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低碳源
低碳源、低能耗型改良A2/O工艺的脱氮除磷研究
环境10-1班石艳艳17号
摘要:
介绍了一种新型的脱氮除磷工艺及其运行情况。
该工艺是对传统
工艺的改进(可称为改良型
工艺),它采用了后置反硝化系统以及厌氧池碳源分流技术和回流污泥预缺氧反硝化技术,以提高系统的脱氮除磷效果。
研究结果表明:
在进水COD≥300mg/L,TN为40.3mg/L,TP为3.82mg/L时,对TN、TP及COD的去除率分别可达70%、86%和88%;当COD<300mg/L时,对11P的去除效果较差,但对TN和COD的去除率仍分别可达60%和85%;试验期间,污泥沉降性能良好。
关键词:
改良型
工艺;脱氮除磷;反硝化除磷
Abstract:
Themodified
(MAAO)processforphosphorusandnitrogenremovalisimprovedfromthetraditional
technology.Inordertoenhancephosphorusandnitrogenremoval.apostpositiondenitrifyingsystem,thedistributarytechnologyofcarbonsourcefromtheanaerobicphaseandpre-denitrifyingtechnologyofrecycledsludgewereapplied.TheresultsdemonstratethatundertheconditionofinfluentCODof300mg/L,TNof40.3mg/L,andTPof3.82mg/L,theremovalratesofTN,TPandCODare70%,86%and88%,respectively.WhentheconcentrationofCODislessthan300mg/L,TPremovalbecomesineffective,buttheremovalofTNandCODstillreaches60%and85%respectively.Duringtheexperiment,thesedimentationofsludgeperformseffectively.
Keywords:
modified
process;phosphorusandnitrogenremoval;denitrifyingphosphor-USremoval
传统的生物脱氮除磷工艺(
)存在诸多问题,如脱氮与除磷之间存在碳源竞争,而城市污水的碳源浓度普遍较低,难以满足同时高效脱氮除磷的要求,南方城市污水低碳高氮磷的特点使这个矛盾更加突出;其次,
工艺为了达到较好的脱氮效果,需要较高的内回流比(100%一400%),导致运行费用较高。
针对这些问题,笔者提出了改良型
(MAAO)工艺,它通过设置后置反硝化而取消了内回流,代之以厌氧池部分碳源分流(0.4Q左右)来提供反硝化碳源。
1试验材料与方法
MAAO工艺的试验流程见图1。
装置采用有机玻璃制成,由预缺氧池、厌氧池、好氧池、缺氧池和后曝气池以及沉淀池组成,其有效容积分别为1.2、3.0、6.2、3.2、2.4和6.0L。
当系统进水流量为2L/h时,总水力停留时间(HRT)为8h。
厌氧池、好氧池、缺氧池和后曝气池由一个整体反应池分隔而成,这是该工艺的一个特点,它对于在不改变原污水厂水力停留时间的前提下,将原工艺改造为具有脱氮除磷功能的新工艺具有很好的指导意义。
在预缺氧池、厌氧池和缺氧池内安装搅拌器,进水、厌氧池碳源分流和污泥回流分别用3台兰格BT一300蠕动泵控制流量(在实际工程中,厌氧池的部分碳源可自流至缺氧池)。
试验期间,系统进水流量为2L/h,污泥回流比为50%,厌氧池超越至缺氧池的流量约0.4Q。
MLSS约为3000mg/L,好氧池的DO为2~4mg/L,系统泥龄约为10一15d(通过排放混合液控制泥龄),控制反应器内温度在20~25℃,通过投加1mol/L的盐酸或氢氧化钠控制pH值在7.0~8.5。
原水取自上海市曲阳污水厂的曝气沉砂池出水,其COD为200—550mg/L,TN为30—45mg/L,TP为2.5—5.5mg/L。
接种污泥取自上海市长桥污水净化中心的污泥回流池,经过2个月的驯化培养后对COD及其他营养物质的去除效果基本达到稳定,于是进入试验研究阶段。
试验期间,SVI值保持在100ml/g左右,污泥沉降性能良好。
COD、pH、DO、MLSS、NHf—N、亚硝酸盐氮等指标的分析方法如表1所示。
表1水质指标的测定方法
2运行数据及分析
2.1对磷的去除
系统对11P的去除效果见图2(横坐标表示自3月1日起连续稳定运行的天数)。
2006年3月1日一4月l0日,系统的进水TP为(3.82±0.779)mg/L,出水TP为(0.52±0.686)mg/L,平均去除率为86%。
由图2可知,从3月1日到10日以及3月20日到4月9日,系统运行稳定,对TP的去除率基本在90%以上,而在3月10日到3月20日这段时间内,由于上海地区持续降雨,使得系统进水COD浓度偏低,对磷的去除率有所下降,但当进水COD浓度升高后,对磷的去除效果迅速恢复。
D.Mulkerrins等系统地归纳了影响生物除磷的因素∞J,即污水组分、挥发性脂肪酸(VFA)、阳离子(M92+、K+、ca2+)、温度、污泥沉降性能、DO、厌氧释磷、二次释磷、磷负荷、pH等,其中对本系统影响较大的是污水组分,主要是COD浓度。
试验表明,当进水COD>300mg/L时,对磷的去除率都在90%以上;当COD低于该值时,对磷的去除率降低,甚至仅在50%左右。
系统内磷浓度的沿程变化如图3所示。
在厌氧段,聚磷菌快速吸收底物中的挥发性有机酸并合成PHA,同时释放出正磷,原因是回流污泥经过预缺氧池的内源反硝化后,去除了其中的硝态氮(NOx-一N),给厌氧池创造了无分子态氧和化合态氧的纯厌氧条件,故厌氧池的释磷效果非常明显;另外有机磷在兼性菌的水解作用下转化为正磷,也导致了磷浓度升高。
在好氧段和缺氧段,聚磷菌分别以氧气和硝态氮为电子受体,通过消耗体内的PHA过量吸收磷(磷主要在此被去除),并合成糖原。
在后曝气池中,聚磷菌利用体内剩余的PHA继续吸磷,使出水磷浓度进一步降低,并稳定了出水水质。
当进水COD含量较低时,厌氧段合成的PHA较少(好氧段和缺氧段可利用的PHA也少),故摄磷量降低,除磷效果变差。
预缺氧段的磷浓度高于出水的,说明在该段存在磷的释放。
由于预缺氧段没有外碳源,因而聚磷分解及随后释磷所得的能量不能被用来合成PHA,为无效释磷。
预缺氧池主要用于污泥中NOx-一N的内源反硝化,测定显示该段出水的NOx-一N浓度很低(约0.01mg/L),说明反硝化进行得十分完全,因而可缩短其停留时间。
针对这一现象,在研究过程中已通过减小预缺氧池的体积,使其停留时间缩短至0.35h。
选择进水COD浓度在300mg/L以上的数据进行物料衡算,比较缺氧和好氧段的除磷速率。
结果表明,缺氧除磷速率是好氧除磷速率的55%。
SaoshiTsuneda等通过试验对AOA型SBR工艺、A/O型SBR工艺及传统
工艺的缺氧、好氧除磷速率比进行了测算,得出它们的比率分别是44%、13%及21%,均较笔者的低。
缺氧、好氧除磷速率比可被用来衡量系统中反硝化聚磷菌(DPAO)的多少,因此根据该结果可知MAAO工艺有利于反硝化除磷菌的富集。
2.2对氮的去除
系统进水TN为(40.3±5.38)mg/L,出水TN为(12.0±3.52)mg/L,平均去除率为70.1%(见图4)。
进水中的氮主要包括有机氮(ON)和氨氮,其中后者占80%左右。
在厌氧段,ON通过水解等作用转化为NH4+—N;厌氧池中60%的混合液自流至好氧池,NH4+—N在好氧池内经硝化作用转化为NOX-一N,其在后续的缺氧池被反硝化去除;剩余的40%被直接超越至缺氧池,在此反硝化菌利用PHA作为电子供体对NOX-一N进行反硝化,并吸收磷,实现了“一碳二用”;从缺氧池流出的NH4+—N在后曝气池被氧化为NOX-一N并随出水流走。
可见,系统出水的TN浓度取决于缺氧段流出的NOX-一N浓度与超越至缺氧池的NH4+—N浓度之和;其成分主要是NO3—一N[(10.5士2.87)mg/L],占出水TN的88%。
氮的去除主要发生在缺氧段,缺氧段的反硝化效果与超越混合液所带人的碳源量有关,而碳源量又与进水COD及进入厌氧段的NOX-一N量有关,简单地说就是进水COD浓度越高,反硝化效果就越好;由二沉池回流至预缺氧池的NOX-一N浓度越低(导致进入厌氧段的NOX-一N浓度较低,进水中碳源的消耗量较少),则在超越比一定时带人缺氧段的碳源量越多,反硝化效果就越好。
如果进水COD浓度过低,则反硝化进行得不充分,出水NOX-一N浓度必然较高,同时还会增加进入预缺氧段和厌氧段的NOX-一N量,加剧了COD过低带来的不利影响,形成了恶性循环。
结果还表明:
无论进水水质如何,对NH4一N的去除率>95%,出水NH4+一N<0.5mg/L,说明系统的硝化效果良好。
此外,该工艺可通过调节厌氧池的碳源分流量来调节系统的脱氮和除磷效果,以使出水水质达到最佳。
2.3对COD的去除
进水COD为(322±101.3)mg/L,出水COD为(41±13.8)mg/L,平均去除率为88%。
对沿程COD的测定结果显示,COD的表观去除主要发生在厌氧池(占总去除量的95%),这是因为聚磷菌在该段先将有机物水解酸化为易利用的底物,然后将其合成为PHAH。
尽管进水COD浓度波动较大,但出水COD均稳定在60mg/L以下,即系统对COD的去除效果较为稳定。
COD与对TN、TP去除率的关系如图5所示。
由图5可以看出对TN的去除率为60%~80%,且其变化趋势与进水COD浓度的变化趋势完全一致。
值得注意的一个现象是:
TN的去除率波动与进水COD浓度波动同步,而TP去除率的波动则滞后(大约2d,即6倍HRT左右)于进水COD浓度的变化,说明反硝化菌比聚磷菌对进水COD浓度的变化更敏感。
3结论
①在MAAO工艺中,通过将部分厌氧段混合液分流至后置反硝化段,为反硝化提供了碳源,因而可取得较好的脱氮除磷效果。
处理效果受进水COD浓度的影响较大,当进水COD过低(<250mg/L)时除磷效果会恶化,对氮的去除率也随之降低;当进水COD>300mg/L时,脱氮、除磷效果均较好,分别可达70%和86%,且处理性能稳定。
②反硝化除磷速率为好氧除磷速率的55%左右,反硝化除磷对总除磷量的贡献率为17.5%左右。
缺氧段的反硝化作用对除磷的影响相对较小,但直接影响脱氮效果,从而决定了出水总氮浓度的高低。
③系统出水总氮<12mg/L,氨氮<0.5mg/L,总磷<1mg/L,COD稳定在60m∥L以下,出水水质可达污水排放一级标准。
④MAAO系统的总停留时间与传统的以去除有机污染物为主的生物处理工艺的停留时间相当,因而非常适用于对现有不具备脱氮除磷功能污水厂的改造。
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