上流式多功能生物反应器的脱氮除磷研究.pdf

上流式多功能生物反应器的脱氮除磷研究 * 齐琪1钱静2张杰1杨殿海1 1. 同济大学环境科学与工程学院， 上海 200092; 2. 合肥市排水管理办公室， 合肥 230001 摘要 以实际污水处理厂沉砂池出水为研究对象， 试验研究了冬季低温条件下 “上流式多功能生物反应器 好氧池 二沉池” 工艺对低碳源南方城市污水的脱氮除磷效果。该生物反应器采用上向流形式， 综合了初沉池、 厌氧池、 缺氧 池的功能。结果表明 新工艺在低温条件下能保持良好的硝化、 反硝化功能， 出水 COD、 TN 和 NH 4- N 可稳定达一级 A 排放标准， 出水 TP 效果可通过增大处理规模、 控制规律排泥进一步提高。 关键词 上流式多功能生物反应器; 低温; 低碳源污水; 脱氮除磷 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201401007 DENITＲIFICATION AND DEPHOSPHOＲIZATION PEＲFOＲMANCE OF AN UPFLOW MULTI- FUNCTION BIOＲEACTOＲ Qi Qi1Qian Jing2Zhang Jie1Yang Dianhai1 1. College of Environmental Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China; 2. Municiple Drainage Management Office of Hefei，Hefei 230001，China AbstractUsing the effluent of settling pond in sewage treatment plant as the research object，the experimental research on denitrification and dephophorization effect of southern city sewage with low corbon- resource by“upflow multi- function bioreactor aerobic tank second settling tank”process in a low temperature． This bioreactor features a upward flow and has the comprehensive function of the primary settling tank，anaerobic tank and anoxic tank． The results showed that the new process can maintain good nitrifying and denitrifying function in a low temperature and the concentration of COD、 TN and NH 4- N in the effluent can steadily meet the requirements of the level A of discharge standard． The effect of TP can be improved by increasing the processing scale and regulating sludge discharge． Keywordsupflow multi- function bioreactor;low tempreture;low carbon source sewage;denitrification and dephosphorizaiton * 国家水体污染控制与治理科技重大专项 巢湖流域城镇污水处理 功能提升及污泥处理 0400240040 。 收稿日期 2013 －07 －27 0引言 近年来， 我国的水环境污染和水体富营养化的问 题日益严重， 而造成这些污染的主要原因即污水氮、 磷 污染， 因此确保良好的脱氮除磷效果已成为城镇污水 处理厂的重要问题。虽然目前生物脱氮除磷工艺层出 不穷， 但生物脱氮除磷技术存在碳源不足、 菌群竞争、 污泥龄难以控制、 低温硝化功能差等诸多问题 ［ 1- 7 ］ ， 致 使污水处理厂很难达到脱氮除磷效果， 这种现象在低 碳源条件和冬季低温条件下表现得尤为突出 ［ 8- 9 ］。我 国城市生活污水的 C/N 一般较低， 氨氮含量相对较 高， 尤其在南方城市， 由于受地域、 生活环境和饮食习 惯的影响， 实际进水 ρ COD 仅 100 ～ 200 mg/L， 而 NH 4 - N 的质量浓度却在 35 mg/L 以上 ［10 ］。 在碳源不足的问题上， 国内外学者做过许多研 究， 在时间或空间上对脱氮除磷工艺进行改造， 寻找 可代替的有机碳源， 或开发新工艺 ［11- 14 ］。这些工艺 在一定程度上解决了脱氮除磷对基质的竞争问题， 提 高了脱氮除磷效果， 但是这些工艺大多以增加反应器 数量、 容积与回流系统为代价， 操作繁琐， 运行管理复 杂。因此， 如何在低碳源条件下提高脱氮除磷效果， 尽可能在不投加外碳源的情况下达到排放标准， 以及 如何在低温条件下保持良好的脱氮效果是目前所需 研究的重要问题。 本文采用新型上流式多功能生物反应器， 与传统 A2/O 工艺比， 简化工艺流程， 旨在更好地利用污水处 52 水污染防治 Water Pollution Control 理系统内的碳源， 对南方城市低碳源污水达到较好的 脱氮除磷效果。 1试验部分 1. 1试验装置及工况介绍 该试验装置由有机玻璃制成， 新型生物反应 器 由上流式多功能生物反应器与好氧池、 二沉池 组成， 工艺流程如图 1 所示。 图 1工艺流程 Fig．1Process flow diagram of the testing system 该工艺流程与传统 A2/O 工艺不同 ［ 15 ］， 二沉池回 流的污泥和好氧池回流的混合液与进水一同从上流式 多功能生物反应器底部进入， 上部流出的混合液依次 经过好氧池、 二沉池出水， 系统排泥通过新型生物反应 器底部排泥。其中上流式多功能生物反应器根据课题 组前期研究成果设计， 采用上向流形式配水， 污泥浓度 由上到下依次增高， 反应 器 底 部 污 泥 浓 度 可 至 12 000 ～15 000 mg/L， 反应器配有搅拌桨及刮泥板， 缓 慢搅拌 2 ～3 r/min ， 有效容积 25 L; 好氧池通过微孔 曝气球供氧， 有效容积36 L; 二沉池采用中进周出式沉 淀池， 配有刮泥板， 有效容积为 12. 3 L。试验进水、 污 泥回流和混合液回流流量均采用蠕动泵控制。 试验工况如下 进水体积流量为 100 L/d， 总水力 停留时间 HＲT 为14 h 不包括二沉池 ， 其中上流式 多功能生物反应器和好氧池HＲT 分别为6 h 和8 h; 污 泥的停留时间 SＲT 在 28 ～32 d， 新型生物反应器内 MLSS 质量浓度在5 000 ～12 000 mg/L 自上而下 ， 好 氧池内 MLSS 质量浓度在 2 000 500mg/L; 污泥回 流体积比为100， 混合液回流体积比为 200。试验 期间不控制环境温度， 具体温度随气温变化 2012 年 12 月2013 年2 月 ， 试验阶段处于上海寒冷期， 温度 在8 ～17 ℃， 进水温度在6 ～15 ℃。 1. 2试验用水及用泥 试验接种污泥取自上海市曲阳污水处理厂的二 沉池回流污泥， 试验进水取自上海市曲阳污水处理厂 的沉砂池出水， 进水水质如表 1 所示。 1. 3分析项目及方法 水质分析项目与方法见表 2。 表 1进水水质特征 Table 1The characteristics of the influentmg/L ρ CODρ BODρ NH 4 - Nρ NO － 3 - Nρ NO － 2 - Nρ TNρ TP 200120350. 590. 07384. 16 表 2水质分析项目与方法 Table 2Parameters and analytical s list 分析项目分析方法 COD美国哈希试剂法 NH 4 - N美国哈希试剂法 NO － 3 - N紫外分光光度法 B NO － 2 - NN- 1- 萘基 - 乙二胺光度法 A TN过硫酸钾氧化紫外分光光度法 TP钼锑抗分光光度法 MLSS、 MLVSS烘干称量法 2试验结果及分析 2. 1COD 去除效果 COD 去除效果见图 2。如图 2 所示 进水 COD 波动较大， 且呈整体下降趋势， 但对 COD 的去除效果 较稳定， 进水 ρ COD 为 208. 37 67. 87mg/L， 出 水为 19. 63 6. 34mg/L， 去除效率稳定在 90. 1 3. 4 ， 表明该工艺对有机物的去除有较强的抗冲 击负荷能力。系统在试验运行期间， 出水 COD 可稳 定达 GB 189182002 中一级 A 标准。 图 2 COD 去除效果 Fig．2COD removal effect of the process 由 COD 延程去除效果 见图 3 可以看出 COD 基本在高浓度多功能生物反应器内去除， 证明进水的 碳源 包括易生物降解与难生物降解碳源 均能在新 型生物反应器内得到有效利用。 同时， 好氧池无需去除 COD， 其功能主要为进行 硝化反应。这样降低了好氧池内异养菌的竞争， 为好 氧池内自养菌， 即硝化细菌提供了良好的环境， 因此， 在保证硝化反应的前提下可适当降低好氧池水力停 留时间和供氧量。 62 环境工程 Environmental Engineering 图 3 COD 延程去除效果 Fig．3COD removal effect of each tank 2. 2N 去除效果及分析 冬季低温条件下， 大部分污水处理厂的硝化功能 下降， 出水氨氮升高 ［16 ］。氨氮总氮去除情况分别见 图 4、 图 5。如图 4 所示 由于进水温度较低 6 ～ 15 ℃ ， 调试阶段出水氨氮浓度偏高， 但运行稳定后 氨氮浓度维持在较低水平＜ 1 mg/L ， 说明经过调 试运行， 系统已培养良好的硝化细菌菌群， 具有较好 的硝化功能， 同时 SＲT 较长也利于硝化细菌的累积。 图 4NH 4 - N 去除效果 Fig．4NH 4 - N removal effect of the process 结合图 4、 图 5 可以看出 调试阶段 TN 偏高主要 是由于氨氮硝化不完全， 待系统运行稳定后， 氨氮硝化 基本完全， 出水 ρ TN 稳定在 15 mg/L 以下且大部分 ＜10 mg/L。对延程出水 TN 及三氮浓度进行分析， 结 果见图6。由图6 可以看出 上流式多功能生物反应器 出水 NO － 3 和 NO － 2 浓度均较低， 说明其反硝化功能良 好。该生物反应器出水后TN 没有太大变化， 好氧池将 NH 4 - N 转化为 NO － 3 - N 和 NO － 2 - N， 硝化功能良好。因 此， 系 统 稳 定 后， 出 水 TN 和 NH 4 - N 可 稳 定 达 GB 189182002 中一级 A 标准。 图 5 TN 去除效果 Fig．5TN removal effect of the process 图 6延程 TN 中三种形态的氮所占比例 Fig．6Proportion of the three s of nitrogen in TN during the process 2. 3P 去除效果及分析 出水 TP 浓度不太稳定， 详见图 7， 这可能是由于 试验装置规模较小， 排泥控制不太规律， 但部分时段 出水 TP 可达 1 mg/L 以下。由于磷可以通过加药化 学除磷去除［17 ］， 所以污水处理厂磷的去除不存在太 大问题， 通常优先考虑 N 的去除。因此该工艺中可 以考虑少量加药除磷来保证磷的出水达标。 图 7 TP 去除效果 Fig．7TP removal effect of the process 72 水污染防治 Water Pollution Control 3结论 该工艺采用“上流式多功能生物反应器 好氧 池” 为主体处理工艺， 在冬季低温条件下 进水温度 6 ～15 ℃ 对相对低碳源的南方城市污水进行处理， 其出水 COD、 TN 和 NH 4 - N 均达较好的处理效果， 可 稳定达一级 A 排放标准。出水 TP 效果不是很理想， 但是通过增大处理规模、 控制规律排泥应能进一步提 高处理效果。 该上流式多功能生物反应器存在着一系列的优 势 1 采用上向流形式， 通过水流进行混合， 大大降 低了传统工艺搅拌所需能量。2 该生物反应器内自 然形成厌氧缺氧等多环境， 接在沉砂池之后， 代替了 初沉池、 厌氧池和缺氧池的功能， 大大简化了工艺流 程。3 反应器内维持较高的污泥浓度， 并且浓度从 上到下逐渐增大， 形成了多个污泥层， 反硝化完全。 4 该工艺增大了排泥浓度， 降低了排泥量， 保持较长 的污泥停留时间， 污泥可在反应器内进行厌氧水解， 更好地利用污水处理系统的内碳源。 参考文献 ［1］沈耀良， 赵丹． 强化 SBＲ 工艺脱氮除磷效果的若干对策［J］． 中国给水排水， 2000， 16 7 23- 25. ［2］Shen Yaoliang， Zhao Dan． Several countermeasures on nitrogen and phosphorus removal with enhanced SBＲ process［ J］ ． China Water ＆ Wastewater， 2000， 16 7 23- 25. ［3］吉芳英， 罗固源， 杨琴， 等． 活性污泥外循环 SBＲ 系统的生物 除磷能力［J］． 中国给水排水， 2002， 18 5 1- 5. ［4］Ji Fangying，Luo Guyuan，Yang Qin，et al． Biological phosphorus removal capability in SBＲ system using external recycle of activated sludge［J］． China Water ＆ Wastewater， 2002， 18 5 1- 5. ［5］万金保， 王建永． 反硝化除磷理论及运用现状［J］ ． 水处理技 术， 2008， 34 3 7- 10. ［6］王涛， 何怡， 郎建， 等． 改良型一体化氧化沟工艺在低碳源条件 下脱氮除磷［J］． 环境工程学报， 2012， 6 5 1489- 1494. ［7］李磊， 王社平， 杨亚红， 等． 氧化沟中试装置低温条件下脱氮除 磷效果分析［J］． 水处理技术， 2012， 11 116- 119. ［8］WangJinbao， WangJianyong．Theoryofdenitrifying dephosphorization and its usage progress［J］． Technology of Water Treatment， 2008， 34 3 7- 10. ［9］彭轶， 彭永臻， 吴昌永， 等． A2/O 工艺中的反硝化除磷［J］． 环 境工程学报， 2008， 2 6 752- 756. ［ 10］侯红娟， 王洪洋， 周琪． 低碳高氮磷城市污水脱氮工艺研究 ［J］． 水处理技术， 2006， 32 11 33- 36. ［ 11］GeShijian，Peng Yongzhen，Wang Shuying，et al．Enhanced nutrient removal in a modified step feed process treating municipal wastewater with different inflow distribution ratios and nutrient ratios［J］． Bioresource Technology， 2010， 101 23 9012- 9019. ［ 12］Zheng Xiong，Tong Juan，Li Hongjing，et al． The investigation of effect of organic carbon sources addition in anaerobic- aerobic low dissolved oxygensequencing batch reactor for nutrients removal from wastewaters［J］． Bioresource Technology， 2009， 100 9 2515- 2520. ［ 13］Moncls H，Sipma J，Ferrero G，et al． Optimization of biological nutrient removal in a pilot plant UCT- MBＲ treating municipal wastewater during start- up［J］． Desalination， 2010， 250 2 592- 597. ［ 14］王建芳， 涂宝华， 陈荣平， 等． 生物脱氮除磷新工艺的研究进展 ［J］． 环境污染治理技术与设备， 2003， 4 9 70- 73. ［ 15］姚晓园． A2/O 工艺强化反硝化除磷控制策略研究［J］． 水处理 技术， 2012， 38 3 87- 90. ［ 16］刘长青， 毕学军， 张峰， 等． 低温对生物脱氮除磷系统影响的试 验研究［J］． 水处理及技术， 2006， 8 18- 22. ［ 17］黄健， 汤利华， 唐玉朝， 等． 化学除磷比值对低碳源污水脱氮除 磷的影响［J］． 中国给水排水， 2012， 28 3 94- 97， 101. 第一作者 齐琪 1988 － ， 女， 硕士， 主要研究方向为污水处理理论与 技术。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 77qiqi tongji． edu． cn 上接第 19 页 ［6］李国培，姜莉英． 毒死蜱废水处理技术［ J］ ． 浙江化工，2004， 35 10 25- 26. ［7］李鱼，刘建林，董国华，等． 催化湿式过氧化物法 CWPO 降 解间硝基苯磺酸钠动力学研究［J］ ． 安全与环境学报，2007， 7 4 31- 34. ［8］唐文伟，曾新平，胡中华． 芬顿试剂和湿式过氧化氢氧化法处 理乳化液废水研究［J］ ． 环境科学学报，2006，26 8 1265- 1270. ［9］Carriazo J，Guelou E，Barrault J，et al． Catalytic wet peroxide oxidation of phenol by pillared clays containing Al- Ce- Fe［J］． Water Ｒesearch， 2005， 39 16 3891- 3899. ［ 10］钱佳燕，王玲，薛建军，等． 超声 － 电凝聚技术处理毒死蜱废 水研究及降解途径分析［J］． 化学工程师， 2012 2 27- 31. ［ 11］塔娜，孙成． 毒死蜱的微波辅助无极汞灯光降解机理研究 ［J］． 环境科学与技术， 2011， 34 1 8- 10. ［ 12］李欲如，梅荣武，沈浙萍，等． 催化氧化预处理及气浮 － 水解 酸化 － 接触氧化工艺处理原料药废水［J］． 环境工程，2010， 28 5 20- 23. ［ 13］吴祖良，谢德援，陆豪，等． 挥发性有机物处理新技术的研究 ［J］． 环境工程， 2012， 30 3 76- 80. 第一作者 杨倩 1987 － ， 女， 硕士。571667498 qq． com 通讯作者 蔡天明 1965 － ， 男， 教授， 主要从事环境微生物与水污染 控制工程研究。ctm njau． edu． cn 82 环境工程 Environmental Engineering