1、第7卷第7期2006年7月環境污染治理技術與設備TechniquesandEquipmentforEnvironmentalPollutionControlVol.7,No.7Jul.2006連續流間歇曝氣氧化溝處理生活污水脫氮除磷研究喬海兵1,2 王淑瑩1* 李桂榮 侯紅勛 彭永臻 郭東良3112(1.北京工業大學北京市水質科學與水環境恢復工程重點實驗室,北京100022;2.河南省城市規劃設計研究院有限公司,鄭州450000;3.鄭州大學環境與水利工程學院,鄭州450002)摘 要 為了提高低C/N(3.03.5)生活污水的脫氮除磷效率,對設置選擇池和厭氧池的氧化溝工藝采用了微孔曝氣加攪拌

2、的實驗方式和連續流間歇曝氣的運行方式,通過對總循環周期(tc)、曝氣率(fa)以及出水穩定性的分析討論,得出TN負荷在0 02kgN/kgMLSS d下,控制氧化溝曝氣時間與總停留時間比在40%左右時,能實現80%以上的除氮率和35%以上的除磷率。與連續曝氣氧化溝相比,不僅出水水質更好,而且節省能量。關鍵詞 間歇曝氣 脫氮除磷 氧化溝中圖分類號 X703 1 文獻標識碼 A 文章編號 1008-9241(2006)07-0011-04Studyonnitrogenandphosphorusremovalfromdomesticsewageinoxidationditchwithintermit

3、tentaerationQiaoHaibing WangShuying LiGuirong HouHongxun PengYongzhen GuoDongliang(1 KeyLaboratoryofBeijingforWaterQualityScienceandWaterEnvironmentRecoveryEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100022;2 HenanCityPlanningDesign&ResearchInstituteCo.Ltd.,Zhengzhou450000;3 SchoolofEnviron

4、mentandWaterConservancy,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450002)1,213112Abstract InordertoimprovethenitrogenandphosphorusremovalefficiencyofdomesticsewagewithlowC/Nratio,anoxidationditchwithselectorandanaerobictankisstudied.Duringthestudy,theaerationandag-itationareseparated,andcontinuousflowandintermit

5、tentaerationarecarriedou.tThroughthediscussionofthetotalcycletime(tc),aerationratio(fa)andeffluentstability,wecanconcludethatabout40%aerationtimeisneededwhenTNloadis0 02kgN/kgMLSS dtoremovemorethan80%ofnitrogenand35%ofphosphorus.Comparingwiththecontinuousaerationsystem,theintermittentaerationsystemc

6、anobtainbettereffluentqualityandsaveenergy.Keywords intermittentaeration;nitrogenandphosphorusremova;loxidationditch近年來,隨著水體富營養化的加劇,氮磷的排放標有較高的脫氮能力。除此之外,鄧榮森等對四川準越來越嚴格,但是由于生活污水中碳源不足,氮源過某污水廠進行了連續流間歇曝氣運行,提高了系統量已較為普遍,這對脫氮除磷提出了更高的要求,如何的氧利用率,取得了75%的總氮去除率。在氧化溝5改進方面,汪永紅等提出了微孔曝氣器加攪拌的在低C/N下高效脫氮除磷已成為研究的熱點。13金春姬

7、等研究了容積為4 6m的間歇曝氣氧化溝工藝,該工藝可使池體有效水深達6m以上,6,7池,得出低C/N(3 0以下)TN負荷0 05kgN/kg既減少占地又提高了氧利用率。XiaodiHao等MLVSS d下,當曝氣時間與總反應時間比在0 5指出氧化溝內曝氣和攪拌分解可以在空間上形成缺以上時,TN去除率可達40%。LyunookKim等24利用有效容積為4L的交替式缺氧好氧反應器進行研究表明,該系統可將生活污水中的TN濃度降低到38mg/L以下。喻文熙等利用容積為40L的反應器對城市污水進行連續流間歇曝氣實驗,結果表明,基金資助:國家自然科學基金資助項目(50521140075);北京市科委國際

8、合作項目收稿日期:2005-04-25;修訂日期:2005-10-11作者簡介:喬海兵(1979),碩士,主要從事水污染控制工程設計工作。Emai:lbridges2592通訊聯系人,wsy12環境污染治理技術與設備表1 生活污水水質表Table1 Waterqualityofsewage項目CODNH+4-NO3-N-N濃度范圍(mg/L)201 4250 558 6367 640 781 1861 3870 665 396 45第7卷氧區,有利于提高反硝化速率。然而,目前較少有人對曝氣攪拌分離的改良型氧化溝工藝進行連續流間歇曝氣實驗研究,因此本實驗在工藝設計上,采用微孔曝氣加攪拌推流,將氧

9、化溝的充氧和推流功能分解開。在運行方式上,針對前期連續曝氣試驗TN去除率不高(55%左右)的狀況,進行了連續流間歇曝氣實驗。這是將連續流活性污泥法和SBR法相結合的實驗方式。本研究探討間歇曝氣周期對該氧化溝工藝脫氮除磷的影響。均值(mg/L)225 963 110 9866 025 92TNPO3-4-P1 材料與方法1.1 實驗污水實驗采用的生活污水是北京工業大學家屬區化糞池污水,其特點是C/N較低,污泥中有機質含量1.2 實驗裝置本實驗裝置由前置選擇池和厭氧池的氧化溝(252L)和沉淀池(100L)組成,模型均為有機玻璃制成。實驗裝置見圖1。進水連同回流污泥的30%從選擇池進入,回流污泥的

10、70%進入厭氧池。混合液從厭氧池的狹縫(由于本實驗裝置狹縫偏大,造高,MLVSS/MLSS在0.8以上,具體水質情況如表1成厭氧池與氧化溝返混,所以放磷效果不佳,進而影響系統除磷)進入氧化溝。采用微孔曝氣頭曝氣,所示。圖1 實驗裝置圖Fig.1 Schematicdiagramofoxidationditchprocess非曝氣區采用攪拌器攪拌推流并防止污泥下沉。曝氣區和攪拌區用插板分割,插板上留有直徑為25mm的孔2個。利用定時器控制間歇曝氣周期,模型中安裝了DO、ORP及pH探頭連續監測氧化溝出水端溶解氧、氧化還原電位及酸堿度值。1.3 測試指標及方法表2 測試指標及方法Table2 An

11、alyticalitemsandmethods測試指標CODNH+N4-NO3-N1.4 實驗運行為了保證系統中硝化菌的優勢生長及維持一定的污泥濃度(MLSS=4500mg/L),泥齡控制在16d,從沉淀池底部連續排泥。污泥回流比100%,水力停留時間15 7h,其中選擇區0 4h,厭氧區1 3h,氧化溝14h。沉淀池停留時間4 5h。由于實驗所用污水C/N較低,而且污泥中有機質較高(MLVSS/MLSS=0 88),再加上氧化溝的低負荷和完全混合的特點,實驗過程中SVI一直維持在200L/mg左右。實驗過程中恒定曝氣量。實驗中出水取自沉淀池出水,進水和出水均是連續14h的每2h的混合樣,所采

12、用的曝氣時間/停氣時間分別為1 5h/1 5h、1h/2h、2h/2h、1 5h/2 5h,標定為階段、,總循環周期(tc)分別為3、3、4和4h,曝氣率(fa)分別為0 5、0 33、0 5和0 38。分析方法重鉻酸鉀快速測定法納氏試劑光度法麝香草酚光度法堿性過硫酸鉀消解光度法抗壞血酸-鉬藍分光光度法104 烘4h恒重WTW在線監測儀TNPO3-4-PMLSSDO/pH/ORP第7期喬海兵等:連續流間歇曝氣氧化溝處理生活污水脫氮除磷研究132 結果與分析2.1 氮磷污染物去除總體特性整個研究階段歷時4個月,不同間歇曝氣周期系統的脫氮率從60 8%升高到74 2%。2h/2h和+-3-系統出水

13、NH4-N、NO3-N、TN和PO4-P濃度如圖21 5h/2 5h階段也證明tc一定,fa從0 5降低到,脫氮率從61 2%升高到82 1%。這是因為所示。從圖中可見,系統總體上維持較低的氨氮出0 375水濃度(<3mg/L),其中階段、均小于1mg/L,隨著停氣期的增加,進水中的有機物進入溝內,作為這說明系統的硝化效果很好。階段、總氮出水反硝化的外碳源,從而使反硝化速率加快。維持在25mg/L左右,階段總氮出水在15mg/L2.1.3 4種工況下除磷因素影響左右,而階段總氮出水在15mg/L以下。4個階從圖2可知,各種工況下磷的去除率均在45%以段磷酸鹽出水均在2 5mg/L以上,隨

14、著停氣期的增下,除磷率較低主要有以下原因:(1)系統C/N較低,加,磷酸鹽出水濃度增加,階段最高達到了碳源不充分;(2)回流污泥帶入前置缺氧區厭氧區4 0mg/L。從表3可知,階段、的總氮去除率只有60%左右,階段最高達到了82.1%。磷酸鹽的去除率總體都不高,基本上在40%左右。NO3-N濃度較高,致使厭氧池內硝態氮超過0 5mg/L,厭氧區難以滿足厭氧條件,磷釋放不充分;(3)在停止曝氣階段,氧化溝內DO濃度較低,對聚磷菌吸收磷有一定抑制作用;(4)污泥齡較長,排泥量少。階段I除磷率相對高,達到了44.5%左右,因為該階段fa高,曝氣期DO相對較高,有利于微生物好氧吸磷,而停氣期溝內硝態氮

15、濃度較高,可能發生缺氧吸磷,避免造成厭氧狀態進而二次釋磷。圖2 不同間歇曝氣周期出水氨氮、硝態氮、總氮及磷酸鹽濃度變化Fig.2 Dynamicsofammonianitrogen,nitrateandphosphateconcentrationintheeffluentduringdifferentintermittentaerationcycles表3 4階段下氮磷去除率情況Table3 N&Premovalefficiencyin4steps階段總氮平均去除率(%)60 861 274 282 1磷酸鹽平均去除率(%)44 543.139.538.1-2.1.2 fa對系統脫氮的

16、影響由1.5h/1.5h和1h/2h階段的運行結果可知,在tc一定的情況下,隨著fa從0 5降低到0 33,曝氣率同為0 5的階段,除磷率為43 1%,比階段I略低,這是好氧缺氧頻率較低,DO相對較低,吸磷不充分。階段、除磷更差,低于40%,這是由于fa低,好氧吸磷不佳,同時脫氮效果較好,溝內硝態氮低,容易造成停氣期的厭氧環境,導致二次放磷。2.2 運行穩定性為了進一步探討4種工況下的曝氣期和停氣期出水波動性情況,試驗中每隔一定時間對出水中的+-3-NH4-N、NO3-N、TN和PO4-P濃度進行測定,結果如圖3所示。由圖3可見,整體上出水在曝氣和停氣階段波動性不大,各項指標變化幅度均在2mg

17、/L以內,主要原因分析如下:(1)氧化溝的停留時間長達15 7h,溝內抗沖擊負荷能力強;(2)系統一直處于膨脹狀態(SVI=200左右),故停氣階段,溝內污泥仍呈懸浮狀態,克服了短流的影響;(3)停氣期氧化溝出水為混合液上清液,因此在污泥回流比不變時,停氣期溝內污泥濃度略高于曝氣期,較高的污泥濃度有利于硝化和反硝化。總之,由于階段、過程的停氣期相對較長,出水的穩定性要劣于階段、。2.3 DO、ORP和pH控制實驗過程中將在線監測儀表放置在氧化溝出水端,各曝氣/停氣周期各指標的變化如表4所示。2.1.1 總循環周期(tc)對系統脫氮的影響由1.5h/1.5h和2h/2h階段的運行結果可知,在曝氣

18、率(fa=0 5)相同的情況下,系統的脫氮率變化不大,均為60%左右,但是出水中氨氮和硝態氮的比例有所不同,即隨著tc的增大,氨氮的濃度有所升高,同時硝態氮的濃度有所降低。其原因為tc較小,周期較短,好氧和缺氧交替頻率較高,系統中的DO水平相對較高,有利于硝化,同時也有利于消除停氣期的短流影響。然而,周期較短也會導致系統從好氧到缺氧環境的轉變不徹底,造成硝態14環境污染治理技術與設備第7卷圖3 4個階段出水中氨氮、硝態氮、總氮和磷酸鹽濃度隨時間變化Fig.3 Dynamicsofammonianitrogen,nitrateandphosphateconcentrationintheefflu

19、entalongwiththetimeduringfourdifferentconditions表4 4種模式下DO、ORP和pH數據表Table4 DataofDO,ORPandpHunderfourmodels項目DO(mg/L)ORP(mV)pH曝氣結束停氣結束曝氣結束停氣結束曝氣結束停氣結束(1.5h/1.5h)3.03.50.020.03103105-78-837.45(2h/2h)2.73.00.020.038995-89-927.217.257.467.48(1h/2h)1.82.00.020.036468-105-1017.54(

20、1.5h/2.5h)20.035258-150-1577.437.447.537.54由表4可見,隨著曝氣率fa的減小和總循環周期tc的增加,曝氣結束時DO濃度遞減,階段曝氣結束時DO相對較低,此時發現氨氮濃度較高,因此可以考慮DO作為硝化是否完全的模糊控制點。、階段ORP值均在-100mV以下,因而氧化溝內可能出現二次放磷現象,此時磷酸鹽濃度較高。曝氣期硝化作用占優勢,消耗堿度,故曝氣結束時,pH最低,停氣期反硝化占優,產生堿度,故停氣末,pH最高。4個階段均反映了此規律。(3)進一步尋找DO、ORP和pH在連續流間歇曝氣過程中的變化規律,從而變實時控制為在線控制將具有非常重要的意義。參考文獻1金春姬,佘宗蓮,等.間歇曝氣周期對低C/N比污水生物脫氮的影響.環境污染與防治,2003,25(5):2572582.ILyunookKim,OliverJ.Hao.pHandoxidation-reduc-tionpotentialcontr