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    硝化液回流比對改良型倒置A2/O系統(tǒng)脫氮除磷性能研究

    2020-04-16 03:18:46于燿滏范維利
    建筑與預算 2020年2期
    關鍵詞:氧池硝化污泥

    于燿滏,范維利,郭 鑫

    (沈陽建筑大學 市政與環(huán)境工程學院,遼寧 沈陽 110168)

    盡管我國規(guī)范了對污水治理的相關政策,但水體中的氮、磷含量超標的問題仍是為當今所熱議的話題[1]。傳統(tǒng)的A2/O工藝使污水依次經(jīng)過厭氧環(huán)境、缺氧環(huán)境和好氧環(huán)境,通過不同菌種的代謝活動達到脫氮除磷的目的。但是硝化液回流中所攜帶的溶解氧、反硝化細菌與PAOs對碳源的爭奪、不同菌種間SRT的矛盾依舊是影響其去除效果的因素[2]。張波等[3]為解決的 A2/O中存在的問題,提出倒置A2/O工藝,通過試驗得出相較于傳統(tǒng)A2/O其對氮、磷的處理效果均得到提升[4-5]。隨著污水排放標準的嚴格把控以及單獨使用倒置A2/O工藝的出水難以達到排放標準,致使城鎮(zhèn)污水處理廠的改造成為現(xiàn)階段首要目標[6]。

    MBR在近些年得到了突破性發(fā)展[7],其本質(zhì)是將污水的生物處理技術與膜的過濾相協(xié)調(diào)[8],MBR去掉了以往工藝中的二沉池,僅通過膜組件實現(xiàn)泥水分離,進一步節(jié)約了基建費用。普遍認為MBR對BOD與COD的去除能夠保持較高的水準,但是對氮磷元素的去除效果不理想。因此,相關研究將常規(guī)的倒置A2/O與MBR相結合,建立倒置A2/O-MBR工藝[9-11]。通過膜的截留作用,給予世代周期較長的細菌充足的生長時間,并保持較高的污泥濃度[12],以此來達到更好的效果。有研究表明,該系統(tǒng)中,富集在生物膜上的微生物主要為硝化細菌,而處于懸浮狀態(tài)的活性污泥多數(shù)由異養(yǎng)細菌組成[13]。

    倒置A2/O就是把污泥回流與消化液回流合二為一,形成一個混合液回流。盡管這樣明顯提高了氮元素的去除率,但是磷經(jīng)過抑制-復蘇-抑制-復蘇的重復過程,其去除情況無法得以保證。因此,本試驗在倒置A2/O系統(tǒng)的基礎上對于回流設置進行更改,改制成污泥與硝化液分流。探究在不一樣硝化液回流比的條件下,氮、磷元素的去除情況,并確定最好的硝化液回流比,為污水處理廠改建提供有效的理論依據(jù)。

    1 試驗

    1.1 試驗裝置

    本試驗裝置如圖1所示。

    圖1 改良倒置A2/O-MBR工藝流程圖

    改良后的倒置A2/O-MBR系統(tǒng)是由有機玻璃制造,其中缺氧池、厭氧池、好氧池的有效容積分別為10L、10L、20L。缺氧池與厭氧池內(nèi)設置攪拌器保持泥水充分混合,于好氧池底部設置曝氣石條并通過氣體流量計來控制好氧池DO以及保證好氧池泥水混合均勻,同時好氧池內(nèi)設置中空纖維膜,通過膜組件抽離出處理完成的出水。

    1.2 試驗用水以及接種污泥

    試驗中的進水采取實驗室人工模擬廢水,進水以葡萄糖為碳源、NH4Cl為氮源、KH2PO4為磷源,保持進水中COD、TN和TP質(zhì)量濃度分別為400mg/L,40mg/L和4mg/L。同時按需要配置CaCl2、MgSO4,同時通過投加Na2CO3與NaHCO3來維持進水的pH值。污泥泥種是取自撫順某污水處理廠的二沉池回流污泥,理化特性如表1。

    表1 反應器接種污泥理化特性

    1.3 運行參數(shù)

    改良倒置A2/O-MBR系統(tǒng)運行期間,控制溫度為20~28℃,pH值為7.2~8.0,進水流量為3L/h,HRT為12h,污泥齡(SRT)為15d,污泥回流50%,Q缺∶Q厭為6∶4,維持缺氧池、厭氧池、好氧池的DO依次為0.3~0.6mg·L-1、0.2mg·L-1以下、2~2.5mg·L-1。試驗進程中采用的消化液回流比,分別為:150%(工況一)、200%(工況二)、250%(工況三)。

    1.4 分析項目及檢測方法

    按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》的各項指標檢測,儀器采取UV9100型分光光度計具體分析方法如表2所示。

    2 結果與分析

    2.1 硝化液回流比對COD去除效果的影響

    在三種工況下,組合工藝對COD的去除效果如圖2所示。

    圖2 硝化液回流比對COD去除效果的影響

    從圖2可以得到,在工況1條件下硝化液回流比對COD去除有些許的影響,出水COD濃度已逼近50mg·L-1,工況2和工況3對COD去除結果相差不多,影響較小。在硝化液回流比分別為150%、200%和250%時,出水COD平均質(zhì)量濃度分別為40.40mg·L-1、31.24mg·L-1和32.22mg·L-1,COD的去除率分別為89.93%、92.22%和91.96%。因此,硝化液回流比對COD的去除效果影響較小,只有在低回流比時出水濃度比正常值稍高一點,主要是由于回流的硝化液較少,可供反硝化細菌正常微生物活動的電子受體減少,微生物活動受到限制,對污水中有機物的使用也就隨之下降,導致出水中COD質(zhì)量濃度略有升高;當r為200%和250%,出水COD質(zhì)量濃度相差不多,但是回流比大,電動機就會長期處于高速轉動,對電能消耗較多,綜合考慮,還是r為200%時更經(jīng)濟。

    2.2 硝化液回流比對NH4+-N去除效果的影響

    在三種不同工況下,組合工藝對于NH4+-N的去除情況如圖3所示。

    圖3 硝化液回流比對NH4+-N去除效果的影響

    從圖3可以得到,在不同工況下出水NH4+-N質(zhì)量濃度均能維持在一個較低的水平,并且出水濃度相差不大,這說明硝化液回流比對NH4+-N去除效果影響較小。出水NH4+-N平均質(zhì)量濃度分別為1.33mg·L-1、1.10mg·L-1和0.90mg·L-1,NH4+-N去除率分別為96.70%、97.30%和97.77%。這是由于影響NH4+-N去除的主要是好氧池DO、好氧池COD濃度等,在試驗中溶解氧維持在上面已經(jīng)研究過的最適宜溶解氧濃度范圍內(nèi),并且流入到好氧池內(nèi)的有機物基本在缺氧池和厭氧池內(nèi)損耗的所剩無幾,對硝化細菌正常生物活動基本不會造成影響,因此,出水NH4+-N濃度一直維持在較低水平。

    2.3 硝化液回流比對TN去除效果的影響

    在三種不同工況下,組合工藝對于TN的去除情況如圖4所示。

    圖4 硝化液回流比對TN去除效果的影響

    從圖4可以得到,硝化液回流比是影響TN去除的決定性參數(shù)。在三個工況條件下,出水NO3--N平均質(zhì)量濃度分別為13.62mg·L-1、7.85mg·L-1和9.40mg·L-1,出水TN質(zhì)量濃度分別為15.37mg·L-1、9.49mg·L-1和10.82mg·L-1,TN去除率分別為61.84%、76.60%和73.16%。分析發(fā)現(xiàn),在工況1條件下是由于回流比小,大量的NO3--N沒有去除,導致出水中TN濃度升高,如果長期采用較小回流比還會造成反硝化菌群數(shù)量下降,對NO3--N和COD的消耗減少,影響處理效果;在工況2條件下,出水中NO3--N與TN濃度顯著下降,回流比加大,反應池內(nèi)大部分的NO3--N都被去除;在工況3條件下,即使回流比變大了,回流的硝化液增多,但出水結果并沒有向更好的發(fā)展,因為回流液體中含有較高濃度的DO,降低缺氧池境況,使得反硝化細菌無法正常使用利用NO3--N,出水TN濃度略有上升。

    2.4 硝化液回流比對TP去除效果的影響

    在三種不同工況下,組合工藝TP的去除情況如圖5所示。

    圖5 硝化液回流比對TP去除效果的影響

    從圖5可以得到,三種硝化液回流比對TP去除也會造成明顯影響。0.70mg·L-1、0.43mg·L-1和0.53mg·L-1,去除率分別為82.82%、89.26%和86.82。從中可以看出,在工況1和3條件下,出水TP濃度高于0.5mg·L-1,工況2條件下出水TP質(zhì)量濃度能夠低于0.5mg·L-1,符合國家一級A的排放標準。通過閱讀文獻發(fā)現(xiàn),厭氧池中的NO3--N擁有抑制PAOs的釋磷的效果,從而減少其在好氧池內(nèi)的吸磷動力[14]。伴隨回流比的增加脫氮能力逐漸提升。而工況3時出現(xiàn)的出水TP含量上升是由于高硝化液回流比時回流大量的溶解氧,破壞厭氧環(huán)境,也不能充分地釋放磷,使得出水TP濃度略有升高。

    3 結語

    (1)硝化液回流比對COD和NH4+-N去除沒有多大影響,對TN和TP去除擁有很大的影響。

    (2)在工況2和3時,TN和TP去除效果相當,但是工況3消耗電能更多,從經(jīng)濟效果角度出發(fā),決定采用工況2的回流比,即回流比例200%,COD、NH4+-N、TN和TP出水平均濃度分別為 31.24mg·L-1、1.10mg·L-1、9.49mg·L-1和0.43mg·L-1。

    (3)MBR替代以往工藝中的二沉池,這樣可以使組合工藝內(nèi)保持較高的污泥濃度,便于時代時間較長微生物的生長,同時污泥與硝化液分流的回流系統(tǒng),避免聚磷菌反復經(jīng)歷抑制-復蘇-抑制-復蘇過程,提高系統(tǒng)除磷效果。

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