含沸石污泥!F*m以下烘!)-!磨细过!*目筛!送拉曼光谱室分析测试&!’#’)含沸石活性污泥硝化L反硝化过程中污水有机污染物的生物降解试验按污泥回流!**H’混合液回流)**H的比例!分别取含沸石污泥!?FG’D段混合液#G以及污水!?FG于反应器中!并迅速在P段搅拌进行反硝化反应和在D段曝气进行硝化反应&在反硝化!*’#*和*9./以及硝化*9./时取混合液F**9G!澄清后取上清液用*?))!9和*?=F!9滤膜过滤*?))!9滤膜过滤液为溶解性有机污染物!介于*?))E*?=F!9滤膜过滤液为胶体状有机污染物$!滤液送样分析ID,和,DC&96结果与分析9’86沸石及含沸石污泥对有机污染物的初期吸附作用活性污泥系统对有机底物的降解是通过活性污泥的初期吸附’微生物的代谢以及泥水分离等一系列过程实现的+@,&对正常发育的活性污泥系统!由微生物组成的生物絮凝体具有生物物理化学吸附作用!在其与污水中呈悬浮状和胶体状的有机污染物接触后!能够使后者失稳’凝聚!并被吸附到活性污泥表面&沸石是一种硅酸盐矿物!其颗粒表面具有晶体缺陷!U.’P&以及一些金属离子的配位还未达到饱和而发生吸附!因而沸石以及含沸石活性污泥也具有类似活性污泥的吸附’附着有机污染物的作用&图)为沸石吸附膜过滤液和初沉池出水的拉曼曲线&沸石吸附膜过滤液仅含溶解性有机物$后!其特征拉曼频率与干沸石特征拉曼频率非常接近!显示对溶解性小分子物质吸附能力弱#而吸附初沉池出水含溶解性和非溶解性有机物$后!沸石的特第#期成官文等*沸石强化PAD生物脱氮工艺中有机污染物的降解作用研究征拉曼频率及强度发生了明显的变化!说明沸石能吸附多种非溶解性有机污染物&图)沸石吸附膜过滤液和初沉池出水的拉曼曲线P?干沸石#?干沸石吸附过滤液#!=?干沸石吸附初沉池出水$‘.;?)W595/1]0T:439B.5;459%66.&:45:.%/909a45/0066&30/:5/B]4.954Y10B.90/:5:.%/a51./B.1T-54;0V5:0456:045B1%4a./;aYd0%&.:0池)不含沸石活性污泥吸附初沉池出水后!污泥的拉曼特征频率仅在F)?!)T9c!多了一个峰!当在污泥中投加新鲜湿沸石并吸附初沉池出水后!其拉曼特征频率发生了显著变化!在!*F+?=)’!*Q*?Q’!=*!?+=’!=QQ?@#和!F#=?#*T9c!多了F个峰图#$!说明投加沸石后污泥中的有机污染物种类增加了+Q,!显示在微生物参与条件下!沸石对污水中非溶解性有机污染物有较强的吸附作用&图=为沸石和池)’池#污泥吸附初沉池出水的拉曼曲线&图中显示池#含沸石活性污泥的拉曼特征频率和强度较池)活性污泥的拉曼特征频率复杂和强度增强!其吸附初沉池出水后!含沸石污泥的拉曼特征频率显著增多!并与沸石的吸附曲线有一些差异!说明含沸石污泥吸附’附着能力明显不同于池二活性污泥!并较沸石吸附作用程度强&中试研究显示!沸石的投加!利于对污水中颗粒有机污染物和生物难降解有机污染物的吸附’附着!并带来混合液G$UU浓度的显著变化+#,&上述结果表明!随着沸石的投加!活性污泥对污水中颗粒有机污染物和生物难降解有机污染物的吸附’附着能力得到一定的加强&当沸石生物挂膜后!含沸石污泥具有比普通活性污泥和沸石更强的(初期)吸附有机污染物的能力和更高的有机污染物的浓度梯度!这为好氧阶段有机污染物的传质和微生物的生物降解打下了良好的基础&图#池)活性污泥及其投加沸石后吸附初沉池出水的拉曼曲线^?池)污泥吸附初沉池出水#i?池)污泥投加#;AG沸石后吸附初沉池出水$‘.;?#W595/1]0T:439B.5;459%6]4.954Y10B.90/:5:.%/a51./B.1T-54;0V5:0456:045B1%4a./;aY:-05T:.8.:0B1&3B;05/Bd0%&.:0图=沸石和池)’池#污泥吸附初沉池出水的拉曼曲线^?池)污泥吸附曲线#2?池#污泥吸附曲线#)Q?干沸石吸附曲线$‘.;?=W595/1]0T:439B.5;459%6]4.954Y10B.90/:5:.%/a51./B.1T-54;0V5:0456:045B1%4a./;aYd0%&.:05/B:-05T:.8.:0B1&3B;0./:5/\)5/B:5/\#9’96含沸石活性污泥反硝化L硝化过程中有机物的生物降解中试各池混合液的反硝化试验显示图F和图$!前!F9./反硝化速度快!有机污染物被迅速降解!之后,DC降解速度变得十分缓慢&在整个反硝化过程中!,DC的降解呈明显初期吸附和生物降解两个过程&其中池#混合液反硝化L硝化的*?))!9膜过滤液ID,去除率接近Q+H!*?=F!9滤纸过滤液ID,去除率达到Q)H表!$!说明含沸石污泥不仅对N*?))!9粒径的溶解性有机污染物有很好的去除作用!也对介于*?))E*?=F!9的胶体物质有+环境工程学报第!卷很好的去除效果#且P段’D段以及二沉池出水膜过滤液的ID,均没有出现有机污染物的释放或ID,升高现象&图F反硝化试