A2O生物膜反硝化除磷工艺中HRT对除磷效果的影响.doc

1A2O生物膜反硝化除磷工艺中HRT对除磷效果的影响单德泉徐继润于秀莲朱波大连大学环化学院辽宁大连中国石油大连石化公司辽宁大连摘要生物膜反硝化除磷工艺是对传统的脱氮除磷工艺的一种改进即在缺氧区使反硝化聚磷菌为优势菌群本研究考察了水力停留时间对反硝化除磷效果的影响试验通过考察对厌氧释磷缺氧吸磷及好氧硝化段的影响得出该工艺水力停留时间为左右时系统的运行效果达到最佳关键词反硝化除磷生物膜中图分类号文献标识码bicAnoxicOxicprocessofA2ObiomambranedenitrifyingphosphorusremovalTheinfluenceofHRToneffectofdenitrifyingphosphorusremovalisexaminedTheexperimentsshowthatthesuitableHRTofthesystemis8hbyexamininganaerobicanoxicandoxicstageKeyWordsDenitrifyingPhosphorusRemovalBiomambrane引言随着水体富营养化问题的日益严重废水排放时氮磷的标准越来越严格而由于城市废水低碳源高氮磷的特点传统脱氮除磷工艺存在碳源不足和微生物之间相互竞争的问题大量资料和研究表明聚磷菌的一部分可以利用硝酸盐作为电子受体进行吸磷和生长从而实现以相同的基质进行脱氮和除磷这类细菌被称为反硝化聚磷菌反硝化除磷理论的提出为有效去除城市废水氮磷提供了新方法生物膜反硝化除磷技术是基于缺氧吸磷理论对传统的工艺的一种改进通过对反应器分隔间歇培养连续运行的方法使得反应器内不同优势菌群沿不同格式分布DBP在缺氧区优势生长反硝化的同时吸磷与传统的工艺相比该技术的优点在于反硝化聚磷菌DPB可以在缺氧条件反硝化的同时吸磷解决反硝化菌和聚磷菌竞争碳源的问题由于DBP在缺氧条件下吸磷不用曝气可节约能源DBP替代传统脱氮除磷工艺中的反硝化菌DN2和聚磷菌PAO两类细菌的功能减少污泥产量降低污泥处置费用反硝化除磷系统可减少构筑物数量和所需体积除磷和脱氮可以不必象从前那样分别在厌氧池和缺氧池中进行可以在一个缺氧池中完成工艺的运行效果与系统的水力停留时间HRT进水的比内回流比R污泥龄值温度等因素有关而DBP依次经过厌氧缺氧和好氧交替变化的环境是完成反硝化除磷的重要条件废水在各段停留时间的长短将直接影响系统的处理效果因此确定污水在反应器内的水力停留时间对于优化系统的运行和控制具有重要意义材料与方法实验装置及运行条件试验采用A2O生物膜法反硝化除磷工艺试验装置工艺流程如图1整套装置由均化调节池厌氧一缺氧一好氧反应器和二沉池三部分组成均采用材料焊接而成反应器有效容积为分为四格三个反应区每格宽长深第一格为厌氧区第二格为缺氧区第三四格为好氧区也称硝化区第一二各分别装有粒状活性炭载体和潜水搅拌器进行搅拌三四格式内装有弹性立体填料装填料的目的是生物膜系统的生物量浓度高更利于的培养与富集好氧区通过底端穿孔管和曝气头相结合的方式供氧一二格间二三格间装有孔径小于粒状活性碳孔径的塑料网避免活性炭载体流失反应器内水力流态整体为推流格与格间为折流格内为完全混合式此流态有利于不同菌种的沿程分布在不同格室内形成优势菌群传质效果好不存在污泥膨胀现象进水量循环量污泥回流量均采用自动增压泵控制流量以转子流量计计量实验正常运行条件如下污泥停留时间污泥回流比为值为左右温度好氧区溶解氧浓度设定在分析项目及方法依据本课题的研究目的确定本试验主要检测的指标有化学需氧量CODCr总氮TN总磷TP氨氮NH4N悬浮固体SS体积沉降比SV碱度硝态210345671进水2调节池3转子流量计4厌氧区5缺氧区67好氧区8潜水搅拌器9增压泵10尾气11二沉池12出水13回流污泥14排泥15空压机图1AAO工艺流程图3氮NO3N混合液悬浮固体浓度MLSS以上项目均依照国家环保局颁布的标准方法进行测定4值采用数显酸度计测量采用微电脑溶解氧测量仪测定微生物相观测采用普通光学显微镜试验用水来源与水质实验用水采用实验室人工模拟废水主要成分如表1所示表1实验用人工合成废水主要成分组成mgL成分浓度范围平均浓度CODNaAc150400250TPKH2PO481612TNNH42SO4306045CaCl2H2O40540MgSO47H2O30530微量元素溶液成分如下文字说明12mlL微量元素溶液成分为蒸馏水中乙二胺四乙酸菌种的来源与驯化接种污泥取自大连经济技术开发区排水二公司污水处理厂二沉池该厂采用的工艺是传统的AO工艺本身具有脱氮除磷功能污泥中含有大量的异氧菌硝化菌反硝化菌和好氧聚磷菌驯化的过程也就是提供硝化菌和好氧聚磷菌中反硝化聚磷菌DBP实现优势生长的条件使其数量逐渐增加而不适合生长环境的异氧菌反硝化菌则逐渐被淘汰该污泥MLSS约为3000mgL活性较好驯化的目的是使两个不同菌群沿反应器不同区域呈优势分布在反应器的好氧段培养驯化硝化生物膜驯化阶段采用在好氧段和缺氧段加隔板的方式将反应器分为两部分即好氧段和厌氧缺氧段各自采用间歇运行的培养方式好氧段经过大约60天左右的培养挂膜NH4N去除率稳定在85以上出水水质清澈说明稳定的好氧硝化生物膜已经形成反硝化聚磷生物膜的培养是本研究的关键能否在厌氧缺氧反应器内富集反硝化聚磷菌DPB实现反硝化同时除磷的目的关系到试验的成败反硝化聚磷生物膜的培养可分为以下3个阶段1厌氧好氧驯化阶段由于DBP是PAOs的一部分所以此阶段的目的是先富集PAOs提供适合于PAOs选择与富集的条件运行15天以后TP的去除率稳定在80以上时认为污泥中PAOs占优势2厌氧沉淀排水缺氧驯化阶段此阶段的目的是富集DBP经过15天的驯化培养根据缺氧吸磷速率与好氧吸磷速率的比值可确定DBP已为优势菌群这一过程说明DBP是存在于传统的聚磷菌中的只要提供适合其生长的条件是可以驯化为优势菌群的3厌氧缺氧驯化挂膜阶段该阶段提供厌氧缺氧交替运行条件放入颗粒活性炭载体进行挂膜大约运行15天载体表面长了一层粘稠装生物膜不易脱落认为整个驯化挂膜结束撤掉隔板系统改间歇为连续运行4结果与讨论对厌氧释磷和出水去除率的影响反应器厌氧段的主要功能是DPB吸收进水中的COD同化成胞内多聚物PHA并储存同时水解胞内聚磷并以磷酸盐的形式释放在混合液中为达到此目的需要为厌氧段提供充足HRT但是如果厌氧段的HRT太长会出现无效释磷即没有有机物吸收和转化的磷酸盐释放这不利于随后的缺氧吸磷因此厌氧段HRT长短对系统的除磷和脱氮效果有重要影响在不影响后续生化反应的前提下应该尽量缩短厌氧段的HRT以提高系统的处理能力当进水成分CODTNTP分别维持在为250mgL60mgL8mgL左右时通过改变进水流量而改变HRT同时检测厌氧段出水TP和最终出水TP的试验结果示于图2由图2可知随着HRT的延长厌氧释磷量不断增大当HRT为9h时厌氧段出水TP浓度达到了36mgL一般而言聚磷菌的厌氧释磷越充分反硝化吸磷效果会越好但从图2看到HRT8h以后虽然释磷量继续增大可最终出水TP去除率却下降分析原因可能是HRT8h以后系统中出现了没有有机物吸收的无效释磷由于聚磷菌无论是以NO345N为电子受体进行缺氧吸磷还是以O2作为电子受体进行好氧吸磷都需要氧化胞内的内源储存碳源PHA作为电子供体而无效释磷对于胞内储存碳源的合成没有任何贡献因此磷的去除率反而较低试验表明本系统最佳HRT在8h左右对缺氧吸磷的影响本系统中DPB在缺氧段利用厌氧段吸附COD合成的PHA作为电子供体以好氧段回流液提供的N0345N作为电子受体完成反硝化同时吸磷的过程缺氧段反硝化吸磷的多少与厌氧段的释磷量及合成PHA的量密切相关而厌氧段的释磷量和合成PHA的量又与系统HRT有关因此在考察HRT对厌氧段的影响时检测了缺氧段进出水TP浓度如图3由图3可见缺氧段磷的去除率低于出水中TP去除率这同样说明DBP在好氧条件下也具有吸磷性能在HRT为8h左右时缺氧吸磷率达到了最高随着HRT延长缺氧区吸收率反而下降这是由于随着HRT的延长厌氧段进水中的COD被消耗完后吸收和贮存PHA的过程己经基本上停止但微生物为了维持基础生命活动仍需不断地水解胞内聚磷以提供能量同时将水解产物磷酸盐释放出来这一过程就是所谓的无效释磷因此随着厌氧HRT的延长虽然厌氧释磷的总量增加但单位释磷量所产生的吸磷能力将随无效释磷5量的加大而降低当HRT6h时缺氧吸磷率很低这是由于厌氧段的HRT太短DPB不足以完全吸收进水中的COD并转化成胞内PHA后续的缺氧段DPB胞内没有足够的PHA以作为电子供体进行缺氧吸磷但氮的去除率不一定降低因为厌氧段没来得及吸收的COD进人缺氧段会直接被无吸磷性能的反硝化菌利用进行反硝化这样将不利于DBP的优势生长所以HRT不能小于6h由于本系统反应器厌氧段缺氧短好氧段容积是固定的无法单独考察各段HRT的变化对系统处理效果的影响只讨论了各段HRT比例固定情况下系统HRT对工艺的影响对好氧硝化段的影响好氧段主要是进行硝化作用为DBP在缺氧短提供NO345N电子受体在这里主要是自养好氧硝化菌为优势菌群但由于在好氧段装有弹性立体填料在其表面形成好氧生物膜由于生物膜的特殊结构溶解氧DO营养元素的扩散等作用生物膜由表及里依次形成了好氧缺氧厌氧的微环境在这里也存在同步硝化反硝化缺氧吸磷等生化反应在硝化的同时也具有去除TNTP的作用本系统之所以采用生物膜就是为了系统的稳定菌群形成优势以后不易流失且生物量较大进水成分CODTNTP分别维持在为250mgL60mgL8mgL左右内回流比R为12通过改变进水流量来改变系统HRT同时检测好氧段进出水氨氮和出水TNTP结果如图4由图4可见HRT越长氨氮的去除率越高说明HRT长对好氧段硝化有利这里当然6DO的影响很大虽然DO高对硝化有利但对TN去除并不好因为DO过高破坏了好氧段的微环境反硝化作用不存在了DO过低又不利于硝化也不利于生物膜更新本系统DO在35mgL左右结论生物膜反硝化除磷工艺中HRT过长虽然厌氧区释磷量有所增加但出水磷的去除率下降原因是HRT8h以后会出现无有机物吸收的无效释磷现象HRT8h时缺氧吸磷率反而下降原因是随着HRT的延长单位释磷量所产生的吸磷能力将随无效释磷量的加大而降低虽然HRT长有利于好氧区硝化但不利于系统除磷2该系统较短时不能在厌氧区充分吸收进水中的部分进入缺氧区会使不吸磷的反硝化菌过量繁殖而不利于在此形成优势菌群部分进入硝化段会造成硝化段好氧异养菌的过量繁殖对氨氮的氧化能力产生影响既不利于脱氮也不利于除磷3本研究通过考察HRT对厌氧释磷和出水TP去除率缺氧吸磷好氧硝化段的影响最后得出本系统最佳HRT在8h左右参考文献3王亚宜彭永臻王淑莹等反硝化除磷理论工艺及影响因素中国给水排水2003Vol1933364SEPAEditorialCommitteeonthemonitoringandanalyzingofwaterandwastewaterMethodsformonitoringandanalyzingwastewastewater3thMBeijingEnvironmentalSciencePressofChina2003inChinese基金项目中国化工科技基金项目中国化工发科200958号第一作者简介单德泉1975男硕士研究生辽宁大连人主要从事水污染控制城市废水营养去除研究通讯作者邮箱shandequan126com电话041186675734地址辽宁大连甘井子区山园街874邮编116103