改良倒置A2O工艺处理低温生活污水技术李思强

CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS2009年第28卷第11期·2068·化工进展改良倒置A2/O工艺处理低温生活污水技术李思强1，张雷2，姜安玺3（1大庆石油学院校办产业处，黑龙江大庆163318；2大庆石油学院地球科学学院，黑龙江大庆163318；3哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090）摘要：生物脱氮除磷系统中磷的去除通过排放剩余污泥实现，需要短泥龄微生物；而硝化细菌为自养菌，需要较长的生长时间。在低温（≤10℃）条件下，硝化污泥泥龄一般为15～20d，而聚磷菌泥龄为4～5d，这种巨大的泥龄差距导致现有A2/O在低温下很难实现同时脱氮除磷。本文利用改良的倒置A2/O工艺，研究了低温条件下的生物脱氮除磷效果。结果显示：该工艺低温条件下COD的去除率在85％以上，氨氮去除率低温条件下可达到85%，磷的去除率低温条件下为80%，出水能够达到国家二级排放标准。关键词：倒置A2/O工艺；固定化；耐低温硝化细菌；低温中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000–6613（2009）11–2068–04NitrogenandphosphorousremovalforlowtemperturewastewaterwithinvertedA2/OtechnologyLISiqiang1，ZHANGLei2，JiangAnxi3（1TheSchoolPropertyAgencyDepartment，DaqingPetroleumInstitute，Daqing163318，Heilongjiang，China；2TheEarthSciencesDepartment，DaqingPetroleumInstitute，Daqing163318，Heilongjiang，China；3SchoolofMunicipleandEnvironmentEngeering，HarbinInsituteofTechnology，Harbin150090，Heilongjiang，China）Abstract：Thephosphorusremovalbythebiologicalnutrientremovalsystemdependsontheexclusionofexcesssludge，whichrequiresshortSRTmicro-organisms；whilethenitrifyingbacteriaisautotrophic，itsgrowthrequiresalongertime.Atlowtemperature(≤10℃)，thenitrificationsludgeageisgenerally15－20d，andPAOssludgeageis4－5d，thisenormousgapresultedinthedifficulttoachievesimultaneouslynitrogenandphosphorusremovalatlowtemperaturewiththeA2/Oprocess.Thus，theeffectofnitrogenandphosphorusremovalusingimprovedinvertedA2/Oprocessisstudied，throughwhichtheCODremovalrateofhigherthan85%，NH4+-Nremovalof85%andT-Premovalefficiencyof80%wereachievedatlowtemperatureconditions.WiththisimprovedinvertedA2/Oprocess，theeffluentcanreachthenationalemissionstandardsforsecondarywater.Keywords：invertedA2/Oprocess；fixed；cold-adaptednitrobacteria；lowtemperature目前国内外生活污水脱氮除磷多采用生物处理系统，利用硝化细菌和反硝化细菌实现脱氮，利用聚磷菌实现除磷。在微生物生长过程中温度是重要限制因子，对于温度低于10℃低温生活污水[1]，由于污水水温较低，生物脱氮除磷系统中的硝化、反硝化、除磷菌生长均受到抑制。为了达到生物脱氮除磷效果，需要延长污泥龄。而温度对于硝化细菌与聚磷菌抑制各不相同，低温条件下硝化污泥泥龄一般为15～20d，而聚磷菌泥龄为4～5d，这种巨大的泥龄差距导致现有A2/O在低温下很难实现同研究开发收稿日期：2009–03–23；修改稿日期：2009–07–06。第一作者简介：李思强（1970—），男，主要从事污水处理技术研究，研究方向为生活污水处理、含油污水处理。联系人：张雷，研究方向为污水处理。E–[e-mail]。DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2009.11.034第11期李思强等：改良倒置A2/O工艺处理低温生活污水技术·2069·时脱氮除磷[2]。因此要提高低温下的脱氮效果，关键是如何使现有的硝化菌突破温度的禁锢，保证低温条件下硝化细菌具有较大的生物量或者驯化新的耐冷硝化菌种。而对于新的耐冷硝化菌的报道，如Chevalier从南极和北极分离到4株耐冷的丝状蓝细菌（cyanobacteria），它们在低温下对氮和磷具有较高的去除率，从而为低温污水中氮和磷的去除提供了新的思路[3]。1实验1.1实验材料及分析方法试验用水取自哈尔滨工业大学二校区家属区生活污水，水质各项指标如下。BOD5均值约为230mg/L，[NH4+-N]均值为40mg/L，[T-N]均值为61.2mg/L，[T-P]均值为6mg/L。水质分析方法主要参考国家环保局水与废水检测分析方法，COD采用快速测定法，[T-N]以及[T-P]测定采用消解法，[NH4+-N]测定采用纳氏试剂分光光度法，[NO3-N]采用麝香草酚分光光度法，[NO2-N]采用N-1-奈基已二胺比色法。1.2硝化细菌分离及固定化取驯化成熟的硝化污泥上清液采用平板划线分离方法进行分离，分离在4℃培养箱内进行，由于硝化细菌为自养细菌，且在低温下进行分离，生长速率慢，经过3个月从硝化污泥中分离出4株亚硝化和硝化细菌。分将分离得到的菌种分别接种到盛有亚硝化细菌和硝化细菌培养集的三角瓶中，将其置于4℃培养箱内摇床培养，每10d转接培养一次，用Griess试剂检验亚硝化和硝化细菌的生长。以聚胺脂泡沫作为载菌体，利用包埋法将耐冷菌固定在载体的外侧与大孔内[4－6]。1.3倒置A2/O工艺优化传统的A2/O如图1所示，由于不同菌群微生物泥龄不同，造成同步脱氮除磷存在着一定的弊端，开发了复合式倒置A2/O工艺，并利用固定化技术将硝化细菌和反硝化细菌固定在载体上，实现不同菌群的各自生长，从而能够有效解决这些矛盾。硝化液回流100%～300%缺氧池出水好氧池厌氧池沉淀池污泥回流剩余污泥排放进水图1A2/O除磷脱氮工艺该工艺分三级构成：反硝化（AR）级，采用接触氧化法，将反硝化细菌通过自然挂膜固定在载体上；除磷级（PR）采用厌氧好氧直接相连的活性污泥法；硝化（NR）级通过固定化硝化细菌，采用接触氧化工艺[7－10]。工艺流程见图2。硝化液回流100%～300%厌氧池出水好氧池缺氧池沉淀池污泥回流剩余污泥排放进水接触氧化沉淀池剩余污泥排放图2新型除磷脱氮工艺2倒置A2/O工艺脱氮除磷效果反应器在某年10月份启动，室内温度在25～30℃，经过大约半年的运行，其中经过秋季、冬季两个阶段（其中冬季室内不供暖），反硝化采用软性填料自然挂膜，固定化硝化细菌投加量为反应器体积30%，经过20d的驯化培养，反应器启动成功。为了研究反应器运行效果，通过测定COD、[NH3-N]、[T-N]和[T-P]等的数据，考察了反应器在中温、低温以及由中温向低温转变下反应器的运转效果。2.1COD去除效果从图3和图4可见，系统在中温和低温条件下，010020030040050060013691215182124273033t/dCOD含量/mg·L－1020406080100120COD去除率/%进水出水去除率图3中温下系统COD去除效果进水的COD在100～500mg/L波动，出水COD都低于100mg/L。大部分时间系统出水COD低于化工进展2009年第28卷·2070·60mg/L，符合国家的二级排放标准。中温下COD的去除率较高，昀高达到97％，平均在90％以上。低温条件下COD的去除率有所降低，平均在85％以上。低温对系统的COD去除影响不明显，这是由于低温反硝化和除磷均需利用碳源，从而保证了低温下COD的去除。01002003004005001369121518212427303336394245t/dCOD含量/mg·L－1020406080100COD去除率/%进水出水去除率图4低温下系统COD去除效果2.2氨氮去除效果在中温和低温下氨氮的去除效果如图5和图6所示。进水氨氮在25～60mg/L，出水氨氮在10mg/L。去除率在85%以上。尽管中温下氨氮去除率略高于低温下，但变化并不明显，说明固定化耐冷硝化细菌在低温下具有较高的活性。原因在于反应020406013691215182124273033t/d氨氮含量/mg·L－1020406080100120氨氮去除率/%进水出水去除率103050图5中温下系统氨氮去除效果0204060801369121518212427303336394245t/d020406080100氨氮去除率/%氨氮含量/mg·L－1进水出水去除率10305070图6低温下系统氨氮去除效果器在中温下启动，部分中温菌进入了填料内部，形成了较大的生物量，较大的生物量是保证低温污水处理达标的重要前提，同时固定化硝化细菌对低温的耐受性要高于未经固定化的硝化细菌，保证了低温下系统的脱氮效果。图7和图8是中温和低温稳定运行条件下总氮的去除。从图中可见中温条件下总氮的去除率平均在60%以上，出水效果较好。但是随着温度的降低，在低温下反应器的总氮去除率明显降低，平均不足35%。说明温度严重抑制了反硝化菌，这可从出水的亚硝酸氮和硝酸盐氮的数据中看出，低温下出水亚硝酸盐高达10mg/L，明显高于中温下2mg/L平均水平。主要原因在于反硝化菌未经固定化，通过物理吸附作用吸附在聚氨酯泡沫内，温度下降，在15℃以上生存的中温菌活性消失，同时低温下水体教常温下溶解氧浓度高，亦可能限制了反硝化进行。010203040506013691221243033总氮含量/mg·L－1020406080100总氮去除率/%进水出水去除率1518t/d27图7中温下系统T-N去除效果0102030405060701369121518212427303336394245t/d020406080100进水出水去除率总氮含量/mg·L－1总氮去除率/%图8低温下系统T-N去除效果2.3总磷去除效果磷的去除主要是在好氧和厌氧反应器中进行，好氧吸磷、厌氧释磷、释磷所需要的营养物质主要靠污泥自身吸附的有机物来满足。由于本实验采用将缺氧反应器提前、厌氧反应器置后的工艺。虽然进入厌氧池的有机物数量减少，但是由于给予了聚第11期李思强等：改良倒置A2/O工艺处理低温生活污水技术·2071·磷菌充分的好氧和厌氧交替环境，从而对聚磷菌产生了饥饿效应，保证了系统有较高的去除率。这从图9和图10可以看出，无论在低温还是中温条件下，在进水含磷量很高的情况下（10mg/L左右），出水仍然能够达到排放标准，去除率达到80%以上。低温除磷效果略低于中温下，去除率平均下降了5％。造成这种原因一方面在于低温反硝化效果差，导致硝酸盐含量高，从图11可见随着硝酸根浓度的加大，磷的去除率呈直线下降趋势。主要在于：当NO3-N和磷共存于同一反应器时将对除磷产生不利影响。在厌氧段只要存在NO3-N，反硝化菌就能优051015进水出水去除率1369122