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间歇曝气连续流反应器同步硝化反硝化除磷(1)

返回列表发布人:tianrenhn   发布时间:2019-03-11  09:15:48

AAO工艺是我国城市污水处理厂主体工艺, 河南化工废水处理,该工艺具有运行经验成熟、适用范围广、以及水力停留时间较短等优点, 但从实际运行情况看, 由于回流污泥将一部分硝态氮和溶解氧带入厌氧段, 抑制聚磷菌厌氧释磷, 使得除磷效果不稳定; UCT工艺通过改变AAO工艺的污泥回流机制, 将污泥回流到缺氧段而非厌氧段, 污泥中的硝酸盐在缺氧段反硝化脱氮后部分回流至厌氧段, 减少了硝酸盐在厌氧段对释磷的不利影响, 但是增加了能耗和运行费用.

  同步硝化反硝化除磷工艺是指在硝化菌和反硝化聚磷菌作用下, 在同一反应器中同时完成硝化、反硝化和除磷.该工艺不仅减少反应池体积, 而且实现了“一碳两用”, 节约碳源, 减少污泥产量.林金銮等通过在厌氧/好氧SBR中控制较低的溶解氧浓度实现了同步硝化反硝化除磷.阳素攀等采用厌氧/好氧和厌氧/缺氧/好氧两种运行模式, 在单一反应器中实现了硝化菌和反硝化聚磷菌的共存.方茜等采用模拟废水和厌氧/间歇曝气模式, 成功实现了同步硝化反硝化除磷.但是以上研究均采用SBR反应器, 河南化工废水处理,对于在连续流反应器中实现同步硝化反硝化除磷还鲜见报道.本文将间歇曝气应用于传统AAO工艺中, 通过逐渐取消硝化液回流和缺氧段, 实现了同步硝化反硝化除磷, 同时考察了该过程中污染物去除特性, 并采用物料衡算方法分析了无机氮去除途径以及反硝化聚磷菌和聚磷菌活性, 以期为传统脱氮除磷工艺升级改造提供理论参考.

  1 材料与方法

1.1 实验装置

  本实验装置如图 1所示.反应器材质均为有机玻璃, AAO的有效容积60 L, 共分10格室, 依次设置厌氧段、缺氧段和好氧段, 初始体积比为3 :2 :5;生活污水经蠕动泵进入AAO厌氧段, 同时进入厌氧段的还有从沉淀池回流的污泥, 聚磷菌在此完成厌氧释磷及COD的部分去除; 厌氧段泥水混合液进入缺氧段, 同时进入缺氧段的还有好氧段回流的硝化液, 在此进行异养脱氮和反硝化除磷; 混合液接着进入好氧段完成硝化作用和同步硝化反硝化聚磷脱氮, 最后进入沉淀池完成泥水分离.好氧段设有曝气头, 采用鼓风曝气, 转子流量计调节流量, 二沉池采用竖流式, 有效容积为28 L, 系统进水流量、污泥回流量、硝化液回流量采用蠕动泵控制, 曝/停比采用定时器控制.

  图 1

  图 1 连续流反应器装置示意

  本实验用水温度为20~27℃, 污泥龄控制在12 d左右, 污泥回流比100%, MLSS为3 000~3 500 mg ·L-1.

  1.2 实验用水及检测方法

  实验用水采用兰州交通大学生活区污水, 具体水质见表 1.

 

  COD、NH4+-N、NO3--N、PO43--P、TN根据国家标准方法测定.河南化工废水处理, MLSS、MLVSS采用滤纸重量法测定. DO和温度由德国Multi-3420测定仪测定.

  1.3 实验方案

  各工况下实验运行参数见表 2.

 

  1.4 无机氮去除物料衡算方法

  图 2为反应器中无机氮去除物料衡算.无机氮等于NH4+-N、NO2--N和NO3--N三者之和, 由于反应器内NO2--N浓度小于0.50 mg ·L-1, 且变化很小, 因此忽略不计.为研究不同工况下反应器对无机氮的总去除量, 以及各功能段对应的无机氮去除量, 采用物料衡算方法分析了无机氮的去除途径.无机氮在厌氧段被去除主要是通过异养反硝化作用, 在缺氧段通过反硝化聚磷作用和异养反硝化作用, 在好氧段通过同步硝化反硝化聚磷作用.

  图 2

 

  厌氧段去除的无机氮:

  (1)

  缺氧段去除的无机氮:

  (2)

  好氧段去除的无机氮:

  (3)

  NH4+-N被氧化后生成的NO3--N:

  (4)

  式中, Qin为进水流量, QAna、QA和QO分别为厌氧段、缺氧段和好氧段出水流量,河南化工废水处理, Qr为硝化液回流量, QR为污泥回流量, 单位均为L ·h-1; cin(NO3--N)、cAna(NO3--N)、cA(NO3--N)、cO(NO3--N)、cR(NO3--N)和cr(NO3--N)分别为进水、厌氧段出水、缺氧段出水、好氧段出水、回流污泥和回流硝化液NO3--N浓度, 单位均为mg ·L-1; cA(NH4+-N)和cO(NH4+-N)分别为缺氧段和好氧段出水NH4+-N浓度, 单位均为mg ·L-1; f1为每氧化1 mg NH4+-N生成的NO3--N, 根据反应器实际情况, f1=1.00.

  1.5 聚磷菌(PAOs)和反硝化聚磷菌(DPAOs)活性计算

  PAOs和DPAOs的活性分别用以下公式计算:

  (5)

  (6)

  式中, PUROn和PURann分别为第nd时的总吸磷速率和反硝化聚磷速率,河南化工废水处理, PUROM和PURanM分别为整个试验阶段的总吸磷速率平均值和反硝化聚磷速率平均值, 均以PO43-/VSS计, mg ·(g ·h)-1.

  (7)

  (8)

  (9)

  (10)

  (11)

  式中, ΔPO4缺3-为缺氧段吸磷量, ΔPO4同3-为好氧段同步硝化反硝化吸磷量, ΔPO4总3-为缺氧段和好氧段吸磷量之和, 单位均为mg ·L-1; MLSS为反应器内污泥浓度, g ·L-1; HRT缺+好为反应器缺氧段和好氧段水力停留时间之和, h; cAna(PO43-)、cA(PO43-)和cO(PO43-)分别为厌氧段、缺氧段和好氧段出水PO43--P浓度, 单位均为mg ·L-1; ΔNO3--N同为好氧段同步硝化反硝化聚磷作用脱氮量, 间歇曝气时好氧段COD浓度几乎无变化, 因此异养反硝化脱氮量不计. f2为反硝化聚磷过程中的ΔPO43-/ΔNO3-, 其值为0.80~1.40.其它参数见1.4节.

  2 结果与讨论

2.1 启动过程中反应器对污染物的去除特性

  在整个实验过程中, 系统平均进水COD浓度为269.34 mg ·L-1, 出水COD浓度低于50.00 mg ·L-1[图 3(a)].这是因为生活污水中的COD大部分为易降解有机物, 很容易得到去除.系统平均进水NH4+-N浓度为63.61 mg ·L-1, 出水NH4+-N浓度均低于2.00 mg ·L-1, 去除率均高于95.00%.系统平均进水TN浓度为63.42 mg ·L-1, Run1时出水TN浓度为14.42 mg ·L-1; Run2~Run4, 出水TN浓度低于6.00 mg ·L-1, 去除率高于90.00%[图 3(b)].

  图 3

  图 3 不同工况下系统对污染物的去除效果

  这是因为Run1时采用连续曝气, 好氧段无同步硝化反硝化作用, 河南化工废水处理,因此出水TN较高; 而Run2~Run4采用间歇曝气, 创造了好氧/缺氧交替环境, 有利于硝化菌的增殖, 为同步硝化反硝化聚磷提供有利条件, 所以出水TN较低[14, 15]; 系统平均进水PO43--P浓度为6.10 mg ·L-1, 出水平均PO43--P浓度均不大于0.50 mg ·L-1, 去除率均大于86.00%[图 3(c)].可见, 不管采用连续曝气还是间歇曝气, 均取得较好的除磷效果.

  2.2 不同工况下污染物的沿程变化

  在整个实验过程中, 平均进水COD浓度为259.34 mg ·L-1, 出水COD浓度均小于50 mg ·L-1(图 4).分析认为:聚磷菌在厌氧段释磷均需要消耗COD[16], 同时,河南化工废水处理, 由于Run1是按传统AAO运行, 其回流污泥中携带的硝态氮导致厌氧段存在异养反硝化作用去除了部分COD[17]; COD在缺氧段减少是反硝化菌利用有机物完成异养脱氮作用; COD在好氧段的降低主要是被好氧异养菌用于自身生长和繁殖. Run2和Run3是在间歇曝气模式下运行的, 缺氧段出水COD浓度基本接近最终出水浓度; Run4在无硝化液回流条件下运行, 厌氧段出水COD浓度基本接近出水COD浓度.


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