缺氧區(qū) 好氧區(qū)容積比對(duì)A2O工藝反硝化除磷的影響

1、缺氧區(qū)、好氧區(qū)容積比對(duì)A2/O工藝反硝化除磷的影響曹雪梅1,彭永臻1, 2,王淑瑩2(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱150090; 2.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院,北京100022)摘要:反硝化除磷菌可以在碳源不足的條件下,通過(guò)“一碳兩用”的方式同時(shí)實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮和吸磷過(guò)程,有研究表明,A2/O工藝中存在反硝化除磷現(xiàn)象。為此以啤酒廢水為處理對(duì)象,研究了缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比對(duì)A2/O工藝反硝化除磷的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,在缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比分別為0. 33、0. 48、0. 60的條件下,A2/O系統(tǒng)對(duì)總氮的平均去除率分別為68. 04%、79. 64%和85. 70%,對(duì)

2、總磷的平均去除率分別為85. 38%、90. 80%和96. 84%,對(duì)COD的去除率均在90%以上。此外,如果繼續(xù)增大缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比,應(yīng)適當(dāng)調(diào)整內(nèi)循環(huán)比,否則會(huì)由于缺氧區(qū)硝酸鹽濃度不夠而發(fā)生二次釋磷現(xiàn)象。基金項(xiàng)目:國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863)項(xiàng)目(2003AA601010);國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(50138010)關(guān)鍵詞:A2/O工藝;反硝化除磷;容積比;啤酒廢水中圖分類(lèi)號(hào): X703. 1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào):1000-4602(2007)03-0027-04Influence ofVolume Ratio ofAnoxic Zone to Aerobic Zone

3、onDenitrifying PhosphorusRemoval in A2/O ProcessCAO Xue-mei1,PENG Yong-zhen1, 2,WANG Shu-ying2(1. School ofMunicipalandEnvironmentalEngineering, Harbin Institute ofTechnology, Harbin150090, China;2. School ofEnvironmentalandEnergyEngineering, Beijing University ofTechnology, Beijing100022, China)Abs

4、tract:Under the condition of insufficientcarbon source, denitrifying phosphorus removalbac-teria can utilize nitrate as the electron acceptor to take up phosphorus by single carbon source. It is con-firmed that denitrifying phosphorus removal bacteria exist in A2/O process. Therefore, the influence

5、ofthe volume ratios of anoxic zone to aerobic zone on denitrifying phosphorus removal in theA2/O processfor treating brewerywastewaterwas studied. The results show thatwhen the volume ratios of anoxic zoneto aerobic zone are 0. 33, 0. 48 and 0. 60, the resulting average total nitrogen removal effici

6、encies are68. 04%, 79. 64% and 85. 70%, the average phosphorus removal efficiencies are 85. 38%, 90. 80%and 96. 84%, respectively. Also, the average COD removal efficiencies under the three ratios are allhigher than 90%. Therefore, when the volume ratios of anoxic zone to aerobic zone continue to be

7、 in-creased, internal recirculation ratio shall be adjusted, otherwise the nitrate concentration will not be e-nough in anoxic zone and phosphoruswillbe released again.Key words:A2/O process;denitrifying phosphorus remova;lvolume ratio;brewerywastewater我國(guó)正面臨著嚴(yán)重的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題,為有效控制水體富營(yíng)養(yǎng)化,迫切需要提高城市污水處理廠的脫氮除

8、磷效率。A2/O脫氮除磷工藝,因能同時(shí)去除有機(jī)物、氮、磷且處理成本較低而得到廣泛應(yīng)用,但其存在基質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)、泥齡矛盾、總氮去除率難于提高等弊端。而反硝化除磷菌由于可以利用硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行吸磷和生長(zhǎng),因此在一定程度上可緩解A2/O工藝固有的矛盾13。采用反硝化除磷工藝處理城市污水不僅可以節(jié)省曝氣量,還能減少剩余污泥量,從而降低投資和運(yùn)行費(fèi)用。王曉蓮等人已證實(shí)在A2/O工藝中存在反硝化除磷現(xiàn)象,并取得了較好的脫氮除磷效果4。為更好地在A2/O工藝中實(shí)現(xiàn)反硝化除磷,提高脫氮除磷效率,降低運(yùn)行費(fèi)用,筆者在傳統(tǒng)A2/O工藝的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比(n)對(duì)A2/O工藝反硝化除磷影響的研究。1

9、試驗(yàn)材料與方法1·1試驗(yàn)裝置與運(yùn)行條件A2/O試驗(yàn)裝置如圖1所示。裝置用有機(jī)玻璃制成,由合建式厭氧缺氧好氧反應(yīng)器和二沉池組成。反應(yīng)器的有效容積為48 L,分為9個(gè)格室,其中前兩個(gè)為厭氧段,隨后的兩個(gè)為缺氧段,剩下的5個(gè)為好氧段。厭氧區(qū)的有效容積為9. 6 L,通過(guò)改變?nèi)毖醵闻c好氧段之間擋板的位置調(diào)整缺氧區(qū)與好氧區(qū)的容積比。二沉池的有效容積為25 L。進(jìn)水、回流污泥及硝化液回流流量均采用蠕動(dòng)泵控制,在厭氧區(qū)和缺氧區(qū)內(nèi)安裝攪拌器。溫度由溫控儀控制在21,試驗(yàn)正常運(yùn)行條件:進(jìn)水量為144 L/d,HRT為8. 0 h, SRT為12 d,反應(yīng)器中MLSS為3 000mg/L,污泥回流比為0

10、. 75,內(nèi)循環(huán)回流比為2. 5,好氧區(qū)的DO濃度設(shè)定在23 mg/L。1·2原水水質(zhì)及測(cè)定方法試驗(yàn)采用人工配制的啤酒廢水,通過(guò)控制啤酒投量來(lái)改變COD值,通過(guò)投加NaHCO3和NaOH來(lái)調(diào)整進(jìn)水的pH值。廢水組成:啤酒為3 3. 4mL/L,氯化銨為0. 10. 30 g/L,KH2PO4為0. 020. 07 g/L, NaHCO3為0. 05 0. 15 g/L,MgSO4·7H2O為0. 05 g/L, CaCl2·2H2O為0. 01 g/L,水質(zhì)情況見(jiàn)表1。采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法分析TCOD、SCOD、NH+4-N、NO-3-N、NO-2-N、TN、PO3-

11、4-P、TP、總堿度、MLSS、MLVSS等指標(biāo)5;DO、ORP、pH采用WTW-pH/OXi340i便攜式在線(xiàn)測(cè)定儀測(cè)定。接種污泥為城市污水廠的剩余污泥,經(jīng)過(guò)連續(xù)培養(yǎng)馴化待系統(tǒng)具有良好的反硝化除磷功能后再開(kāi)始跟蹤測(cè)定。2試驗(yàn)結(jié)果與分析2·1對(duì)除磷的影響當(dāng)容積比分別為0. 33、0. 48和0. 60時(shí)A2/O系統(tǒng)的除磷效果如圖2所示。3種容積比下的平均出水磷濃度分別為1. 11、0. 79和0. 30 mg/L,平均去除率分別為85. 38%、90. 80%和96. 84%,說(shuō)明n值越大則出水磷濃度越低,處理效果越好。另外發(fā)現(xiàn),在n=0. 60時(shí)試驗(yàn)后期缺氧區(qū)的出水磷濃度略有升高,

12、這是因?yàn)檫M(jìn)水氨氮濃度較低,在未增大內(nèi)循環(huán)回流比的條件下,缺氧區(qū)沒(méi)有足夠的電子受體,導(dǎo)致了缺氧釋磷,使缺氧區(qū)出水磷濃度升高,但由于有好氧吸磷,系統(tǒng)出水磷濃度并未受影響?？梢栽O(shè)想,維持進(jìn)水碳源和氨氮濃度不變,并繼續(xù)增大n值,則需要提高內(nèi)循環(huán)回流比,使缺氧區(qū)有充足的電子受體,否則會(huì)導(dǎo)致缺氧區(qū)出現(xiàn)二次釋磷。由圖2可知,隨著n值的增加,缺氧區(qū)除磷量占厭氧區(qū)總釋磷量的比例增大。在3種容積比下,平均缺氧吸磷量分別為31. 12、38. 03和43. 60 mg/L,其與好氧吸磷量的比值分別為85. 38%、90. 81%和96. 54%。由此可見(jiàn),增大n值能增加缺氧區(qū)吸磷量所占比例,這是因?yàn)樵龃髇值提高了缺

13、氧區(qū)的水力停留時(shí)間,增加了反硝化聚磷菌的數(shù)量,可充分利用在厭氧區(qū)存儲(chǔ)的PHB進(jìn)行反硝化除磷。2·2對(duì)去除TN的影響在3種容積比下A2/O系統(tǒng)對(duì)總氮的去除情況如圖3所示。當(dāng)容積比分別為0. 30、0. 48、0. 60時(shí),A2/O系統(tǒng)對(duì)總氮的去除率均很穩(wěn)定,出水總氮分別為16. 119. 9、9. 211. 9、5. 010. 4 mg/L,平均為17. 4、10. 4和7. 9 mg/L;平均去除率分別為68. 04%、79. 64%和85. 70%。這說(shuō)明,增大n值有利于提高對(duì)總氮的去除率。試驗(yàn)過(guò)程中,由于好氧段的溶解氧一直保持在23 mg/L,故未發(fā)生亞硝酸鹽積累,而且對(duì)氨氮的去

14、除率幾乎達(dá)到100%?？偟コ实奶岣邷p少了回流到厭氧區(qū)的硝酸鹽量,因而提高了厭氧釋磷量和反硝化除磷能力。另外發(fā)現(xiàn),在n=0.48和n=0. 60時(shí)缺氧區(qū)出水硝態(tài)氮濃度基本為12 mg/L,這不僅提高了系統(tǒng)對(duì)總氮的去除率,也符合Yuan的理論6,即在保持缺氧區(qū)末端的硝態(tài)氮濃度為13 mg/L的條件下,可充分利用進(jìn)水中的溶解性可生物降解COD進(jìn)行反硝化,并降低了流入好氧區(qū)的COD量,實(shí)現(xiàn)了對(duì)氮的最優(yōu)控制,同時(shí)也為缺氧反硝化除磷提供了充足的電子受體。根據(jù)試驗(yàn)期間缺氧反應(yīng)器內(nèi)NO-x(NO-x指NO-3和NO-2)的反硝化數(shù)量和磷的吸收量,得到在3種容積比下缺氧區(qū)每吸收1 mg磷分別約消耗0. 63

15、、0. 72和0. 80 mg的NO-x,這說(shuō)明n值越大則反硝化聚磷菌的活性越高。2·3對(duì)去除COD的影響試驗(yàn)結(jié)果表明,雖然進(jìn)水COD濃度波動(dòng)較大,但是系統(tǒng)對(duì)COD的去除率一直很穩(wěn)定。3種容積比下的出水COD濃度分別為14. 835. 2、14. 835. 1、19. 723. 4 mg/L,平均為24. 2、23. 3和21. 1mg/L,平均COD去除率分別為93. 34%、93. 75%和94. 63%。此外,盡管n值不同,但是大量的COD均在厭氧區(qū)轉(zhuǎn)化為聚磷菌胞內(nèi)聚合物(PHB)而被去除。在3種容積比下A2/O系統(tǒng)的厭氧區(qū)平均出水COD濃度分別為62、61和60. 9 mg/

16、L,平均COD去除率分別為82. 91%、83. 80%和84. 52%,而缺氧區(qū)對(duì)COD的平均去除率分別為5. 12%、6. 05%和7. 11%,且n值越大則缺氧區(qū)對(duì)COD的平均去除率越高,這是因?yàn)樵黾尤毖鯀^(qū)的水力停留時(shí)間有利于反硝化反應(yīng)的進(jìn)行,進(jìn)而提高了對(duì)COD的去除率。由于缺氧段和厭氧段幾乎承擔(dān)了所有COD的去除,故可保證硝化菌的優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng),同時(shí)減少了好氧段所需的曝氣量。3結(jié)論在缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比分別為0. 33、0. 48和0. 60的條件下,A2/O工藝對(duì)有機(jī)物、氮及磷的去除率均較高,對(duì)COD的平均去除率分別為93. 34%、93. 75%和94. 63%,對(duì)總氮的平均去除率分別為

17、68. 04%、79. 64%和85. 70%,對(duì)磷的平均去除率分別為85. 38%、90. 80%和96. 84%,平均出水COD濃度分別為24. 2、23. 3和21. 1 mg/L,平均出水總氮濃度分別為17. 4、10. 4和7. 9 mg/L,平均出水磷濃度分別為1. 11、0. 79和0. 30 mg/L。當(dāng)缺氧區(qū)與好氧區(qū)的容積比增大時(shí),系統(tǒng)的出水水質(zhì)變好,這是因?yàn)樵黾尤毖鯀^(qū)容積提高了缺氧區(qū)的水力停留時(shí)間以及反硝化除磷菌在聚磷菌中所占的比例,進(jìn)而提高了對(duì)有機(jī)物、氮及磷的去除率。增加缺氧區(qū)與好氧區(qū)的容積比有利于降低曝氣能耗,減少運(yùn)行費(fèi)用,計(jì)算表明n為0. 60時(shí)的曝氣能耗要比n為0.

18、 33時(shí)節(jié)省約15%。但是在增加缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比時(shí),應(yīng)適當(dāng)調(diào)整內(nèi)循環(huán)回流比,以使缺氧區(qū)有足夠的電子受體,否則會(huì)發(fā)生二次釋磷現(xiàn)象。參考文獻(xiàn):1Gerakd M Stevens, James L Barnard, Barry Rabinowitz.Optimizing biological nutrient removal in anoxic zonesJ. WaterSciTechno,l 1999, 39 (6): 113-118.2Bortone G, SaltarelliR,AlonsoV,et al. Biological anoxicphosphorus removalthe DEPHANOX processJ. Wa-terSciTechno,l 1996, 34 (1): 119-128.3Kuba T,Van LoosdrechtM CM,Heijnen J J. Phosphorusand nitrogen removal with minimal COD requirement