不同工况耦合生物反应器处理低C_N比生活污水试验.pdf

水 污 染 治 理 不同工况耦合生物反应器 处理低 C N 比生活污水试验 ＊ 李 军 1 张 宁 1 杨海燕 1 李 艺 2 张 韵 2 周 婷 1 1.北京工业大学 北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室, 北京 100022; 2.北京市市政工程设计研究总院, 北京 100035 摘要 在全程好氧工况或低氧厌氧好氧工况下, 采用耦合生物反应器处理低 C N 生活污水和污泥减量的试验结 果表明 在进水 CODCr负荷 0. 80～ 1. 20 kg m3d、NH 4-N 浓度 70～ 90 mg L、TN 浓度 75～ 110 mg L、HRT8 h、温度约 25 ℃条件下, CODCr和 NH4-N 去除率均可达 85和 90以上; 采用低氧厌氧好氧工况较全程好氧工况具有更高的 TN 去除率和更低的污泥产率, 其TN 去除率高达 81. 1, 污泥产率为 0. 065 kg kg。 关键词 耦合生物反应器 低 C N 低氧 污泥减量 ＊北京市基金 8052005 , 国家“863”课题 2003AA601010 , 北京市规 委资助项目 据统计污泥处理的运行费用约为污水处理厂总 运行费用的40 烘干 ～ 65 焚烧 [ 1,2] 。这就使得 目前国内大部分污水厂未对污泥进行稳定处理或处 理工艺的配套设施不完善 。另外, 也使建有完善污泥 处理设施的污水厂 ,因其运行费用高而基本停用, 污 泥的处理 、 处置已成为迫在眉睫的难题。于是 ,人们 去探求有效的污泥减量技术。因此 ,本文基于耦合生 物反应原理 , 探讨了不同工况时厌氧-好氧耦合生物 反应器污水处理与污泥减量的特性 。 1 耦合生物反应理论 当流场中的物体左右产生流速差时 ,如果是理想 流体 ,矢量是一致的, 物体只会在此方向移动。但水 有粘性 ,流速快的一方要向前, 那么物体将向流速慢 的方向回转。这一过程连续进行的结果就是 ,物体向 着流速慢的地方移动和积累。流离所指的就是在流 场中污水里的悬浮物质 有机物、固体物、污泥 由流 速快向流速慢的地方聚集的原理。 基于该原理和多相生物反应原理 ,研究设计、构 建了耦合生物反应器试验装置 。根据前述流离现象, 采用新型多孔微生物载体 ,以提供捕获悬浮颗粒的流 离场和多样微生物生存所需的环境。多孔载体为直 径10 cm 的球形结构, 孔隙率为 0. 6。该载体易挂膜、 生物量大 。混合液流动过程中 ,多孔载体之间相对流 速快 ,而球内阻力大 、 流速慢, 于是水中悬浮物和脱落 生物膜等固形物由水流流速快的地方向流速慢的孔 隙中移动、并在其中聚集。经过多次、长时间的移动 与聚集,从而实现固形物与水的分离 。 依据流离和多相生物反应 ,在废水流动过程中利 用球型多孔载体的特殊结构, 有效截留悬浮物质, 并 形成气、液、固三相和载体内外以及沿程的好氧 、缺 氧、 厌氧的反复多次耦合 ,从而使废水中的有机物和 悬浮固体有机物 包括剩余污泥 得以分解 。试验主 要研究了耦合生物反应器在不同工况下对低 C N 生 活污水中有机物 、 氨氮和总氮的去除情况及相应的污 泥产率。 2 试验 进水取自北京某大学教工生活小区化粪池, C N 约为 3,水质检测结果见表1 ,实验装置见图 1。 表 1 试验水质情况mg L 项目CODCrBOD5NH 4- N 范围200～ 40095～ 21550～ 90 SSTNpH碱度 60～ 15090～ 1107 . 2～ 8. 0320～ 500 图1 试验装置图 反应装置由有机玻璃制成 ,长 120 cm, 宽 25 cm, 高60 cm ,其有效高度50 cm ,总容积 180 L 。采用底部 23 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 进水,推流式运行 , 从多孔载体底部曝气 , 运行稳定 后,填料及生物膜所占容积为 80 L, 有效容积 100 L, 采用微孔管曝气 ,沿程均布 8根曝气管。沿推流方向 在外壁依次设置 7 个取样口 , 依次为 0 布水区 , 1 ,2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 出水 , 高度距反应器底面 30 cm,孔径均为 1 cm 。 3 试验结果及分析 将水力停留时间控制在 8 h, 在进水 CODCr负荷 0. 80～ 1. 20 kg m 3d 、 NH 4-N 浓度 70 ～ 90 mg L 、 TN 浓度 75～ 110 mg L 、 HRT 8 h、 温度约 25 ℃ 条件下相 继采用全程好氧工况和低氧 缺氧 厌氧工况进行 生活污水处理试验 ,其中全程好氧工况下 ,控制不同 曝气运行条件 0. 8 m 3 h ※0. 6 m3 h ※0. 4 m3 h 进行 了3 组实验,而低氧 缺氧厌氧工况则在 0. 25 m 3 h 的曝气条件下运行。 3. 1 全程好氧工况的处理效果 3. 1. 1 不同曝气量时CODCr和 NH 4- N 的去除情况 全程好氧工况3 种曝气量时 0. 8 m 3 h,0. 6m3 h, 0. 4 m 3 h ,对 COD Cr和氨氮均有较佳的去除效果, 平 均去除率均达 85以上 ,且去除率随着曝气量的升 高和降低变化不大。当曝气量 0. 6m 3 h 时 溶解氧约 为3～ 4 mg L , CODCr和氨氮的去除效果最佳 , 进水 CODCr414. 825 mg L、出水 32. 598 mg L , 去除 率达 92; 进水氨氮81. 33 mg L 、 出水0. 45mg L, 去除率达 99,如图 2 所示。 图 2 全程好氧工况下 CODCr和 NH 4-N 的去除情况 3. 1. 2 曝气量 0. 6 m 3 h 时污水各项指标变化情况 曝气量0. 6m 3 h 时污水各项指标沿程变化情况, 见图 3、 图 4。 由图 3 可见, 氨氮和 CODCr沿程逐渐减少, 至 4 点位置降到最低 , 而出水时又升高 。这是由于进 水C N 过低 ,反应器后段缺乏可生物降解有机物, 微 生物发生内源呼吸, 并放出 NH3和 CODCr。从图 4 可 见, 进水TN 107. 5 mg L ,出水 TN 56. 5mg L, 总氮的平 均去除率为 47. 4。4 点 TN 为 53. 7 mg L, 即有 图3 曝气量 0 . 6 m3 h 的污水处理效果 图 4 曝气量 0. 6 m3 h 时各形态氮变化情况 53. 8 mg L 的TN 在反应器前半段被去除,其原因为生 物同化以及 SND等作用 。按照微生物正常生长所需 C∶ N∶ P 计算 [ 3] ,微生物每利用 100 mg L BOD5需消耗 5 mg L 的总氮 , 从进水 ※4 , CODCr414. 815 mg L 降 至 24. 449 mg L , 减少 390. 976 mg L , 按 CODCr值计算 CODCr BOD5 ,需消耗总氮 19. 55 mg L 在实际过程 中,异养菌所消耗的应该比此值要小 ,而实际总氮减 少53. 8 mg L ,也就是说,有 34. 25 mg L 的氮是通过其 它途径去除的。分析这部分总氮消耗的原因 从进水 ※ 4 ※出水, 硝酸盐氮的浓度一路上升 ,而且在反应 器前段 ,水中可降解有机物基本消耗完毕 ,并没有传 统意义上的反硝化反应发生; 对照前半段溶解氧的情 况,在 0～ 3 mg L ,并且 pH 值在 8. 0 ～ 7. 5 之间, 根据 生物膜和多孔载体特殊的结构 ,推测在生物膜的内部 和载体内部有厌氧微环境的产生 ,发生了 SND 同时 硝化反硝化 。近年来对于 SND 的研究表明 [ 4] ,SND 的发生主要是由于厌氧微环境的存在 。4 点之后的 TN ,由于生物膜发生内源呼吸而再度升高。 3. 2 低氧 缺氧 好氧工况的处理效果 根据前一阶段试验的结果 , 在溶解氧过高情况 下,污水中的有机物在反应器前段过早被消耗, 导致 后续碳源不足, 本阶段试验中调整沿程曝气开关, 形 成低氧区 DO 1～ 2 mg L 缺氧区 好氧区 DO 平 均3. 5 mg L 的工况 。进水至 3 为微曝气的低氧区; 6 至出水口曝气为好氧区; 3至 6为非曝气的缺氧 区,缺氧区体积占总体积的43, 试验温度在 28 ℃ 左 右,稳定后考察沿程各项指标的变化及污水处理效 24 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 果。低氧缺氧 好氧工况下沿程各指标变化情况 见图 5、 6。 图 5 低氧缺氧好氧工况时污水处理效果 图 6 低氧缺氧好氧工况时各形态氮变化情况 在1 到 3微曝气的低氧区, 发生了 NO- 2- N 浓 度的积累, 变化情况为0 7. 4 mg L ※ 1 7. 9 mg L ※ 2 8. 1 mg L ※3 8. 3 mg L 。而由于同时硝化 反硝化的作用,NO - 3-N 的浓度从 0 2. 46 mg L ※ 1 2. 45 mg L※2 2. 42 mg L※3 2. 6 mg L , 几乎 没有积累, 有 58的总氮在低氧区被去除。在 3 到 6 的缺氧区 ,NO- 2-N 从 3 的 8. 3 mg L 下降为 6的 2. 1 mg L ; NO - 3-N 从 3 的 2. 6 mg L 升高到2. 9 mg L, 变化幅度不大 。NH 4-N 从3 的 21. 2mg L 下降为6 的3. 2mg L ,TN 从 3 的 32. 3 mg L 下降为10. 3mg L, 有28的TN 在此阶段被去除, 其原因主要为生物同 化以及SND作用。在 6 开始曝气后的好氧区 ,剩余 的氨氮 、亚硝态氮转化成硝态氮, 出水硝态氮为 5. 1 mg L 、 TN 为 10. 2 mg L 。在低氧 缺氧 好氧工 况下,CODCr、氨氮、TN 平均去除率分别为 85、99 和81. 1。 3. 3 全程好氧和低氧 缺氧 好氧工况处理效果的对比 试验中的 2 种工况是通过改变沿程溶解氧的浓 度来实现的,其处理效果的对比见图7 。 如图 7 所示 ,全程好氧和低氧缺氧 好氧工况 下的氨氮去除率均可达到 99, 全程好氧工况下 CODCr的去除率 92 要高于后 1 个工况 85 。值 得注意的是 TOC 的去除情况 ,好氧工况下 TOC 去除 率有 87. 7, 而低氧 缺氧 好氧 工况下 可达 99. 2, 说明在低氧条件下 TOC 更容易被去除 。 图 7 2 种工况下污水处理效果的对比 在 低 氧 缺 氧 好 氧 工 况下 TN 去除 率 81. 1 远大于全程好氧工况 47. 4 , 分析 TN 的 去除主要由 SND 引起 ,其发生的程度就主要取决于 DO 的水平 ,当将 DO 控制在较低水平 ,缺氧环境所占 比例也就相应提高 ,反硝化作用将得到促进 ,在一定 DO 范围内 ,TN 去除率随 DO 降低而升高 。吕锡武等 利用 SBR研究了 DO 对脱氮的影响 ,也得到相同的结 论 [ 5] 。多孔载体可固定微生物,增加体系内微生物的 总量, 载体表面可以聚集生长缓慢的硝化细菌, 达到 硝化的目的 。同时由于氧气在载体内的扩散阻力 ,接 近载体中心的部分处于缺氧状态,造成有利于反硝化 过程的环境 ,促进SND的实现 [ 6] 。 试验结果表明, 低氧 缺氧 好氧工况下污泥产 率 0. 068 kg kg , 低于全程好氧工况下的污泥产率 0. 153 kg kg , 分析原因由于微氧低曝气的条件下, 反 应混和液的紊流强度小易于流离产生,脱落的生物膜 以及 SS 等颗粒物易被多孔载体有效截获。脱落的生 物膜被多孔载体有效截获 , 相当于延长污泥停留时 间,污泥龄越长 ,污泥产率就越小,较长的污泥龄有利 于食物链长的生态系的形成, 进一步减少污泥产率; 脱落的生物膜被载体截获 ,多孔载体中心的部分处于 厌氧状态, 导致污泥分解 、 液化 ,即减少了污泥又提供 了SND作用的碳源 ; 从污泥减量的角度来看 , 不同基 质和溶解氧的浓度梯度分布, 有利于不同生态类型的 微生物在载体内外和生物膜内不同位置形成优势区, 好氧-厌氧微生物的共存 ,有利于不同微生物之间协 同作用的产生, 有效促使剩余污泥原位降解。 4 结论 1 在进水 CODCr负荷 0. 80 ～ 1. 20 kg m 3d 、 NH 4- N 浓度70～ 90 mg L 、 TN 浓度 75～ 110mg L、 HRT 8 h 条件下, CODCr和 NH 4- N 去除率分别达 85和 99 以上, 并且在低氧 缺氧 好氧工况运行时, 耦 合生物反应器取得良好的脱氮效果, TN 去除率可达 81. 1。 下转第 28 页 25 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 从图 4、 图 5 可以看出, 稳定运行出水 CODCr和 NH3- N 的平均浓度均 100 mg L 和 15 mg L , 出水 CODCr、 NH3- N 达到了冶金行业的排放标准。 3. 6 微电解-膜生物反应器组合工艺处理焦化废水 应用微电解-膜生物反应器组合工艺处理焦化废 水的效果见表 4。 表 4 稳定运行 14 d 平均结果 项 目原水微电解出水 去除率 水解、膜生物 反应器 CODCr mgL - 1 2 600～ 3 200 500～ 800～ 75 100 NH3-N mgL- 1200～ 30090～ 150～ 5015 4 结论 1 采用微电解预处理、水解 酸化 膜生物反应 器生化单元组合工艺可有效地处理焦化废水 ,使出水 指标可达到国家冶金行业标准 。 2 试验结果表明 , 应用微电解预处理焦化废水 不仅能有效地去除废水中的污染物 ,而且还能提高废 水的可生化性, 降低废水的毒性, 为后续的水解 酸 化 、膜生物反应器单元处理工艺提供了可行的基础。 3 试验结果表明 ,后续采用传统的水解 酸化 和膜生物反应器单元组合工艺完全满足焦化废水出 水指标。 4 微电解预处理、水解 酸化 膜生物反应器生 化单元组合工艺的适宜参数为 CODCr浓度为2 600～ 3 200 mg L ,进水 pH 为废水出水 pH 值 , 微电解水力 停留时间为 1. 0～ 1. 5 h ,水解 酸化 膜生物反应器水 力停留时间为 12 h。 参考文献 [ 1] 国家环保总局编. 钢铁工业废水治理. 北京 中国环境科学出版 社, 1992 78. 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Keywords urban sewage, oxidation ditch, activated sludge process and comparison APPLICATION OF TREATING DYEING WASTEWATER BY DOUBLE EFFECT COAGULANT- FACULTATIVE HYDROLYSIS -SBRLi Simin Zhang Jiankun Su Chengyuan et al 36 Abstract Dyeing wastewater has high chroma and poor biodegradability , aswell as change inwater flow and quality etc, which is difficult to be treated by microbe. A double effect coagulant-facultative hydrolysis -SBR combined technique was introduced to treat the dyeing wastewater. The running result showed that, it can effectivelly remove the CODCr, BOD5, SS. The quality of the effluent meets the national discharging standard GB4287 -92. Keywords dyeing wastewater, double effect coagulant, facultative hydrolyzation, SBR and shock loading PURIFICATION OF VOLATILE ORGANIC AND ODOR GASES WITH LOW CONCENTRATION BY BIOSun Peishi Wang Jie Wu Xianhua et al 38 Abstract According to subject researches. It is introduced briefly that the basic strains and use conditions of purifying waste gases by bio, aswell as payoffs and uses of strain base, batch production line of strains and preliminary industrial use etc. Keywords purification of waste gas by bio, special strains for gas purification and practical study 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 3, Jun. , 2006