AO工艺处理含海水污水的中试研究于德爽

~.~一一…一一一一匆犷A/O工艺处理含海水污水的中试研究于德爽1彭永臻2乔文涛3(1青岛大学环境科学与工程系,青岛266071;2北京工业大学环境与能源工程学院,北京100022;3烟台万斯特有限公司,烟台265200)摘要采用州O工艺对含海水城市污水生物处理进行了中试研究。试验结果表明:在常温条件下,进水CODer为300一500m岁L,氮氮为40一70mg/L,当污水中海水比例小于30%时(污水盐度为10.59/L),盐度对有机物及氛氮去除率均无影响;当污水中海水比例大于50%(污水盐度为17.59/)L时,有机物去除率下降而氛氮去除率无变化;当污水中海水比例大于70%(污水盐度为24.59/)L时,有机物及氮氮去除率均明显下降。说明污水中盐度对氮氮去除率的影响小于对有机物去除率的影响,污水中盐度对峭化过程自养菌的影响要小于对有机物降解过程异养菌的影响。关键词污水盐度生物处理中试有机物氛氮去除率利用海水冲厕是沿海地区解决水资源短缺的重要措施之一,而海水引入到城市污水处理系统后势必对污水的生物处理产生一定的影响,因此含海水城市污水的生物处理研究是一项非常重要的课题。如何确定含海水城市污水生物处理可以承受的耐盐极限,以及不同盐度时有机物及氨氮去除率的变化规律,对含海水污水的生物处理具有重要的指导意义。国内外一些学者采用了不同工艺对不同水质的含盐废水处理进行了研究,如对/0工艺、生物滴滤池、延时曝气活性污泥法、传统活性污泥法、BSR法、接触氧化法等。这些研究大多是实验室小型试验研究,而且多采用配水试验,因此其研究结果有一定的局限性。目前关于高含盐量对生物处理系统的影响的结论主要可以归纳为以下两种观念:①高含盐环境及盐浓度的变化对生物处理有抑制作用〔’一,」;②盐度不会降低废水生物处理的有机物去除率,适当的盐度可以提高污泥絮凝性,还对生物处理系统起到稳定作用`6一“了。这些研究结果关于盐度对生物处理影响的分歧,主要是由于污水水质的区别、盐度环境的差别以及嗜盐菌菌属的不同而引起。含海水城市污水的生物处理不同于高盐高有机物浓度的工业废水,其主要特点是有机物浓度及氨氮浓度低,可生化性强。另外,含海水城市污水生物处理嗜盐菌的培养与驯化也主要以海洋性嗜盐菌(生存的盐度范围1%一3%)为主。1试验材料和方法1,1试验装置试验装置见图1。曝气池有效容积为1000L,长1500em,宽1050。m,高800。m,采用普通钢板焊制。曝气池由3个廊道组成,分为缺氧区与好氧区,两区的体积比为1:2。曝气池底部装有微孔曝气器,采用鼓风曝气方式。经空压机压缩的空气通过砂芯石蕊曝气头向反应器内供气,供气量用转子流量计计量。A/O工艺的内循环及污泥回流均采用蠕动泵。在缺氧区设搅拌器,在缺氧反应时进行搅拌以使反应器内活性污泥能充分混合。内循环硝化液回流泵回流污泥污泥回流泵乘J余污泥口口口口口巨巨巨巨巨原原水池_________________________________````告告缺缺一好氧池匕匕匕匕匕氧氧氧氧氧氧氧氧氧氧参参参池池池池池二二二)))))国家科技部`,十五”攻关课题(2001BA610A一09)。图1中试装置示意中试的原水取自青岛市麦岛污水处理厂粗细格栅后,海水取自麦岛污水处理厂附近海边。原水及34给水排水vo一3一No.,2005DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2005.09.011....................曰........月曰二阴几月朋俪.旧曰里月阳粉惊.海水分别储存在容积为500L的容器中,通过蠕动泵供水。二次沉淀池采用竖流式,直径40。m,高850emo1.2试验方法试验所用原水的水质:eODer300一500mg/L,NH3一N40一70mg/L。试验用活性污泥菌种来自青岛市莱西污水处理厂。bal氧化沟工艺的二沉池污泥,其N--3Q一N10一巧n官L,N街一N小于In官oL试验条件:水温为常温20一25℃,pH7一8,溶解氧3一4mg/L,污泥浓度3一3.59/L。检测项目:氨氮,钠氏试剂分光光度法;硝态氮,察香草酚分光光度法;亚硝态氮,N一(1一蔡基)-乙二胺光度法;pH,pZHn型台式酸度离子计,HANNA;DO,温度,YSIMODEL50B溶解氧测定仪;C()Dcr,重铬酸钾法。试验中通过改变海水占生活污水比例,考察不同盐度情况下有机物及氨氮去除率的变化。2试验结果分析2.1盐度对有机物去除的影响海水是一个含有多种无机物和有机物的复杂溶液,海水的含盐量一般在3.5%左右,高盐度使得海水中的饱和溶解氧(DO在6mg/L左右)降低,海水中有机物C()DM。在0.47一1.63mg/L。海水中对污水中微生物可能产生影响的离子主要有:K+,Na十,c扩十,Mg“+,s碳一,lC一,这些离子中除lC一以外,其他元素都是生物正常生长所必需的营养成分,低浓度时对生物生长有促进作用,但高浓度时会产生强烈的抑制作用。海水中lC一浓度是淡水的2481倍,因此海水的盐度主要是由lC一浓度引起。海水进入污水后其盐度的高低直接影响到水的活度,从而导致水的渗透压发生变化。为了考察盐度对含海水城市污水生物处理系统的有机物去除率的影响,在活性污泥系统经过成功驯化达到稳定的处理效果后,逐步增加污水中盐度,分为59/L,10岁L,159/L,20酬L,259/L等阶段。试验自2003年8月1日起至2003年12月25日结束。在每个阶段达到稳定的处理效果后,才进入下一个阶段的试验,试验结果见图2。系统在前5周为驯化阶段,污水中的盐度为59/L,此时CODer去除率高于85%,出水CODCr在50mg/L左右。说明在低含盐量时盐度对有机物去除率没有任何影响。然后系统进水的盐度增至109/L,污水中海水的比例接近30%(污水盐度为10.59/L),此时OCDcr去除率和出水CODcr浓度仍很稳定,表明了在海水冲厕用海水范围内,盐度对有机物去除率没有明显影响。之后将进水盐度增至巧g/L情况也一样,未见异常现象,但此时出水浊度有所下降。在第n周,污水中海水的比例大于50%(污水盐度大于17.5g/L),出水水质恶化,在进水OCDcr只有348mg/L的情况下,出水cODc:已达到1nmg/L,在稳定4个周期后处理效果有所恢复,有机物去除率仅达70%。第16周期相应污水中海水比例超过70%时(盐度增至24.59/)L,出水水质更加恶化,有机物去除率降至60%以下,出水。沉无r高达巧0mg/L,此时已不能满足城市污水处理厂二级排放标准的要求。可以认为24.59/L盐度是能够保证含海水城市污水处理正常运转的耐盐极限。-.-进水~出水~去除率芝铸逝报ó。00。0090807060504030加10lll!!!气气1.!___洲洲洲10gLLL/淋脚蚁蚁吐吐lll,曰含州日、、{15gL/{20叭}25叭二二一一}5叭:::::l【IIIlll一一一L沪犷~衬~德德一一!!!!!!!吟吟吟吟吟一一I」口`~,,,,习习曰甲一一一Jr-11111lllllllllllll,,,,图2不同盐度时COD。去除率变化2.2盐度对氨氮去除的影响考察盐度(lC一浓度)对留O工艺氨氮去除的影响,与有机物去除的影响同步进行。主要观察污水在盐度分别为59/L,109/L,159/L,209/L,25岁L等不同阶段时氨氮去除的变化情况,试验结果见图3。试验所用活性污泥取自Obral氧化沟工艺的二沉池活性污泥,氏bal氧化沟特有的三沟溶解氧呈。一1一2哩/L分布形态,为活性污泥系统提供了一个很好的脱氮条件。试验初期氧化沟活性污泥的硝态氮为15mg/L左右,亚硝态氮小于1哩/L。试验温度为20一25℃,PH为7一8,进水氨氮40一70mg/L,好氧段水力停留时间为8.5h,反硝化时间1.5h。试验自2003年8月1日起,系统在前5周为驯化阶段,污水中的盐度为5岁L。此时氨氮去除率在给水排水vo一31No.,200535,移牙.—-·一·一..卜~州卜~NO卜N进水N场一N~叫阶.~,含-NO百一N出水NH3一N`日比日、21曰出之251闪孙八才卜1嚣20卜.11{l物逐渐减少,当海水比例达到70%时丝状菌及原生动物基本已经不存在,而菌胶团变得更为密实,此时絮凝体变得细小,异常紧密。污水中有机物的降解主要靠污水中大量微生物的共同作用完成,盐度的增加导致了活性污泥中微生物种属数量减少,从而使有机物降解速率下降、有机物去除效率降低。当海水比例小于30%时,微生物种群的种类与数量变化不大,因此有机物的去除效率变化也就不大;当海水比例增加到70%时,微生物种群的种类与数量迅速减少,也就导致有机物去除效率明显下降。但活性污泥系统中硝化菌只占活性污泥微生物的5%左右,而且硝化菌是自养微生物,因此从硝化菌的性质与数量上看,盐度对硝化菌等自养菌的影响要小于对有机物降解中异养菌。活性污泥中某些嗜盐细菌如亚硝酸单胞菌(N.eu护’o加ariwn呀兀以为1892)、硝化球菌(N.阴d%价.朋艺义功以Waet护亡uyr1971)、海洋亚硝化球菌(N.oceanu:)等能够在海水与亚硝酸盐环境中生存,而且这些嗜盐菌能随着盐度的提高逐步变化其适用能力,因此在高盐度情况下仍能保持较高的氨氮去除率。试验中还发现海水的盐度(1C一浓度)对硝化菌与亚硝化菌的影响程度是不同的,在硝化反应过程中硝化菌的增长受到抑制从而造成了很高亚硝酸盐的积累(亚硝化率大于95%),形成了短程硝化过程。这对于含海水污水的脱氮处理具有重要的理论价值与实际意义。3结论(l)当污水中海水比例小于30%时,盐度对有机物及氨氮去除率均无影响;当污水中海水比例大于50%时,有机物去除率下降而氨氮去除率无变化;当污水中海水比例大于70%时,有机物及氨氮去除率均明显下降。说明了含海水城市污水的生物处理应适当控制污水盐度,尽量使污水中海水比例控制在50%以内,这样能够同时保持较高的有机物及氨氮去除率。(2)污水中盐度对氨氮去除的影响小于对有机物去除的影响,也表明了污水中盐度对硝化过程自养菌的影响要小于对有机物降解过程异养菌的影响。30204010sgL/)logL/{15gL/!20幼J{25叭ù、à0佗ù,直..且曰初卫ZJ旧ON仍Z南ON。}不J共次1jjl91113时间/周霭J节号犷箭”图3不同盐度时氨氮去除情况85%以上,出水氨氮在10mg/L左右,但N呀一N浓度与N街一N浓度发生了明显相反的变化,N呀一N浓度迅速降低,而N街一N浓度逐渐升高。污水中海水的比例大于50%(污水盐度大于17.59/L),氨氮去除率变化不大,N--Os一N浓度继续降低,至第10周N--Os一N浓度已低于1mg/L,N街一N浓度继续升高,至第n周达到13mg/oL此时亚硝化率【N街一N(/N街一N十N--Os一N)」已超过90%,说明盐度(lC一浓度)抑制了硝化菌的增长。继续保持增加污水中盐度为209/L,259/L(海水比例大于70%),此时氨氮去除率逐渐下降。值得注意的是当盐度超过209/L时,这时虽然亚硝化率仍然很高(90%以上),但随着盐度的增加亚硝态氮浓度也逐渐降低,说明高盐度不仅抑制硝酸菌的生长,而且同时对亚硝酸菌的生长也有一定的抑制作用。待污水盐度增加至259/L时,这种现象更为明显,出水氨氮已超过巧mg/L,氨氮去除率低于70%。这一结果表明采用A/O工艺处理含海水的城市污水,海水比例不能超过70%(相应盐度24·59/L),否则氨氮去除效果下降。2.3盐度对有机物及氨氮去除影响的分析比较盐度对生活污水有机物(cocDr)降解、硝化过程的影响程度可以从活性污泥系统中微生物性质变化中得到证实。试验中活性污泥取自城市污水处理厂Obral氧化沟工艺的二沉池活性污泥,镜检结果显示其中生物相十分丰富,丝状细菌、菌胶团、原生动物种类繁多,此时活性污泥颗粒很大,菌胶团呈封闭状,絮凝体紧密度不好。随着海水比例的提高,污水中的生物相发生了较大变化,活性污泥中原生动36给水排水vol.31而.,2005-...................