連續(xù)流分段進缺氧好氧處理污水中污泥回流比對性能的影響

連續(xù)流分段進缺氧好氧處理污水中污泥回流比對性能的影響

連續(xù)流吞咽氧好氧（a.o）技術(shù)是一種高效的廢水生物脫氮工藝，其特點是所需水池體積小、脫氮效率高、抗沖擊負荷強等優(yōu)點。為了取得良好的脫氮效果，應(yīng)合理控制和優(yōu)化進水流量比、通風量、污泥回收率和外碳源的投資。對于污泥回流比（r）是一個重要的控制參數(shù)，在不同的a.o系統(tǒng)中，廢水回歸到系統(tǒng)的一端。第一氧區(qū)的主要功能是將含氮量隨沉積物水流中的亞硝酸鹽氮反硝化。r的大小直接影響到第一氧區(qū)反硝化能力的充分利用和總廢水氮的濃度。在本研究中，我們使用了分散水試驗系統(tǒng)對實際生活廢水進行處理，并全面研究了污泥回收率對脫氮過程的影響，為水庫的實際運行奠定基礎(chǔ)。1材料和方法1.1缺氧量表及氧傳質(zhì)膜23.2.3.2、3.2.2.3.2.33.23.2.試驗裝置見圖1.反應(yīng)器容積320L,分4段每段包括1個缺氧格室和3個好氧格室.各段缺氧與好氧體積比均為2:3.二沉池為豎流式,體積90L5臺蠕動泵分別控制進水及污泥回流,空壓機為好氧格室曝氣,機械攪拌器為缺氧區(qū)提供攪拌.1.2r值的影響試驗溫度為(20±1)℃,進水流量960L/d,水力停留時間(HRT)為8h,進水流量比Q1:Q2:Q3:Q4=0.25:0.25:0.25:0.25.試驗維持好氧區(qū)DO濃度2.0～2.5mg/L.批量小試表明,C/N為7～8可保證各段缺氧區(qū)進水碳源恰好可以將上一段產(chǎn)生的硝酸鹽氮還原為氮氣.為便于研究R對系統(tǒng)的影響,通過給生活污水投加少量乙醇和氯化銨,控制進水C/N為7～8.試驗共采用5組R值,分別為0.6,0.75,1.0,1.25,1.5,考察不同R值下系統(tǒng)硝化效果、TN去除率、二沉池泥位、各段MLSS及系統(tǒng)SRT的變化.1.3原水投加乙醇和氯化銨乙酸乙酯cod、no3--n,nh4+-n,nh4+-n,nh4+-n的濃度為5.試驗用水為住宅區(qū)生活污水.原水COD為235～280mg/L,NH4+-N濃度為44～55mg/L,BOD為110～150mg/L,NO3--N濃度為0.05～1.42mg/L,NO2--N濃度為0.08～0.19mg/L.原水投加乙醇和氯化銨后,COD為350～400mg/L,NH4+-N濃度為50～56.5mg/L.1.4--n,mlss,3-n的測定COD,NH4+-N,NO2--N,NO3--N,MLSS采用國家標準方法測定,TN采用德國耶拿multiN/C3000分析儀測定,DO、溫度采用WTW340i在線儀測定.2結(jié)果與討論2.1硫態(tài)氮化效果由圖2可見知,R從0.6增大到1.25過程中,氨氮去除效果良好,出水氨氮均小于1mg/L,去除率為98%以上.R=0.75和R=1.0時,各段的硝化效果較好,且R=0.75的硝化效果略好于R=1.0的硝化效果.而當R=1.5時,氨氮去除效果明顯下降,平均出水氨氮濃度大于3mg/L.當R=0.6時,第1段有大量氨氮剩余.這是由于R值較低,回流污泥濃度較高,這雖然可以增加第1、第2段硝化菌數(shù)量,但其他異養(yǎng)菌數(shù)量也同時增加,這必然增加其對溶解氧的需求,造成供氧不足現(xiàn)象發(fā)生,導致硝化不完全.當R增大到1.25和1.5時,第1、第2段硝化效果明顯下降.分析認為,這是各段HRT改變的結(jié)果.不同R值下,各段HRT見表1.當R改變時,各段HRT均變小,且第1、第2段HRT的變化量(△HRT)明顯大于第3、第4段.當R=1.25時,系統(tǒng)硝化容量尚有一定剩余,第1段累積氨氮可在第3、第4段硝化去除;當R=1.5時,第1、第2段有大量氨氮累積,加之系統(tǒng)各段HRT均變小,不能滿足硝化所需停留時間,使得R=1.5時氨氮去除率明顯下降.2.2硝酸鹽氮的去除量分段進水工藝中,第1段缺氧區(qū)(D1)主要對回流污泥攜帶的硝酸鹽氮進行反硝化,第1段進水Q1為反硝化提供碳源.通常D1的反硝化容量是過剩的.此時,加大R,可以增加回流到D1的硝酸鹽氮的量,充分利用D1的有機碳源,提高TN去除效果.針對不同R值,對系統(tǒng)D1格室硝酸鹽氮理論去除量和實際去除量進行了考察,結(jié)果如圖3所示.由圖3可見,試驗結(jié)果和理論去除量有很好的一致性,加大R的確使得D1去除的硝酸鹽氮的量有所提高,D1反硝化容量更能被充分利用.隨R值加大,D1去除硝酸鹽氮量雖提高,但TN去除率不斷下降.且R越大,下降越明顯.當R由0.6增加到0.75時,TN去除率從88%提高到92%,當R從0.75提高到1.0時,TN去除率迅速下降,當R為1.5時,TN去除率下降到72%.分析TN去除率降低原因認為,加大R導致第1、第2段HRT明顯降低,氨氮不能完全硝化,負荷較低時,累積氨氮尚可在第3、第4段去除,但D2、D3反硝化容量不能充分利用.各段缺氧區(qū)硝酸鹽氮去除量見圖4.此外,加大R值,各段HRT降低,系統(tǒng)硝化能力下降,出水含有一定氨氮,亦導致TN去除率降低.2.3泥位的影響R值改變將導致二沉池水力負荷和固體負荷改變.本試驗分別在高SVI(200～250mL/g)和低SVI(100～150mL/g)下考察R值對二沉池泥位的影響.結(jié)果見圖5.由圖5可見,低SVI時,R從0.6增大到1.5,二沉池泥位基本沒有變化,因此,又將R從1.5增大到2.5,二沉池泥位雖有所上升,但最高泥位為45L,且泥水分離效果非常好.而高SVI情況下,隨R值增大,二沉池泥位迅速升高,并呈線性變化.當R值增大到1.5時,二沉池泥位為87L,泥水分離困難,甚至有污泥流失的危險.實際運行中,調(diào)整回流比必須考慮污泥沉降性能,當污泥沉降性能不好時,宜采用較低的污泥回流比.2.4r值對mlss濃度的影響對系統(tǒng)進行物料平衡,并假設(shè)反應(yīng)器出水懸浮固體濃度(MLSS)為2500mg/L,可以得到系統(tǒng)各段理論MLSS值.由圖6(a)可見,R改變對系統(tǒng)第1、第2段污泥濃度影響較大.R越大,系統(tǒng)MLSS呈梯度分布的趨勢越不明顯.試驗中,不同R值對系統(tǒng)各段MLSS的影響見圖6(b).由圖6(b)可見,R從0.6增大到1.0,系統(tǒng)各段MLSS變化不明顯,曲線斜率幾乎沒有變化.當R為1.25時,第1段MLSS濃度稍有降低,R增大到1.5時,系統(tǒng)前兩段MLSS迅速降低,第1、第2段濃度梯度減小.此時系統(tǒng)各段處理容量必然改變.2.5衰減系數(shù)及細胞物質(zhì)不同R值下,對系統(tǒng)SRT進行計算.首先對系統(tǒng)作固體平衡,可得式(1)和式(2):式中:Xi為第i段污泥濃度;Vi為第i段體積;PX,TSS為每日污泥凈產(chǎn)量.通常,生物菌群由生物體,細胞殘骸,硝化菌不可生降揮發(fā)性懸浮固體(nbVSS)及無機惰性固體組成,因此有式(3):這里,水溫T為20±1℃,則異養(yǎng)菌衰減系數(shù)kd=0.12g/g·d;細胞物質(zhì)以殘骸形式存在比例fd=0.15g/g;異養(yǎng)菌合成產(chǎn)率系數(shù)Y=0.40gVSS/g(bCOD).自養(yǎng)菌衰減系數(shù)kdn=0.08g/g?d;自養(yǎng)菌合成產(chǎn)率系數(shù)Yn=0.12gVSS/gNOx.采用迭代法進行計算,結(jié)果表明,R值從0.6提高到1.5,SRT從11.93d降到9.73d,這表明R對系統(tǒng)SRT影響較大.SRT在運行中屬慢時速控制指標,在R改變的最初階段,可能不會對處理效果有很大影響,但仍需對R值仔細調(diào)控,否則SRT變化,將導致系統(tǒng)菌群的根本變化.對于脫氮系統(tǒng),可能對需要長泥齡生長的硝化菌產(chǎn)生不利影響,使系統(tǒng)喪失硝化功能.3污泥回流比分段進水A/O工藝中,污泥回流比從小增大時,第一段缺氧區(qū)去除的硝酸鹽氮量會明顯增加.但采用較高污泥回流比時,系統(tǒng)硝化、反硝化效果會明顯降低,氨氮、TN去除率降低.當污泥沉降性能