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水 污 染 治 理 AmOn一体化污水生物处理新工艺试验 ＊ 刘长青 张亚雷 赵建夫 王华丽 同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海 200092 摘要 主要介绍了AmOn一体化污水处理新工艺的试验研究。 试验表明, AmOn一体化新工艺对 CODCr去除和硝化、脱 氮都有着较高的效率, 出水的 CODCr、NH3-N 、TN 均可达到国家规定的排放标准, 具有较好的应用前景和进一步深入研 究的价值。 但是该工艺除磷的效率不高, 需进一步改进设备和工艺。 关键词 污水处理 AmOn 一体化反应器 脱氮 除磷 ＊ “863” 计划项目 2004AA649310 ,“ 十五”国家科技攻关重大项目 2003BA808A17 1 AmOn工艺简介 AmOn一体化污水处理新工艺 , 它突破了传统工 艺在空间和时间上的布置形式 , 大大减少了占地面 积,提高了操作可靠性 , 极大地简化了污水处理工艺 的流程。 AmOn中以A 代表厌氧或缺氧处理, O 代表好氧 处理, 以m 、 n 分别代表厌氧处理和好氧处理的量或 程度 ,灵活组合 A O,A 可以在O 之前,也可以在O 之 后,也可以多段 A、 O 交替。通过改变运行条件可以 灵活地控制反应“程度” 。AmOn一体化反应器机理及 水力运作形式如图 1。 图 1 AmOn一体化反应器机理图 其反应过程为 AmOn一体化反应器中间为进水 管及进气管,双双垂直下喷。下喷的气和水一部分从 套筒中间的分流器间隙溢出, 带动并搅拌反应区的混 合液 ,作好氧反应 On区域 ; 另外一部分气和水继续 下行, 由套筒底部流出 , 带动并搅拌周围的混合液作 厌氧、缺氧反应 Am区域 。套筒外上流的部分水量 通过渐缩的上升通道, 脱气后溢入导流区 ,再向下运 动进入沉淀区。在沉淀区内进行泥水分离,密度较大 的活性污泥沿着导流板下滑, 并不断沉淀浓缩 ,最后 通过回流缝再度进入曝气区, 实现污泥回流 ; 与此同 时,澄清的出水由反应池表面的集水系统收集后, 流 出反应器。 2 试验装置及水质条件 试验装置的结构及流程基本同图 1, 由于试验规 模限制和研究方便, 在试验中以微孔曝气头代替射流 曝气, 设备底部设机械搅拌以防止底部泥水分离, 进 水依旧由设置在设备中央的中心进水管进水 ,出水由 沉淀区经溢流堰溢流排出。试验设备的总体积为 100 L ,反应区 、 导流区与沉淀区之比为 6∶ 0. 5∶ 2。 试验在上海某城市污水处理厂进行 ,试验装置的 进水取自污水处理厂的初沉池出水 ,试验期间进水水 质条件如表 1。 表 1 进水水质mg L CODCrNH3-NTNTPPO3 - 4 -P 200～ 50020～ 5020～ 802～ 101～ 8 3 试验结果与讨论 3. 1 工艺运行参数 在试验期间 ,运行参数见表2。 表 2 工艺运行参数 HRT h泥龄 dDO mgL- 1MLSS mgL- 1水温 ℃ 8 . 5152. 5～ 4 . 02 780～ 2 99015～ 30 3. 2 CODCr去除效果 试验开始时 ,装置接种污水处理厂曝气池活性污 泥,培养一段时间待各项出水指标稳定后开始正式取 样分析。图 2 是试验装置在稳定运行一段时间内的 进、 出水CODCr变化情况 。从图 2可以看出, 尽管进水 的CODCr浓度变化比较大, 最低时的 CODCr浓度为 190 mg L ,最高浓度为 413 mg L , 但出水 CODCr的浓度 是非常稳定的, 并没有随进水浓度的变化而变化, 工 7 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 艺的平均 CODCr去除率为 81. 8, 在平均的进水 CODCr为 330. 7 mg L 的情况下, 出水 CODCr的值一般 都在80 mg L以下, 均达到国家的二级排放标准 [ 1] 。 图 2 CODCr去除变化 3. 3 脱氮效果 图3 为试验装置在稳定运行一段时间内的进 、 出 水NH3-N 变化情况 。从图中可以看出 ,进水的NH3- N 浓度变化范围也是相当大的, 最低进水的氨氮浓度为 23. 7 mg L ,最高的浓度为 67. 8 mg L 。虽然进水NH3- N 浓度变化较大, 但是 AmOn一体化工艺的硝化能力是 非常强而且稳定的 ,工艺平均硝化效率达到 95. 9, 在进水 NH3- N 平均浓度为 44. 9 mg L 情况下, 出水 NH3-N 平均浓度为1. 8 mg L, 达到国家最新排放标准 一级A 类的水平。这说明该工艺有着较强的硝化功 能,可以基本将进水中的 NH3- N 全部转化为氧化态 氮NO - x- N, 这就为反硝化功能的正常发挥奠定了良 好的基础 。 图 3 NH3-N 去除变化 图4 为试验装置稳定运行一段时间内的进、 出水 TN 变化情况。从图中可以看出,进水TN 浓度相对较 高且变化幅度较大, 但出水的 TN 浓度是比较低并且 非常 稳定 的。 试 验 期 间, 进 水 TN 最 高浓 度 为 88. 2 mg L ,最低浓度为 44. 5 mg L, 平均进水浓度为 67. 2 mg L ,平均出水浓度为 20. 1 mg L ,TN 平均去除 率为 70. 1,出水基本达到国家最新排放标准一级 B 类的水平。 试验期间也出现了一个较为反常的现象 ,即出水 一直含有比较高浓度的NO - 2- N ,图 5 是试验期间进、 出水NO - 2- N 浓度的变化曲线, 从图中可以看出, 出水 NO - 2- N 浓度大大高于进水浓度,平均出水 NO - 2- N 浓度 达到5. 9 mg L 。为此提高了好氧区的溶解氧浓度,但 是溶解氧浓度的提高并没有降低出水 NO - 2-N 的浓度。 分析出水 NO - 2- N 浓度较高的原因主要有 2 个 ① 反应器结构的原因, 一体化 AmOn反应器在空间上 将好氧硝化与缺氧反硝化组合在一个反应器内,好氧 硝化所消耗的碱度可以直接由缺氧反硝化生成的碱 度部分补偿 ,这使得反应器内的碱度一直保持在一个 相对较高的水平 ,试验期间反应器好氧区内的 pH 值 一直在 7. 5 ～ 8. 5 之间, 而硝酸盐硝化细菌最适宜的 pH 值条件为 6 ～ 7. 5, 亚硝酸硝化菌最适宜的 pH 值 在7～ 8. 5 [ 2] ,反应器的 pH 值条件部分抑制了硝酸盐 硝化细菌的活性 ,而亚硝酸盐硝化细菌却对此比较适 应,因此,AmOn一体化反应器好氧硝化区有一部分硝 化反应最终产物为硝酸盐 ,而另有一部分硝化反应只 生成了亚硝酸盐并没有进一步氧化为硝酸盐 ,且两者 都应该占有相当大的比例 ,并不会出现一种硝化方式 占绝对优势的情况 ,从而造成出水亚硝酸盐的积累。 ② 较高温度的影响, 设备启动后的正式运行阶段已是 盛夏时节, 进水水温达到近30 ℃,且反应器处在室外 , 使得反应器内的温度超过30 ℃,这样的高温条件适于 亚硝酸菌生长而对硝酸盐菌产生部分抑制,这也是导 致反应器出水亚硝酸盐浓度较高的一个重要原因 。 图 4 TN 去除变化图 图 5 进、出水 NO- 2-N 变化图 3. 4 除磷效果 图6 为试验装置稳定运行一段时间内试验装置 8 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 的进 、 出水 TP 变化情况 。从图中可以看出, 进水 TP 浓度 并不 是 很 高 , 最 高 为 6. 9 mg L , 最 低 只 有 2. 1 mg L , 但出水的 TP 浓度并没有因为较低的进水 TP 负荷而处在较低水平。试验期间 ,平均进水 TP 浓 度为 3. 9 mg L ,平均出水浓度为 2. 1 mg L ,TP 平均去 除率仅为 46. 1 ,虽然一般出水 TP 浓度达到国家最 新排放标准二级水平, 但是 TP 去除效率并不高。推 测这种现象出现的原因主要有两方面, ① 是进水水质 的原因,虽然进水的 TP 浓度并不算高 ,但与此相应的 是进水中可以被聚磷菌用来厌氧释磷的有效碳源的 浓度也处在较低的水平, 试验期间测试进水溶解性 CODCr仅在 150 mg L 左右 ,有限的进水碳源还要首先 用于反硝化脱氮的需要, 致使进水中的有效碳源不能 满足聚磷菌的充分释磷, 从而导致了其在厌氧阶段无 法在胞内形成 PHB 或者 PHA 等能量物质 ,使得聚磷 菌在好氧阶段没有充足的可利用能量物质进行好氧 吸磷, 从而使得出水 TP 的浓度处在较高水平。 ②可 能是试验装置的竖向高度不足的原因, 竖向高度不足 导致实际的厌氧容积不足以完成厌氧的充分释磷 ,这 也是导致除磷的效率不高可能的另一个原因 。 图6 TP 去除变化图 4 结语 采用 AmOn一体化污水处理反应器处理城镇污 水,整体处理效果良好,系统运行稳定,出水各项指标 均达到国家规定的二级排放标准。在较长的稳定连 续运 行 时间 内, 工 艺 对 CODCr的平 均 去 除率 为 81. 8,出水 CODCr浓度基本都在 80 mg L 以下 ; 工艺 的硝化效果非常稳定和高效, 整个工艺平均硝化效率 达到 95. 9, 出水 NH3- N 浓度达到国家最新排放标 准一级A 类的水平; AmOn一体化污水处理工艺具有 较高的反硝化效果,TN 平均去除率为 70. 1,平均出 水浓度为20. 1 mg L ,基本达到国家最新排放标准一 级B 类的水平; 由于进水水质和设备的原因 ,工艺并 没有表 现出较强 的除磷效果 , 平 均去除率 仅为 46. 1, 但这为下一步试验研究的重点确立了方向。 AmOn一体化污水处理新工艺还具有较强的耐冲 击负荷能力 ,工艺操作简单易行, 设备运行费用低等 优点 ,具有较好的应用前景。 参考文献 [ 1] 国家环保局, 国家技术监督局. 中华人民共和国国家标准 污水综合排放标准 GB18918 -2002 . 北京 中国环境科学出版 社, 2002. [ 2] 郑兴灿, 李亚新. 污水除磷脱氮技术. 北京 中国建筑工业出版 社, 1998 45 -46. 作者通讯处 张亚雷 200092 上海市四平路 1239 号 同济大学环 境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室 电话 021 65989961 E -mail zylmail. tongji. edu. cn 2005- 07-28 收稿 上接第 11页 水完全可行 , 该工艺解决了化工污水处理厂出水 CODCr和NH3- N 长期不达标的问题。在该污水处理厂 原有微生物系统的基础上 ,成功培育出了水解酸化菌 和硝化菌 。采用水解酸化预处理工艺 , 废水中的 BOD5 CODCr从 0. 2提高到 0. 37, 改善了废水的可生 化性。好氧段 O 段 通过投加生物载体提高了反应 器中生物量,增强了系统运行的稳定性及其冲击负荷 的抵御能力。处理后出水水质达到国家污水综合排 放标准 GB8978-1996 一级指标要求 ,其中 CODCr的 去除率达 85 以上,NH3-N 的去除率达 95以上 。 参考文献 [ 1] 钱汉卿, 左宝昌. 化工水污染防治技术. 北京 中国石化出版社, 2004,264 -267. [ 2] 朱文亭, 颜玲. 污水的水解 酸化 -好氧生物处理工艺. 城市环 境与城市生态, 2000, 13 5 43-48. [ 3] 陈美荣, 高崇峻, 金美娟. 石油化工工业废水处理工艺研究. 环 境保护科学, 2000, 26 97 17. [ 4] 李军, 杨香山, 彭永臻. 微生物与水处理工程. 北京 化学工业出 版社, 2002, 207-433. [ 5] 赵丹, 任南琪, 马放. 生物脱氮微生物学及研究进展. 哈尔滨建 筑大学学报, 2002, 35 5 60. [ 6] 湛汉华, 邢希运, 王化远. 炼油污水A O 生物处理装置的设计与 运行. 炼油设计, 2001, 31 7 58. 作者通讯处 李彤 730060 甘肃省兰州市西固区西固东路 206 号 兰州石化公司污水处理厂 电话 0931 7982871 E -mail litonglzsh. com. cn2005- 09-12 收稿 9 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 TEST OF AmOnINTEGRATIVE BIOREACTOR FOR WASTEWATER TREATMENT Liu Changqing Zhang Yalei Zhao Jianfu et al7 Abstract The bench-scale study on AmOnintegrative process was discussed. The result shows that AmOnintegrative process has high efficiency of removing CODCrand nitrogen, and the concentration of CODCr, NH3-N and TN in effluent reaches the national effluent ernission standard. AmOnintegrative process has widespread prospect for application and high value for further research. But the process has poor efficiency on TP removal, and it will be improved by equipment and technique modification next time. Keywords wastewater treatment, AmOn, integrative bioreactor and N P removal ENGINEERING PRACTICE OF TREATING CHEMICAL WASTEWATER BY THE HYDROLYSIS A O PROCESSLi Tong Yin Ailing Wang Yongqing 10 Abstract Lanzhou Petrochemical Company used the hydrolysisacidificationA O new process to treat chemical wastewater. After treatment, BOD5 CODCrof wastewater wasincreased from 0. 2 to 0 . 37 and the biodegradability of chemicalwastewater was raised. After treating the chemicalwastewater by facultative -aerobic microbes, the CODCrremoval rate was about 85 and NH3-N removal rate was about 85. Keywords chemical wastewater, wastewater treatment, hydrolysis acidification andA O treatment process TREATMENTOFHIGHCONCENTRATIONSLAUGHTERHOUSEWASTEWATERWITH ANAEROBIC UASB AND COAGULATION SEDIMENTATIONGuo Yongfu Chu Jinyu 12 Abstract The process of UASB reactor and coagulation -sedimentation was used to study treatment of high concentration slaughterhouse watewater. With UASB reactor to treat slaughterhouse wastewater, the volume load of CODCrcould reached 6. 8g Ld , and the removal rate of CODCrwas about 93. A certain quantity of poly -ferric sulfate and auxiliary agentMZ was added to the effluent of UASB, the experimental results showed the effluent of slaughterhouse wastewater system could be up to the second order of “ Discharge Standard of Water Pollutants for Meat Processing Industry” GB13457 -92. Keywords slaughterhouse wastewater, UASB, coagulation sedimentation and granular sludge TREATMENT OF WASTE WATER OF EXTRACTING SODIUM AESCINATE Su Hong Zhang Xiaojie Chang Xianbo 15 Abstract There are starch, pigment and pectin in the waste water of extracting sodium aescinate. Sodium aescinate in the extractant is easy to foam and difficult to be reclaimed and treated. The concentration of synthetic waste water was reduced by foam inhibitor YP -1, and was used to treat and recover residual effluent, thus reducing the concentration of the synthetic wastewater. The CODCrof effluent was less than 100 g L, which couldmeet the national discharge standard by three hours treatment of hydrolytic acidification and six hours treatment of aerobic biotreatment. Keywords waste water of sodium aescinate, hydrolytic acidification and treatment of waste water USING OXYGEN -LIMITED ANAEROBIC BIOLOGICAL DESULPHURIZATION PROCESS TO TREAT MOLASSES DISTILLERY WASTEWATERXie Qinglin Li Yawei Li Lifang 17 Abstract The molasses distillery wastewater, one of the typical high -concentration organic watewater with high sulfate, was treated using oxygen -limited anaerobic biological desulphurization process. The sulfate in molasses distillery wastewater was firstly reduced into sulfide by sulfate reducing bacterium SRB. Then, the sulfide ed in the er stage was oxidized biologically into sulfur with colorless sulfur bacterium CSB under oxygen -limited condition, inwhich the sulfide poisonous influence on methanogenesis could be eliminated. The experimental results showed that this process had a remarkable desulphurization effect. Keywords oxygen -limited anaerobic process, sulfate -reducing, biological desulphurization and molasses distillery wastewater DESIGN, DEBUGGINGANDOPERATIONOFSAPONINWASTEWATERTREATMENT PROJECTDanJinfeng Yuan Songhu Liu Lixiang et al 20 Abstract It is introduced the practical engineering of treating saponin wastewater by combination of inner -electrolysis, UASB, anaerobic, aeration and advanced treatment, and the quality of the effluent confirms to the first class of “ Integrated Discharge Standard of Wastewater” GB8978 -1996. The debugging and operation of the system are introduced as well. Keywords inner -electrolysis, UASB, anaerobic, aerobic and saponin wastewater THE ADJUSTED PRACTICE OF OPERATIONAL PARAMETERS OF THREE -TANK OXIDATION DITCH UNDER LOW ORGANIC LOADINGZhou Shuxiang Cao Guoping Sun Jincheng 22 Abstract Because the organic loading of the influent of a wastewater treatment plant on the east outskirts of Tangshan is far below the design 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 4, Aug . , 2006