倒置A2O工艺的原理与特点研究.doc

倒置A2O工艺的原理与特点研究常规生物脱氮除磷工艺呈厌氧缺氧好氧的布置形式该布置在理论上基于这样一种认识即聚磷微生物有效释磷水平的充分与否对于提高系统的除磷能力具有极端重要的意义厌氧区在前可以使聚磷微生物优先获得碳源并得以充分释磷但是由于存在内循环常规工艺系统所排放的剩余污泥中实际上只有一少部分经历了完整的释磷吸磷过程其余则基本上未经厌氧状态而直接由缺氧区进入好氧区这对于除磷是不利的由于缺氧区位于系统中部反硝化在碳源分配上居于不利地位因而影响了系统的脱氮效果由于厌氧区居前回流污泥中的硝酸盐对厌氧区产生不利影响为了避免该影响而开发的一些新工艺如等趋于复杂化实际运转经验表明按照缺氧好氧两段设计的脱氮工艺系统也常常表现出良好的除磷能力因此常规生物脱氮除磷工艺布置的合理性值得进一步探讨材料与方法活性污泥取自污水生物脱氮除磷小型试验系统污水取自实际城市污水污水和污泥的性质见表表污水和污泥的性质污水污泥含量含量试验结果与讨论短时厌氧环境及其对聚磷菌的影响短时厌氧环境在生物脱氮除磷系统中具有关键性作用本试验目的是考察短时厌氧环境的生化特性及其对聚磷菌释吸磷行为的影响试验采用只完全相同的有机玻璃柱有效体积均为见图柱装有随中心轴一起转动的弹性立体填料柱不装填料由搅拌桨搅拌电机转速为柱上方均设有盖板柱作挂膜运行温度为为了单独考察城市污水在短时厌氧环境污水中的变化试验未引入小试系统活性污泥柱内微生物完全为厌氧环境下由污水自然接种生长起来的厌氧或兼性细菌显然其厌氧程度较一般脱氮除磷系统的厌氧区更为充分柱作为对比未作任何处理正式试验时将两柱瞬时放空注入新鲜污水然后启动电机每隔取样分析污水中随时间的变化规律结果见图图表明在本试验条件下短时厌氧环境并不能增加污水中的量在厌氧区放置填料则会加剧该区的消耗根据厌氧消化理论污水中的大分子有机物转化为需要经历水解和产酸产氢两个过程尽管早期的研究曾认为在此过程中兼性细菌属于优势种群但关于生活污水污泥消化的研究指出事实正好相反专性厌氧细菌较兼性细菌多倍以上从总体上说最重要的水解反应和发酵反应都是通过专性厌氧细菌进行的同时由于专性厌氧细菌的生化效率很低上述过程需要较长的水力停留时间和曾利用溶解性有机和无机合成污水对厌氧发酵过程的产生动力学规律进行了研究结果表明当时反应器的浓度最高本试验所采用的这与生物除磷工艺厌氧区的相近污水仅左右在这样的条件下柱内实际上很难造就类似污泥消化那样的厌氧环境并培养出大量的专性厌氧菌生物膜上的微生物主体仍为消耗的兼性细菌故而柱的数量不仅没有增加反而消耗很快柱完全为污水其微生物数量较少所以其在很长一段时间内基本上保持恒定只是在一定时间以后随着微生物的增殖才出现明显下降本试验说明就一般城市污水而言短时厌氧区不会增加污水中的量将柱柱放空从小试系统好氧区末端取混合液与污水混合后一分为二地分别装入柱柱然后启动电机两柱厌氧运行后取出填料和搅拌桨并同时转入曝气状态每隔取样分析比较两柱释磷吸磷特点结果见图图是在不同时间利用实际污水进行的四组重复性试验由于实际污水水质的变化图污水中的浓度是依次下降的图的厌氧历时为图的厌氧历时为该四组图表明在厌氧条件下进水越高柱柱的释磷量越大这与以往的认识是一致的柱存在兼性生物膜致使其厌氧环境较柱更为充分当较多时低水平促使柱聚磷菌以更快的速率吸收合成同时释放出磷酸盐由图可见柱初期释磷速率均明显大于柱图进水最低柱释磷曲线一直在柱的上方直至厌氧段结束柱释磷曲线才与柱交合但是柱兼性生物膜同时消耗当反应器中不足时兼性生物膜与聚磷菌对的竞争就表面化了并使柱释磷速率迅速衰减柱基本上不存在这种竞争关系故聚磷菌能长时间保持较高的释磷速率并最终在释磷总量上超过柱除图外投加填料的柱释磷总量均比柱小而且进水越高其差别越明显见图在后续好氧条件下柱聚磷菌过度吸磷能力明显高于柱当厌氧历时由降为时上述差别明显增大见图该现象是值得特别关注的它表明聚磷菌厌氧有效释磷水平的充分与否并不是决定其好氧过度吸磷能力的充分必要条件这与目前流行的关于聚磷菌厌氧有效释磷越高其过度吸磷能力越强的认识基本上是矛盾的从上述现象分析推动聚磷菌好氧过度吸磷的更本质动力可以得出的判断是在一定范围内聚磷菌在厌氧环境中的历时越长环境的越低促进好氧吸磷的动力越大而就系统的除磷效果而言释磷可能属于一种不具备充分必要性的表面现象好氧吸磷的能量既可以来自胞内贮存的碳源如也可以从其他方面获得这种差别当厌氧历时由减为时变得尤其明显表明厌氧环境对于微生物过度吸磷的极端重要性厌氧缺氧环境倒置对聚磷菌的影响采用只几何尺寸完全相同的有机玻璃柱进行对比试验柱的有效体积均为底部设有取样口其厌氧缺氧状态采用如图柱所示的可拆卸搅拌桨搅拌电机转速为好氧状态由微孔曝气头曝气开始试验时从小试系统好氧区末端取混合液与污水混合后一分为二地分别装入两柱柱初始时刻另加入适量溶液然后启动电机分别进入缺氧厌氧搅拌状态搅拌后再向柱加入溶液后两柱同时结束搅拌取出搅拌桨并转入曝气状态因此柱实际是按照方式运行柱按照常规的方式运行每隔取样分析比较两柱的和变化规律结果见图由图可以看到柱从零时刻加入硝酸盐起在前内实际上处于缺氧状态反硝化释磷同时进行但和柱相比柱前的释磷速率很低至时释磷几乎完全停止后随着硝酸盐基本耗尽释磷速率迅速增大至柱内浓度达到图中点硝酸盐上升是由于误操作引起的有趣的是柱的释磷曲线也出现了点相应的变化柱在时加入硝酸盐因此其前内为厌氧后基本为缺氧柱前的释磷速率很快至时高达后由于硝酸盐的加入聚磷菌开始吸磷但由于缺氧状态下微生物产率较低故该阶段的吸磷速率并不高至硝酸盐消耗殆尽吸磷也基本上停止进入曝气状态后柱虽重新开始吸磷但因前面缺氧段的存在致使其吸磷速率大大低于柱曝气开始时柱的浓度高达柱仅为但至柱的浓度为而柱的却为两者相差倍从脱氮角度看两者均把柱内硝酸盐全部反硝化但柱的比反硝化速率为柱为柱明显快于柱从上面的讨论可以看出将常规生物脱氮除磷工艺系统的厌氧缺氧环境倒置可明显改善系统的氮磷脱除效果在倒置的方式下碳源问题仍然存在并造成聚磷菌的释磷水平明显低于常规的方式但在该方式中由于硝酸盐在前面的缺氧区已经消耗殆尽因此其厌氧环境更加充分微生物厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境其在厌氧条件下形成的吸磷动力得到了更有效的利用对常规脱氮除磷工艺来说污泥回流比常在左右内循环比则在之间在所有参与内外循环的污泥中通常只有占总数不到一半的回流污泥经历了完整的释磷吸磷过程而大部分污泥实际上没有经过厌氧阶段而直接进入缺氧和好氧环境相应地其所排放的剩余污泥中富磷污泥的含量实际上也只占一少部分因而影响了系统的除磷效果与此不同方式允许参与回流的所有污泥全部经历完整的释磷吸磷过程故其排放的剩余污泥含磷更高系统的除磷效果也更好具有一种群体效应优势在方式中缺氧段优先得到碳源故其脱氮能力明显增强在本试验条件下其比反硝化速率和方式相比提高从工程角度讲方式不仅具有较好的氮磷脱除能力而且可能较传统脱氮除磷工艺更加简捷工程上采取一定措施使其污泥回流和内循环合并为一个回流系统是完全可能的这对于开发简捷高效的生物脱氮除磷工艺来说是十分有利的倒置工艺的特点采用两个平行系统进行对比试验系统以倒置方式运行系统以常规方式运行两系统的有效容积均为各区比例为二沉池水力停留时间为非曝气区采用搅拌桨搅拌试验初期从污水厂生产性曝气池取活性污泥引入小试系统经过一个月的试运行达出水降至以下遂开始正式试验试验采用的工艺参数和运行结果见表由于倒置工艺取消了内循环因此其回流系统只有一个总回流比也比常规工艺减少了试验中的小流量控制比较困难因此系统的实际进水量稍大于系统这导致其实际水力停留时间略短于表中的也相应地较系统偏高作为对比性试验这种差异对于系统略为不利由表可以看出两个系统的去除能力相当并均高达以上出水最高均在以下表中系统的出水略高于系统是其实际进水量偏大所致可以说倒置工艺在去除能力方面与常规工艺相当是令人满意的但值得注意的是两系统的氮磷脱除功能有明显差异系统倒置工艺的出水是去除率为系统常规工艺的出水是去除率为系统的去除率比系统整整高出同样还观察到系统的出水仅为其去除率比系统高出近两系统出水水质的这种显著差异说明倒置工艺的氮磷脱除功能的确优于常规工艺表倒置与常规工艺运行参数运行条件与效果倒置工艺系统倒置工艺系统温度回流比污泥回流内循环合计泥龄进水出水去除率进水出水去除率进水出水去除率结论就一般城市污水而言短时厌氧区并不能增加污水中的量在厌氧区设置填料将明显加剧该区的消耗聚磷菌厌氧有效释磷水平的充分与否并不是决定其在后续曝气条件下过度吸磷能力的充分必要条件而就系统的除磷效果而言释磷可能属于一种不具备充分必要性的表面现象好氧吸磷的能量既可以来自胞内贮存的碳源如也可能从氧化胞外的其他基质获得推进聚磷菌过度吸磷的本质动力与厌氧区和厌氧环境的厌氧程度有关在一定范围内厌氧环境的越长厌氧程度越充分聚磷菌的吸磷动力越强把常规脱氮除磷系统的厌氧缺氧环境倒置过来可得到更好的脱氮除磷效果其特点在于缺氧区位于厌氧区之前硝酸盐在这里消耗殆尽厌氧区较低有利于微生物形成更强的吸磷动力微生物厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境其在厌氧条件下形成吸磷动力可以得到更充分利用缺氧段位于工艺的首端允许反硝化优先获得碳源进一步加强了系统的脱氮能力倒置工艺与常规工艺的小型系统平行对比试验表明倒置工艺的氮磷脱除功能明显优于常规工艺其去除能力与常规工艺相当由于取消了内循环倒置工艺在流程上更为简捷同时参与回流的全部污泥均经历了完整的厌氧好氧过程在除磷方面具有一种群体效应是十分有利的