沸石强化A_O同步脱氮除磷工艺的生物-化学除磷研究.pdf

沸石强化 A O 同步脱氮除磷工艺的 生物-化学除磷研究 ＊ 吴志超 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海 200092 成官文 桂林工学院资源与环境工程系, 广西 541004 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海 200092 章非娟 周 军 陈和谦 黄友谊 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海 200092 摘要 沸石强化了生物硝化作用, 但回流的硝酸盐在 A 段抑制了聚磷菌释放磷, 使生物脱氮工艺无除磷效果, 需要化 学除磷。铝盐和铁盐均具有很好的化学除磷效果, 且与投加位置无关。 当按磷与铝的摩尔比 1∶ 1. 5 投加 Al2 SO43 18H2O 时, 磷的去除率在 85以上; 当按磷与铁的摩尔比 1∶ 1 投加 FeSO47H2O 时, 磷的去除率在 80以上; 当在 A 段 投加 20mg L FeSO47H2O 和 30 mg L Al2 SO4 318H2O 混合除磷剂能去除沸石强化 A O 生物脱氮工艺 90左右的磷, 使磷达到出水排放标准。 关键词 化学除磷 A O 脱氮工艺 沸石 中试 ＊863 项目 2003AA601020 和上海市水务局项目支持 1 引言 国内现有城市污水处理厂中有相当一部分没有 脱氮除磷功能。本研究利用沸石粉 ,对城市污水厂初 沉池出水进行了沸石强化生物脱氮中试研究 ,解决了 现有城市污水处理厂冬季低温脱氮效果差、 污泥沉降 性能 不 好 的问 题 [ 1～ 3] 。 在 此 基 础 上, 又 进 行 了 生物-化学协同除磷研究 。 污水除磷技术主要有化学除磷和生物除磷二种。 化学除磷是通过投加化学药剂形成不溶性磷酸盐沉 淀物, 并经过絮凝作用和固液分离等过程 ,而从污水 中除去。生物除磷是指在厌氧条件下, 聚磷菌将体内 储存的高能磷酸键打开释放磷 , 同时产生能量 ,吸收 污水中溶解性小分子有机物合成 PHB, 以维持其生 存; 在好氧条件下,聚磷菌又将体内储存的 PHB 分解 获得能量用于超量吸收污水中溶解性磷而生成聚磷 存储于细胞体内 ,即“好氧吸磷” 。过量吸磷的污泥在 二沉池泥水分离后通过排放污泥而实现除磷 。 2 中试试验条件与方法 2. 1 试验装置 试验研究在上海某污水处理厂进行 。为三组并 联运行的A O 池,单池尺寸 0. 5 m 1. 5 m 8 m ,A 段 设搅拌机 2台 ,O 段设微孔曝气与穿孔管曝气; 二沉 池为竖流式二沉池。 2. 2 工艺运行参数 单池进水流量 Q 1. 2 m 3 h 初沉池出水 ,水力 停留时间 5 h A 段 1. 25 h 、 O 段 3. 75 h , 污泥回流 100,内回流 200, 泥龄 25 ～ 30 d 。池 1 混合液 MLSS 8. 80～ 13. 2 g L 、含沸石 5 ～ 6 g L ; 池 3 混合液 MLSS 6. 6～ 8. 7 g L 、 含沸石 3～ 4 g L。 2. 3 进水水质 试验进水为初沉池出水, pH 6. 7 ～ 7. 2, CODCr 73～ 333 mg L, 氨氮 11. 89 ～ 55. 43 mg L, TP 1. 25 ～ 8. 90 mg L , SS 56 ～ 266 mg L, 水质 24 h 波动范围 较大 。 2. 4 试验材料 沸石为浙江缙云产 180 目天然沸石 。化学除磷 剂为Al2 SO4318H2O 和 FeSO4 12H2O 。 2. 5 试验方法 1 不同化学除磷剂及其不同投加位置对生物- 化学协同除磷的影响研究 本中试研究投加的除磷 剂有 Al2 SO43 18H2O、 FeSO4 12H2O 及其混合盐 ; 投 89 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 加位置为A 段和O 段的起点。试验共进行了A 段投 加铝盐 、 A 段投加亚铁盐 、 O 段投加亚铁盐、 O 段投加 铝盐和 O 段投加混合除磷剂 亚铁盐和铝盐 5 个工 况。并对试验过程中沸石和污泥的 ζ 电位 、 污泥粒径 和SS 含量同步测试。 2 沸石投加对工艺除磷的影响研究 试验通过 设置不投加沸石的对照组 运行参数同含沸石组 ,对 比研究投加沸石对生物除磷的影响 。 3 测定方法见文献[4] 。 3 结果与讨论 3. 1 不同化学除磷剂及其条件位置对生物-化学协 同除磷的影响 3. 1. 1 铝盐除磷 中试O 段铝盐化学除磷结果见图 1。当进水 初 沉出水 平均 TP 为 4. 11 mg L 时 , 投加 61. 2 mg L Al2 SO4318H2O 磷与铝的质量比 1∶ 1. 36 或磷与铝 的摩尔比为1∶ 1. 56 , 池1 、 池 3 出水 TP 分别为 0. 57、 0. 47 mg L , 其 TP 去除率分别为 86. 13和 88. 56。 使出水磷达到出水排放标准。 图 1 铝盐化学除磷效果 3. 1. 2 亚铁盐除磷 A 段投加亚铁盐化学除磷结果见图 2。当进水 初沉出水 平均 TP 为 4. 22 mg L 时 , 投加 30 mg L FeSO4 12H2O 磷与铁的质量比为 1∶ 1. 42 或磷与铁的 摩尔比 1∶ 0. 79 , 池 1 和池 3 出水 TP 分别为 0. 72、 0. 81 mg L , 其 TP 去除率分别为 82. 94和 80. 81。 能去除80以上的磷 。 图 2 A 段亚铁盐化学除磷效果 O 段亚铁盐化学除磷结果见图 3。当进水 初沉 出水 平均 TP 为 3. 03 mg L 时, 投加 30 mg L FeSO4 12H2O 磷与铁的质量比为1∶ 1. 98 或磷与铁的摩尔比 为1∶1. 09 , 池 1 和 池 3 出水 TP 分 别为 0. 47、 0. 59 mg L ,其 TP 去除率分别为 84. 49和 80. 53, 能去除80以上的磷 。 图 3 O 段投加亚铁盐化学除磷效果 上述结果显示 ,对于沸石强化A O 工艺 ,A 段和 O 段投加亚铁盐的除磷效果较为接近; 适当提高铁与 磷的摩尔比或质量比时 O 段投加亚铁盐 ,二沉池出 水磷含量略有降低。 3. 1. 3 投加铝盐和亚铁盐共同除磷 O 段投加铝盐和亚铁盐混合除磷剂除磷结果见 图 4。当进水 初沉出水 平均 TP 为 4. 00 mg L 时, O 段投加20 mg L FeSO412H2O 和30 mg L Al2 SO43 18H2O 混合除磷剂 磷与铁和铝的摩尔比为 1∶ 1. 33 , 池1、池 3出水TP 分别为 0. 34、 1. 61 mg L ,其 TP 去除 率分别为 91. 50和59. 75。池 1与池3 相差 32。 池3 出水磷含量超过 1 mg L ,未能达标。 图 4 O 段投加铝铁混合盐化学除磷 在 A 段进行了铝盐和亚铁盐化学除磷 , 结果见 图5。当进水 初沉出水 平均 TP 为 4. 08 mg L 时 ,池 1、池3 出水TP 分别为 0. 44、 0. 52mg L 磷与铁和铝的 摩尔比为 1∶ 1. 29 , 其 TP 去除率分别为 89. 22 和 87. 00,二池相当 , 且出水磷含量均达到出水排放 标准 。 图 5 A 段投加铝铁混合盐化学除磷 3. 1. 4 分析和讨论 生物-化学除磷通过沉淀反应、凝聚作用、生物- 化学絮凝作用和固液分离 4 个步骤实验。沉淀反应 和凝聚作用均在反应器内同时进行 ,A 段的快速搅拌 和O 段的气体搅拌利于除磷剂与污水 、污泥快速有 效地混合; 由于 A O 生物脱氮工艺的泥龄长 ,投加除 磷剂利于污泥生物絮凝作用的加强 ; 混合液进入二沉 池固液分离 ,实现生物-化学除磷 。 对A 段、 O 段混合液和二沉池出水中的细小菌胶 90 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 团和悬浮颗粒的 ζ 电位测定显示,ζ 电位的分布范围 较宽 ,由于沸石 ζ 电位是负电性的 , 投加沸石后菌胶 团或微生物的 ζ 电位范围可能增加 。当投加金属盐 时,金属离子和其水解产物通过交换氢离子改变菌胶 团和悬浮颗粒表面的荷电性, 或改变胶粒组成和胶粒 结构的电位分布 ,减小胶粒的双电层和改变胶体的ζ 电位,并通过吸附架桥作用而使胶体脱稳、絮凝、沉 降,从而减少二沉池出水 SS ,提高磷的去除效果。投 加除磷剂时 ,池 1 O 段污泥粒径以 70 μ m 的污泥粒径比 例均在 5左右 ; 当投加 60 mg L Al2 SO4318H2O 时,池 1 仍以 10 μ m 为主, 池 3 仍以 10 ～ 30 μ m 为 主,但 10 μ m 泥径的百分比明显降低, 10 ～ 70 μ m 泥 径的比例有所增加; 当投加 30 mg L FeSO412H2O 时 , 污泥泥径分布的趋势没变 ,但 10 μ m 泥径的百分比 降低 , 10 ～ 150 μ m 泥径的比例有所增加; 当投加 45 mg L FeSO412H2O 时, 10 μ m 泥径的百分比继续 降低,30～ 150 μ m 泥径的比例明显增加。说明 ①投 加除磷剂能明显改善污泥的泥径分布; ② 投加铝盐的 污泥泥径较铁盐大 ,但相对松散; 投加亚铁盐的污泥 泥径较铝盐小,但菌胶团十分密实; ③增大除磷剂用 量,能够提高中等泥径污泥的比例, 并对污泥的沉降 性能以及二沉池的运行影响。二沉池出水SS 结果见 附表。二沉池出水 SS 粒径相差显微镜下测量显示, 出水 SS 浓度与进水SS 浓度、投加除磷剂 、 出水 SS 粒 径相关 。投加除磷剂后各工况出水 SS 有所降低, 其 中池 3效果明显。池 1投加沸石含量高, 污泥的 ζ 电 位范围可能增加, 投加相同除磷剂时, 其 ζ 电位变化 没有池 3 明显 ,絮凝沉降性能差 ,所以池 1 出水 SS 粒 径主要在 10～ 30 μ m ,SS 粒径或体积大 ,故出水 SS 稍 高; 而池 3出水SS 粒径主要为 10 μ m ,SS 粒径或体 积小, 故出水SS 低 ; 此外,池 1 固体通量大 ,其在二沉 池中沉淀效果也会受到一定的影响 [ 5] 。 试验结果表明, 在沸石强化 A O 生物脱氮的同 时进行生物-化学协同除磷是可行的。当按磷与金属 盐的摩尔比为 1∶ 0. 79～ 1. 56 投加除磷剂时, 能产生 很好的除磷效果 ,且 O 段略好于A 段 。 附表 沸石强化 A O 同步脱氮除磷工艺不同工况进水、出水 SSmg L 位置 药剂未投药O 段铝盐A 段亚铁盐O 段亚铁盐A 段混合盐O 段混合盐 进 水14583188138217209 出 水 池 1302632283429 池 3201919151516 3. 2 沸石投加对工艺除磷的影响 2003 年10 月 15 日 ～ 2004 年 1 月 3 日在中试装 置中进行了从气温 30～ -4℃条件下的生物除磷测 试,当进水 初沉出水 平均TP 为 3. 18 mg L 时 ,池 1、 池3 出水TP 分别为 3. 02、 3. 14 mg L , 其 TP 去除率分 别为 5. 03、 1. 26,低于未投加沸石组的 7. 86的 去除率,说明沸石投加对生物除磷有影响。 沸石对生物除磷的影响来自 2个方面 。其一 ,沸 石具有负电性。中试使用浙江缙云 180 目沸石粉 ,其 在清水中ζ 电位范围为 - 9. 82～ -27. 22 mV, 平均值 为- 16. 97 mV; 未投加沸石的对比组污泥絮体的ζ 电 位 范 围 为 - 2. 45 ～- 17. 47 mV, 平 均 值 为 - 10. 17 mV。 沸石投加并没有改善污泥的ζ 电位 。沸 石的ζ 电位与污泥同为负电性,投加沸石影响了污泥 的生物絮凝 ,导致出水中细小的悬浮物质增多 ,从而 影响了出水磷含量。其二 ,沸石投加强化了生物硝化 的效果,增加了混合液中硝酸盐和亚硝酸盐含量。硝 酸盐和亚硝酸盐的存在影响了除磷过程磷的释放与 吸收 [ 6,7] 。聚磷菌本身是好氧菌 ,但在A 段 ,只有VFA 等小分子足够多时才能在利用有机物的竞争中成为 优势菌群。反硝化菌与聚磷菌竞争易降解的 VFA 等 有机质 ,从而抑制和破坏了磷的释放; 过量的硝酸盐 在耗尽VFA 等小分子后仍然存在 , 在缺氧条件下能 被聚磷菌作为电子受体进行吸收磷的反应 。硝酸盐 在A 段的大量存在抑制了聚磷菌磷的释放, 从而影 响随后好氧条件下聚磷菌对磷的吸收和除磷效果 。 4 结论 1 由于硝酸盐在A 段大量存在, 反硝化菌与聚 磷菌竞争易降解的 VFA 等有机质 , 从而抑制了磷的 释放 ,对生物除磷有一定影响 。 2 铝盐和铁盐均具有很好的化学除磷效果, 能 保证二沉池出水 TP 1 mg L。当按磷与铝的摩尔比 1∶ 1. 5 投加 Al2 SO4318H2O 时 , 磷的去除率在 85 以上 ; 当按磷与铁的摩尔比1∶ 1投加FeSO412H2O 91 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 时,磷的去除率在 80以上 。硫酸亚铁的投加量少, 除磷效果好,易作为协同除磷工艺的絮凝沉淀剂。 3 铝盐和亚铁盐共同化学除磷兼顾了二者的优 点,克服了二者的不足 ,除磷效果好 。当在 A 段投加 20 mg L FeSO412H2O 和 30 mg L Al2 SO4 3 18H2O 混 合除磷剂能去除沸石强化 A O 生物脱氮工艺 90左 右的磷,使出水磷达到出水排放标准。建议本工艺采 用铝盐和亚铁盐共同化学除磷 。 参考文献 1 成官文. 沸石强化A O 生物脱氮同步化学除磷研究. 同济大学博 士论文, 2004. 2 成官文, 吴志超, 章非娟, 周军. 化学除磷对沸石强化 A O 生物脱氮 工艺中试运行的影响研究. 中国给水排水, 2003. 19 13 17～ 20. 3 成官文, 吴志超等. 沸石强化A O 生物脱氮和同步化学除磷工艺的 污泥处理处置研究. 环境工程, 2005. 3. 4 国家环保局. 水和废水监测分析方法 第 3 版 . 北京 中国环境科 学出版社, 1989. 5 成官文, 吴志超等. 沸石强化A O 生物脱氮工艺的含沸石污泥特性 研究. 中国给水排水,2005. 8. 6 华光辉, 张波. 城市污水生物除磷脱氮工艺中的矛盾关系及对策. 给水排水, 2000. 26 12 1～ 4. 7 邹华,阮文权, 陈坚. 硝酸盐在除磷脱氮中的作用. 食品与生物技 术, 2002. 21 1 10～ 14. 作者通讯处 成官文 541004 广西桂林工学院资环系 电话 0773 5896362 2004- 10-12 收稿 等截面扩散器上升管流量不均匀分配研究 黄菊文 李光明 韦鹤平 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海 200092 摘要 阐述了上海市污水治理二期工程白龙港排放口水域的特殊条件, 通过局部和整体模型试验, 研究三通、喷头局 部参数等对喷头阻力系数的影响。 试验结果表明, 控制三通及各上升管的局部阻力系数, 可以实现上升管流量不均匀 分配。 关键词 上升管 喷头 阻力系数 模型试验 流量分析 1 引言 上海市污水治理二期工程是我国迄今为止规模 最大的污水处理工程。该工程利用管径4 200 mm 放 流管将170 万m 3 d 污水引入离新坝 660. 473 m ,通过 202. 5 m 长扩散管潜没多孔排入长江口白龙港水域。 白龙港排放口水域具有与其他排海 江 工程不尽相 同的特殊条件 即 1 污水量大, 工程设计旱流污水量 为170 万 m 3 d; 2 水深很浅 ,江床坡度陡 , 近岸边第 一根上升管喷口在最低水位情况下淹没水深仅为 2. 7 m 左右 见图 1 ; 3 含盐度低; 4 白龙港下游水 域建有浦东国际机场 ,环境景观尤为重要; 5 排放口 水域是上海航运河道 ; 扩散器长度只能取 200 m 左 右。在白龙港排放口位置、放流管长度 、扩散器长度 及水深 、 水文等外界环境条件都已确定的条件下, 为 了充分利用排放口的水流条件 , 提高近区稀释度, 须 恰当分配各上升管污水量 。 图 1 原方案扩散器布置示意图 2 模型设计 2. 1 模型比尺 为了保证流态的相似, 综合各种因素 ,本试验取 LrHr 50,模型按佛汝德相似准则设计 [ 1] , 模型各 参数比尺为 VrL 1 2 r7. 07, QrL 5 2 r 17 668, Tr L 1 2 r 7. 07, nrL 1 6 r 1. 92。 2. 2 模型材料 92 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 systematical discharging and unsystmatically flying dust. At last, the measures of integrated control of air pollution is put forward which aimed at environmental problems. Keywords energy heavy industry area, atmospheric environmental capacity , atmospheric environmental management and Longmen STUDY ON SILICON REMOVAL IN HEAVY OIL WASTEWATER RECOVERY FOR THERMAL BOILERSQiu Zhan et al 83 Abstract The heavy oil wastewater from Hongqian oilfield was treated by a conventional technology using compounds of calcium or magnesium and enhanced coagulation to remove silicon at high temperature above 70 ℃. The results showed thatsilicon dioxide in the treated effluent from the two processes can both meet the requirement of feed water quality for thermal boilers, but enhanced coaglation process was more feasible than other processes in terms of economical efficiency analysis. Keywords heavy oil wastewater, thermal boilers, reuse and silicon removal GREENDESIGN OF SUSPENDED PACKING FOR TREATING WATER ENVIRONMENT Jiang Fan et al 86 Abstract In this paper, the green design and optimizaiton design are integrated, and it is applied to designing of suspended packing. The optimization model of suspended packing based on green design is established, so it satisfied an aim of its physics and environment. A new development plat including function, structure, machinability, working status analysis, technology, and so on, is applied to designing of suspended packing, which realizes integration of CAD, CAM, CAE, and CAPP. This design reduces the pollution and waste, because it removed the trial-manufacture after product design. Keywords green design, suspended packing, optimization model, environment influence and integration of CAD, CAM, CAE, and CAPP A FULL-SCALE STUDY ON PHOSPHORUS REMOVAL FROM BIOLOGICAL A O PROCESS ENHANCED BY ZEOLITEWu Zhichao et al 89 Abstract In a full-scale test, nitrate of returning mixed -flow from aerobic tank is increased as zeolite enhances biological nitrification, it restrains poly -phosphate organisms to release phosphorus andmakes A O nitrogen removal process little effect of phosphorus removal. A O nitrogen removal processwants chemical phosphorus removal. Aluminum sulfate and ferrous sulfate have a good effect of phosphorus removal, and the effect is nothing to do with the position of throwing chemical flocculant. After throwing in Al2 SO4318H2O with TP∶ Al mol1∶ 1. 5, the rate of phosphorus removal ismore than 85. After throwing in FeSO47H2O with TP∶ Fe mol1∶ 1, the rate of phosphorus removal is more than 80. And after throwing in 30 mg L Al2 SO4318H2O and 20mg L FeSO47H2O in a tank, the rate of phosphorus removal is about 90. Keywords chemical phosphorus removal, A O nitrogen removal process, zeolite and pilot scale test STUDY ON FLOW NON -UNI DISTRIBUTION OF RISING TUBES FOR CONSTANT- SECTION DIFFUSERHuang Juwen et al 92 Abstract The specical environemntal condition of Bailong Gang Outfall of Shanghai Sewage Projectphase -Ⅱ the largest sewage project in China so far is presented. Through physical model experiments, the T -junction and nozzle s effect on coefficient of spray nozzles was studied. The test results show that by controlling the T -junction and riser tube s resistance coefficients, the unbalanced riser flow distribution has been achieved. Keywords rising tube, spray nozzle, resistance coefficient, model test and flow distribution INFLUENCE ON PHOSPHOR REMOVAL AND IMPROVEMENT ON TRIPLE OXIDATION DITCH SYSTEMYang Weihua et al 96 Abstract In order to know why the triple oxidation ditch system has so low phosphor removal efficiency, a full -scale experiment on triple oxidation ditch in Handan is carried out. When the side ditch is in denitrification, the environment is not strict anaerobic and the style of discharging sludge in middle ditch is unsuitable to phosphor removal. The time of sendimentation is too long to keep the phosphor in activated sludge and the return of supernatant of sludge thickener is also disadvantage to phosphor removal. All of these are effects on phosphor removal in triple oxidation ditch system. We change the style of discharging sludge from middle ditch to side ditch and put forward a new manner of nitrogen and phosphor removal as improvement. Keywords triple oxidation ditch, biodephosphoration and eutrophication Sponsor Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group Publisher Industrial Construction Magazine Agency Editor The Editorial Department of Environmental Engineering 33, Xitucheng Road, Haidian District , Beijing 100088, China Telephone 01082227637、82227638 Fax 01082227637 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P . O. Box 399, Beijing China Journalistic Code ISSN1000-8942 CN11-2097 X E-mail Addresshjgc mail . yj. cn. net hjgc hjgc. com. cn WWW Addresshttp www. hjgc. com. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 4, Aug . , 2005