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较高负荷条件下活性污泥-生物膜联合系统对氮磷的去除 ＊ 董 滨 周增炎 高廷耀 同济大学环境科学与工程学院, 上海 200092 摘要 中试试验条件下, 考察了较高的有机负荷对活性污泥-悬浮载体生物膜联合系统对氮磷去除效果的影响。 试验 表明, 水温为 20～ 33℃时, 在联合系统污泥龄为 4～ 9 d, 有机负荷达到 0. 18～ 0. 55 kg kgd 条件下, 对磷的去除效果稳 定在 90左右, 氨氮的去除率达到 80以上, 出水总氮平均为 11 mg L, 达到城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 -2002 中一级排放标准。 同时, 试验过程中也发现了联合系统的好氧池中存在明显的同步硝化反硝化现象, 并初步分析了其原因与影响因素。 关键词 城市污水处理 脱氮除磷 悬浮载体 活性污泥法 ＊国家科技成果重点推广计划项目 2001080203 生物脱氮除磷过程是由有机碳的氧化, 硝化, 反 硝化 ,厌氧释磷和好氧吸磷等一系列重要的生化过程 组成的 ,每一种过程中起作用的微生物种类不同, 对 系统条件的要求也不同。BOD5污泥负荷是指导活性 污泥法脱氮除磷工艺的一个重要参数, 一般以脱氮为 主要目标时宜采用 0. 03 ～ 0. 12 kg kgd, 以除磷为主 要目标时宜采用 0. 08～ 0. 4 kg kgd,同时兼顾脱氮除 磷要求时 ,宜采用 0. 08～ 0. 12 kg kgd [ 1] 。目前我国 许多采用较高污泥负荷的普通活性污泥法污水厂面 临着进行脱氮除磷功能改造的任务 [ 2] , 还有一些多年 前建成的具有脱氮除磷功能的污水厂由于进水量的 逐年增加 ,其污泥负荷也超出了所要求的最佳范围, 影响了脱氮除磷的效果 [ 3] 。针对这一问题 ,考察了活 性污泥-悬浮载体生物膜系统在明显高于最佳负荷条 件下的脱氮除磷效果 ,以寻求一种改造和强化污水厂 氮磷去除功能的有效方法 。 1 试验概况 中试试验研究在上海市某污水处理厂进行,废水 来源是该地区的城市污水 ,该厂生化反应池进水水质 见表 1。 表 1 生化反应池进水水质mg L 项目BOD5CODCrSSNH3-NTNTP 生化反应池进水200 ～ 300 320～ 430 100～ 25025～ 4535～ 608～ 14 1. 1 载体 生物载体采用聚丙烯材料制成, 呈 100 mm 球 形, 由 翼 板 和 环 构 成。 该 种 载 体 比 表 面 积 为 100 m 2 m3 ,孔隙率 90, 密度略小于水, 曝气时可 以在曝气池内均匀流化, 停气时可以浮于水面, 因此 对布水与布气设备无特殊要求 ,操作管理方便 。 1. 2 工艺流程 中试试验工艺流程见图 1。 进水取自该厂曝气沉砂池出水 ,经溢流水箱后用 阀门控制反应器的进水量。生化反应池的有效容积 为20 m 3 5 m1 m 4 m , 由相同的 4 格串联组成。 其中前2 格分别为缺氧池和厌氧池, 采用倒置方式运 行 [ 4] ,后 2 格为好氧池 , 采用穿孔管曝气并投加悬浮 载体 ,载体的投配率为 35。 图 1 中试试验工艺流程图 2 试验结果及讨论 生化反应池总水力停留时间为 8 h 好氧停留时 间4 h , 系统的污泥龄通过混合液的排除控制为 4～ 9 d,试验考察了较高的污泥负荷对氮磷去除效果的 影响 ,并对好氧池中总氮的去除进行了初步的研究。 实验稳定运行 6 个月时间, 工艺运行参数见表 2。 在运行期间,生化反应池出水的BOD5、 CODCr和SS 出水均可稳定的达到一级排放标准,故不作为研究重 点考核指标。不同污泥负荷对氮磷的去除见表 3。 18 环 境 工 程 2005年 10 月第 23卷第 5 期 表 2 运行参数 进水量 m3d- 1 回流比 水温 ℃ DO mgL- 1 缺氧厌氧好氧 泥龄 d 污泥负荷 kg kgd - 1 HRT h 生物量 mgL- 1 MLSS生物膜 60100～ 20020～ 330. 30 . 11～ 44～ 90. 15～ 0 . 4782 900～ 4 000500～ 625 注 生物膜的生物量为折算到整个生化反应池所得的数据。 表 3 污泥负荷对氮磷去除效果的影响 测试 第 次 NH3-N mgL- 1 进水出水 去除 率 TN mgL- 1 进水出水 去除 率 TP mgL- 1 进水出水 去除 率 BOD5污泥负荷 kg kgd -1 132. 82. 492. 743 . 410. 376. 312. 21. 488 . 50. 15 333. 11. 396. 142 . 19 . 278. 110. 50. 595 . 20. 16 529. 113. 553. 635 . 420. 043. 513. 52. 780 . 00. 20 734. 39. 173. 533 . 517. 348. 413. 11. 191 . 60. 18 935. 40. 897. 745 . 77 . 583. 69. 10. 693 . 40. 28 1130. 55. 183. 350 . 314. 172. 09. 00. 297 . 80. 24 1334. 83. 191. 139 . 27 . 082. 110. 60. 496 . 20. 22 1529. 23. 089. 737 . 011. 568. 97. 51. 086 . 70. 45 1746. 54. 490. 559 . 28 . 985. 011. 81. 587 . 30. 47 1936. 76. 482. 644 . 711. 973. 48. 60. 989 . 50. 28 平均33. 03. 385. 342 . 111. 073. 810. 41. 090 . 70. 27 注 污染物进水值为中试设备的初沉池出水, 根据工艺的运行情况, 取样间隔一般为 3～ 10 d。 2. 1 氮磷的处理效果 由表 3 可以看出 ,按总生物量计算的污泥有机负 荷为 0. 15～ 0. 47 kg kgd ,明显超过了常规活性污泥 法硝化要求负荷低于 0. 15 kg kgd 的阈值, 在这种负 荷条件下硝化菌在活性污泥中难以良好的生长 [ 4] 。 而悬浮载体在好氧池内流化, 使载体表面的生物膜始 终保持好氧状态 ,并不断得到更新 ; 此外 ,经过前面缺 氧池与厌氧池的处理, 好氧池内的有机物浓度比较 低,有利于硝化菌的生长 ,从而硝化菌在载体表面的 生长获得了竞争优势 [ 5] 。试验结果也说明了大量的 硝化菌富集在载体的生物膜中 ,强化了工艺对氨氮的 去除 ,并使活性污泥系统和生物膜系统在功能上进行 了合理的分工。 由于采用厌氧 缺氧倒置的工艺布置, 使污泥回 流中所携带的硝酸盐先经反硝化去除后再进入厌氧 段,避免了硝酸盐对厌氧池的干扰。因此虽然进水 TP 较高, 系统对 TP 的去除率达到 90左右 , 出水基 本可以达到一级标准的要求 。工艺对 TN 的去除率 平均可以达到 73. 8, 由表 2, 系统总的回流比控制 为100～ 200,较常规 AAO 工艺低 [ 6] , 根据传统的 工艺脱氮效率计算, 这种条件下 TN 的去除率只能达 到50～ 67。可见 TN 的实际去除率高于理论分 析值 ,研究发现, 原因在于联合系统的好氧池对 TN 亦有明显的去除 。 2. 2 好氧池对总氮的去除分析 在好氧池内取样分析期间 , 污泥回流比控制为 150,好氧池内的溶解氧及生物量分布情况见表 4, 好氧池对 TN 的去除情况见表 5。 表 4 好氧池内溶解氧与生物量的分布 1好氧池2好氧池 DO mgL- 1 生物浓度 mgL- 1 MLSS生物膜总计 DO mgL- 1 生物浓度 mgL- 1 MLSS生物膜总计 1 . 53 2009504 1502. 13 2001 2504 450 注 表 4 数据为多次测试平均值, 生物膜的浓度系指将生物膜的量折 算到所处的好氧池中的浓度。 由表 5,可以看出好氧池对 TN 的削减率平均可 以达到 46. 8, 这主要与好氧池内较高的污泥浓度 有关, 在系统溶解氧不太高的情况下, 活性污泥与生 物膜的内部都有可能存在着缺氧的微环境,从而有助 于同步硝化反硝化现象的发生 [ 7] 。试验同时观察到 1 好氧池对 TN 的削减率平均为 16. 4, 明显低于 2 好氧池 30. 4的 TN 削减率。1好氧池内 DO 平 均为 1. 5 mg L ,低于 2 好氧池,原因主要是大量的有 19 环 境 工 程 2005年 10 月第 23卷第 5 期 机物的降解过程发生在这里, 因此 1 好氧池主要以 有机物的去除和好氧吸磷过程为主 ,硝化作用并不明 显。硝化主要是在 2 好氧池内进行的, 所产生的大 量硝态氮为同步硝化反硝化创造了条件; 而 2 好氧 池总生物浓度达到4 450 mg L, 高于 1 好氧池 ,DO 值 平均控制在 2. 1 mg L ,在这种条件下, 活性污泥的絮 体内部以及生物膜的内部存在着的缺氧微环境促进 了硝态氮在好氧池内的去除。 表 5 好氧池内 TN的去除 测试 第 次 TN 总进水 mgL- 1 好氧池 进水 mgL- 1 1 好氧池 mgL- 1 1池 TN削减 率 2 好氧池 mgL- 1 2池 TN 削减 率 TN 总 削减率 142. 116 . 513 . 120 . 38 . 924 . 945 . 2 238. 518 . 715 . 024 . 011 . 920 . 144 . 1 335. 427 . 324 . 519 . 821 . 719 . 839 . 6 441. 921 . 619 . 212 . 512 . 341 . 353 . 8 533. 519 . 517 . 018 . 714 . 022 . 441 . 1 641. 019 . 618 . 09 . 811 . 340 . 850 . 6 745. 718 . 415 . 416 . 510 . 129 . 045 . 5 平均39. 720 . 217 . 517 . 012 . 929 . 046 . 0 注 好氧池进水来自工艺的厌氧池, 根据工艺的运行情况, 取样间隔一 般为 3～ 10 d。 3 结论 对活性污泥-生物膜联合系统进行的中试试验研 究表明 1 在 0. 18～ 0. 55 kg kgd 较高的污泥负荷条件 下时 ,联合工艺对氮 、 磷均能够达到良好的去除效果, 生化反应池出水能够达到城镇污水处理厂污染物排 放标准GB18918- 2002 中一级标准。 2 在较高的污泥负荷条件下, 悬浮态活性污泥 中硝化菌难以获得优势增长, 但好氧环境和好氧池末 端较低的有机物浓度有利于硝化菌在载体表面的优 势生长并发挥其活性 ,因此活性污泥与生物膜中微生 物的优势菌种分布是不同的。这种情况下工艺设计 不宜采用传统的有机负荷作为指导工艺运行的关键 参数 。在相同的好氧环境中, 生物膜中硝化菌的数量 正比于载体所能提供的有效表面积 ,因此硝化按照氨 氮的载体面积负荷 gNH3-N m 2 载体d 计算更为合 理,而生物除磷及反硝化仍可按照污泥有机负荷进行 计算 。 3 试验发现 ,利用联合系统较高的污泥浓度 ,并 控制合理的溶解氧值有利于好氧池内同步硝化反硝 化的发生, 不仅降低出水 TN,而且也可以降低工艺所 需的硝化液回流量, 节省能耗 。 4 联合工艺好氧池水力停留时间只有4 h,少于 我国目前许多传统活性污泥法的城市污水厂生化反 应池停留时间, 从而为这些城市污水厂增加脱氮除磷 功能提供了可能 。 因此, 活性污泥-悬浮载体联合工艺在较高污泥 负荷条件下的氮磷去除效果说明,该技术是强化污水 厂脱氮除磷功能的有效方法。 参考文献 1 上海市政工程设计研究院. 城市污水生物脱氮除磷处理设计规程. 北京 中国计划出版社, 2003. 2 高廷耀, 周增炎. 简易改造城市污水厂的脱氮除磷新工艺. 同济大 学学报, 2000. 28 3 324～ 327. 3 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. 4 Syed R. Qasim and Kriengsak Udomsinrot. Biological Nutrient Removal In Anoxic -Anaerobic -Aerobic Treatment Process. Intern. J. Environmental studies, 1987. 30 257～ 270. 5 刘雨, 赵庆良, 郑兴灿编著. 生物膜法污水处理技术. 北京 中国建 筑工业出版社,2000. 6 张波, 高廷耀. 倒置A2 O 工艺的原理与特点研究. 中国给水排水, 2000. 16 7 11～ 15. 7 Robertson L A, Van Niel E W J, et al . Simultaneous Nitrification and Denitrification Aerobic Chemostat Cultures of Thiosphaera Pantotropha. Applied Environmental Microbiology, 1998. 54 1 2812～ 2818. 作者通讯处 董滨 200092 上海市密云路 588 号 城市污染控制国 家工程研究中心 303 室 电话 021 65980872 E -mail tj-dongbin163. com 2004- 12-14 收稿 20 环 境 工 程 2005年 10 月第 23卷第 5 期 ANALYSIS OF KINETIC CHARACTERISTICS OF TREATING LOW CONCENTRATION NH3-N BY SUSPENDED PACKING BIOREACTORRao Yingfu et al7 Abstract The concentrations of NH3-N and CODCrinmunicipalwastewater are 10～ 15mg L and 40～ 60 mg L respectively after enhanced primary treatment, for which the advanced treatment is done by a suspended packing bed. The relationship between the loading of the suspended packing and the relation of the nitrification rate to NH3-N concentration is also simulated. The results show that whenNH3-N concentration of mixed solution is 0. 5～ 2. 1 mg L in the bed the nitrification reaction is the half- order kinetics, whose rate constant k1 ⒊is 0. 48 g m 0. 5 d. But if NH 3-N concentration exceeds 2. 1 mg L the nitrification follows zero -order kinetics andτ maxis 0. 71 g m 2d. The calculated values agree basically with those of actual operation. Keywords suspended packing bed, NH3-N, nitrification and kinetics TREATMENT OF WASTEWATER FROM PRODUCING CORN ETHANOL WITH PROCESS OF UASB -CASS -CONTACT OXIDATIONZhang Yi et al 10 Abstract It is introduced an engineering use of treating wastewater from producing corn ethanol by the process of UASB -CASS-contact oxidation. The actual operation shows that when CODCr, BOD5and SS of the wastewater are controlled within 8 000 mg L, 3 200 mg L and 1 500mg L respectively after its treatment by this process, the effluent can meet the first -order of “ Integrated Wastewater Discharge Standard” GB8978 -1996. Meanwhile it is also exploredthat the ways to use the sludge and methane during the treatment of the wastewater, which provides experience in solving the problem of secondary pollution. Keywords wastewater of corn ethanol, UASB, CASS, contact oxidation and emission up to standard STUDY ON THE TREATMENT OF EMULSIFIED OILY WASTEWATER WITH ELECTRO- COAGULATIONWu Keming et al 13 Abstract The technology of electro -coagulation for treating emulsified oily wastewater was studied. The effects of pH value. the density of electric current, the time of reaction, the dosage of NaCl and the distance of the board on electro -coagulationwere investigated by experiments. The electro -coagulationwas compared with other chemical treatments. The results are satisfactory. Keywords electro -coagulation, emulsified wastewater andwastewater treatment DESIGNAND OPERATION OF BIOLOGICAL CONTACT OXIDATION PROCESS FOR AQUATIC PRODUCTS PROCESSING WASTEWATERMiao Qun et al 15 Abstract Biological contact oxidation process is designed to treat aquatic products processing wastewater. The quantity of influent is 400 m3 d and the influent quality of CODCris 728～ 1 176mg L. The effluent CODCrand removal rate of CODCrare 92～ 140 mg L and 85. 2～ 93. 3 respectively since the system runsstably . The effluent quality can meetthe second class discharging standard ofGB8978-1996. Less amount of the residual sludge is produced and excess sludge was treated only once during the operation of one year. The treatment cost of the wastewater is 0. 92 yuan R MB m3. Keywords aquatic products processing wastewater, biological contact oxidation process, residual sludge and designing running INFLUENCE OF HIGH ORGANIC LOAD ON NITROGEN AND PHOSPHORUS REMOVAL IN A ACTIVATED SLUDGE-BIOFILM COMBINED SYSTEMDong Bin et al 18 Abstract The influence of high organic load on nitrogen and phosphorus removal by activated sludge -biofilm combined system was studied in a pilot-scale reactor. Sludge retention time of the combined systemwas controlledbetween 4～ 9d, temperature was 20～ 33℃, and organic load of the system was between 0. 18～ 0. 55 kg BOD5 kg MLSS. d in the half -year study.Efficient nutrient removal was achieved, TP removal rate could be up to 90, and NH3-N removal rate could be more than 80, the effluent TN was about 11 mg L in average. At the same time, simultaneous nitrification and denitrification was observed in aerobic tanks, the cause and influence factorswere analyzed. Keywords municipal wastewater treatment, nitrogen phosphorus removal, suspended carrier and activated sludge process THE PILOT SCALE TEST OF TREATING COKE -PLANT WASTEWATER BY A2O PROCESS WITH THROWING BACTERIALi Handong et al 21 Abstract To find a treatment to biodegrade the coke -plant wastewater without dilution, it is conducted a pilot scale test of treating coke - plantwastewater by A2O process with throwing bacteria in Shijiazhuang Coke Chemical Group. By GC -MS analysis several refractory organic substances are slected which have a high concentration in coke -plant wastewater, and preponderant bacteria are cultured with those organisms as the only source of carbon respectively. After obtaining the preponderant bacteria, mixing and throwing them to the aerobic phase of the A2O process. During the test of six months, system perance is stable and can endure a certain extent impaction. The avergae removal rate for CODCrand NH3-N can reach 94. 2, 85. 6 respectively for the system treating the coke -plant wastewater without dilution. Keywords coke -plantwastewater, bacteria -throwing and A2O process 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23, No. 5,Oct. , 2005