分散型生活污水的低耗高效脱氮除磷袁林江

中国环境科学学会学术年会论文集(2011)分散型生活污水的低耗高效脱氮除磷衰林江杨凯(西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西西安710055)摘要一般分散型社园(校园、社区)生活污水中碳源相对不足,CN/、C!P偏低,且水量水质波动大,甚至间歇排水,因此常常处理效果不稳定、运行困难、出水氮磷和55难达标。采用厌氧/好氧交替运行的序批式反应器(SBR)对校园实际生活污水进行了试验研究,旨在为同类分散型生活污水的低能高效脱氮除磷SBR运行控制提供指导.试验通过对厌氧、好氧时段进行合理设置,在无外加碳源下,实现了COD、氨氮、总氮和磷的高效去除,平均去除率分别达83%、94%、70%和97%,这不仅能使有机物和氮的出水水质达到了GB18918一2002一级B标准,而且出水总磷浓度也低于.0sgm几。控制Do在好氧段末端维持在Zmg几,系统能够实现DO浓度梯度、实现同步好氧硝化反硝化和反硝化聚磷,达到“一碳两用”的效果,表明合理控制运行方式和溶解氧是实现SBR同步脱氮除磷的关键。关键词分散型污水处理SBR工艺脱氮除磷生活污水一、月IJ胃渭河关中地区是经济文化的发展中心,渭河为关中地区的主要河流,是该地区的主要地表水源。近年来该流域经济发展相对落后,渭河污染未得到根本控制。除工业废水排入渭河外,在距离城市建成区一定距离的乡村,不断有旅游度假村、大学新校区和房地产开发的居民小区建成,这些新增人口聚集点多分布在渭河支流上游。由于远离城区,城市排水管网往往未能覆盖这些地区,新建社园区自身的污水处理系统建设和基础设施的建设不能同步,这些人群聚居点所产生的生活污水不少未经处理直接排入了河流,形成了河流污染的新污染源。即使建设了各自的污水处理系统,由于经济方面以及对分散型污水处理技术的掌握和处理设施运行管理的经验不足,往往处理成本较高,处理效果不稳定、出水难以达标。因此寻求低耗高效、工艺成熟、操作简单的分散型生活污水处理系统,对缓解渭河流域水污染危机具有重要的实际意义。社园区内人员由于有着较为一致的作息规律,其排水也呈现出高度的同步性,因此社园区污水伴随着人员的作息有着明显的“峰”与“谷”,甚至夜间某些时段几乎不排水。针对分散性污水的排水特性,社园区污水处理工程的设计人员多倾向于选用结构紧凑、“占地面积小”的序批式反应器(sequenc吨bactheracotr,SBR)工艺。SBR与传统活性污泥法相比,工艺简单成熟、投资低运行费用少。反应过程基质浓度梯度大,反应推动力大,均化水质,无需污泥回流,耐冲击负荷能力强,污泥活性高,沉降性能好等显著特点,通过改变系统的运行方式,可以实现污水处理的生物除磷脱氮。溶解氧是影响同步硝化反硝化效果的重要因素之一,也是实现节能的控制条件之一。Katie等在研究以内贮PHB做电子受体的同步硝化反硝化时,得到溶解氧浓度的最佳范围为.08一1.2mg几1[]。Pochana等对粒径为50一110林m的絮体进行了研究,发现当DO为0.8mgL/时sND率最高,可达80%21[。Mcyer等研究同步硝化反硝化脱氮除磷时发现当Do为.032一.048mg几时,氧气可穿透直径为50一100林m的絮体f3],由于社园区污水c汀N=4一6,要实现系统脱氮除磷,碳源是主要限制因素。近些年,大量研究表明在好权段能实现好氧硝化反硝基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(20()9zX07212一002众:)4~加2、2X()9ZX07212一002.仪碎一003);EU一hCianRBMP一刁ecenttalizedwasetwaetrtreannentwihteffluenteruseinNorthernChina。第二章环境科技研究进展及应用·905·化14,5】,反硝化聚磷6[],与传统的生物脱氮相比,好氧反硝化具有能缩短脱氮历程,节省碳源,降低动力消耗,提高处理能力,简化系统的设计和操作等优点。SBR时间上的DO梯度及活性污泥絮体内部DO梯度为实现反硝化聚磷提供条件。控制系统溶解氧曝气末端为1.5m目1左右,在反应器内及污泥絮体可以形成良好的溶解氧梯度。笔者以大学校园的实际生活污水为处理对象,考察了SBR同步脱氮除磷效果及其影响因素,旨在从简化操作、降低能耗的角度出发,研究适应渭河流域分散型污水处理的SBR工艺运行的优化控制条件。二、材料与方法(一)试验装置试验装置如图1所示,SBR反应器的尺寸为:9c2mx6c0mx5c5m,超高取scm;有效工作容积为250L,采用鼓风穿孔曝气管曝气,用气体流量计调节曝气量。二一巨99999」」」」」lllllllllllllllIIIIIIIIIIIJ七夕、一一江江江江江江l生生图,校园排污总口:2.潜污泵;3.可编程控制器;4.曝气泵;试验装置图5.搅拌器;6.反应器;7.穿孔曝气泵;8.出水泵;9.出水箱(二)原水水质及种泥来源试验采用西安建筑科技大学北校区生活污水,以西安市邓家村污水处理厂Aloz工艺的回流污泥为种泥进行接种,接种后反应器污泥浓度为2213m泌,Svi为180Llg,经过培养驯化,污泥浓度稳定在Zooomg几左右,Svl为150gU,污泥处于微膨胀状态。生活污水来自校园的排污总口下水道,进水水质见表1。表1校园污水水质指指标标CODcrrrPo护一PPPNH3一NNNNO牙一NNNNO至一NNNTPPPTNNN浓浓度l(mglL)))132~320001.2~6.99915~35550.03~0.06661~5551.5~7.88835~6000(三)试验运行参数SBR工艺采用刀0方式运行,h6为一周期,其中厌氧搅拌h2,厌氧搅拌30n五n后进水20min,曝气Zh,沉淀ht后出水5而n,闲置hl,排水比112。污泥浓度维持在Z000m乡毛,曝气末端溶解氧维持在Zm叭,污泥龄为巧d,试验期间反应器内部温度为30士3℃。(四)分析方法各项水质指标的测定均参照《水和废水监测方法》(第4版)。CODcr:重铬酸钾法;氨氮:中国环境科学学会学术年会论文集(2011)钠氏试剂法;硝酸盐氮:紫外分光光度法;亚硝酸盐氮:N一(1一蔡基)一乙二胺光度法;TN:过硫酸钾消解一紫外分光光度法;磷:铝锑抗分光光度法(UV一7504紫外可见分光光度计);DO:IH9146便携式溶解氧仪(HANNA,意大利)。三、结果与分析(一)反应器的净化效果试验5一11月进行为期6个多月,稳定运行。从图2、图3、图4及图5可以看出,在处理工艺稳定运行期间,厌氧/好氧一SBR反应器中同步脱氮除磷的效果良好,COD、NH3一N、NT和正磷酸盐的出水平均浓度分别为35.5mg几、l.38mglL、10.93m乡1和.005mg/L,平均去除率达到83%、94%、70%和97%,出水浓度不仅均满足城市污水处理厂排放标一级B标准,总磷的出水浓度还可达.0smglL以下。享、瓣渔报OOU500600400ǎ闷瓦日300200100息U一月卜-进水COD`.es出水CODes奋一COD去除率01生全匕竺匕巴竺竺竺二竺竺立巴竺竺竺亡竺l004111826354l5057829ll0l1l2l21l3l142l52l63l72l80l89197时间d/图2原水、出水COO浓度及其去除率变化享、褂渔邢100000力80604020004石..55231.50飞à,`,二0ǎ之助日à扁侧徽日4111826354150-川卜-进水正磷酸盐图3578291101112121131142152163172180189197时间ld~出水正磷酸盐叫卜-去除率原水、出水磷及其去除率变化第二章环境科技研究进展及应用oo0..二R一更铃渔术喊喊604020~进水氨氮~出水氨氮-,卜-氨氮去除率4035302520巧1005日的日à、喊戚4111826354150图4578291101112121131142152163172180189197时间dl原水、出水氮氮及其去除率变化承、锌渔米Zù一闷卜-进水TN~出水TN一奋-TN去除率一斌九议、临动刚认户!2。.600.500.400300200.100.00ǎ曰谕日à乞ù4111826354l50578291l0lll2l2113ll42l52l63l72l80189l97时间dl图5原水、出水总氮及其去除率变化(二)同步脱氮除磷情况1.典型周期内磷去除厌氧条件下磷释放的充分程度和合成的PHB量是随好氧条件下过量摄磷的充分条件和决定性7[],在进水之前进行厌氧搅拌有利于多聚磷酸盐彻底氧化水解,细胞能够充分释磷。聚磷菌(队05)在厌氧段利用细胞内多聚磷酸盐水解反应来获取能量,用于吸收易降解有机物(VEAs)并同化为细胞内储备营养物PHB,水解产物正磷酸盐则被释放到细胞外,即在厌氧段,磷浓度呈现不断增加的趋势。changCH等人的研究发现,如果sBR排水中的硝酸盐浓度从1.09m留L减少到.56mg几时,磷的去除率可以从80%提高到98%。巧tman等人的研究证明,如果回流污泥中硝酸盐的浓度低于sm叭的时候,生物可以很容易取得良好的释磷效果,但是当硝酸盐的浓度达到IOmg几以上时,磷的释放就受到抑制从而导致生物除磷的失败,因此应用到sBR反应器时,前段厌氧搅拌,细胞利用内碳源有效地降低了反应器硝酸盐浓度,有利于厌氧段磷的释放。从图6可知,进水之前厌氧搅拌30nitn后,反应器内正磷酸盐从.004m留L上升至.007m叭,而反应器内几乎没有VFAs物质,PAOs通过消耗细胞内碳源将磷酸盐释放到细胞外,但释磷较少,系统可能同时发生反硝化聚磷。当进水后(进水磷酸盐为1.25m目L),PAos能够快速吸收进水中中国环境科学学会学术年会论文集(2011)的AVEs物质,合成PHB物质并储存于细胞内,同时细胞内多聚磷酸盐进一步得到释放,厌氧段结束后,反应器正磷酸盐升至.478m叭。进入好氧段,PAos利用硝酸盐或。:为最终电子受体氧化细胞内PHB产生能量,用于从细胞外摄入磷酸盐并合成多聚磷酸盐。在以厌氧/好氧方式运行的条件下,PAOs通过对环境、能量交替的适应选择能力而不断增殖,使得反应器PAOs能够不断地富集而趋于稳定。经过Zh的低氧曝气处理后出水磷浓度降至0.lm叭,平均吸磷速率为1.2mgIP(955·h),磷去除率达到了97.9%,达到了良好的除磷效果。闷俞日à己OU00a000住...000刀45飞ù021、刃一叫ù,一八j_2.500厂下泵葺’.0oo{{、飞`.5oo}月Z州—叫曰一刁厌氧}一一月好氧出水Zù尸属深;喊碱8:30~一.卜-P9:0()9:30一`一氨氮1:000时间了而n`.,TN10:3011:X()11:3012:X().卜1入卜奋1未oo…oo08ùIàO一今一硝氮~C〔)D图6典型周期内各指标变化2.典型周期内氮去除氮的去除主要发生在三个阶段,第一阶段:在进水之前缺氧搅拌,系统利用细胞内碳源反硝化,去除残余硝酸盐,残余硝酸盐去除率达到80%以上,残余硝酸盐浓度降低到Zmg几以下,总氮去除率达到50%。第二阶段:进水之后厌氧搅拌,对残余硝酸盐和进水硝酸盐反硝化彻底去除,厌氧段硝酸盐浓度几乎为零。第三阶段:好氧段是氮去除的主要阶段,由于碳的氧化速率远大于硝化速率,这意味着在硝化完全后,污水中基本不能提供外碳源。厌氧搅拌阶段生物细胞在特定条件下将有机碳转移并以多经基链烷酷(主要是聚p一经基丁酸,简称PHB)、糖类及酷类的形式储存在胞内,这些物质(这里主要指PBH)能在缺氧环境下作为反硝化的内碳源81[。在低氧曝气下,反应器维持较低DO浓度,硝化反硝化同步进行,细胞利用厌氧段合成的内碳源进行反硝化除磷,好氧30nitn后,正磷酸盐的去除率达到90%以上,因此好氧段后期主要进行好氧硝化反硝化。采用进水前缺氧搅拌能够减少进水中碳源消耗,好氧段维持较低DO浓度,能够减缓碳源易被“碳化”的速率,通过对这两段的有效控制,极大地提高了系统碳源的有效利用率,同时也降低电能的消耗。当进水COD为3巧mglL时,从图6可知,进水完全后反应器内CoD稳定在56.68~64.7