OBCO工艺反硝化除磷特性的影响

中国环境科学2014,34(11)：2844~2850ChinaEnvironmentalScience硝化液回流比对A2/O-BCO工艺反硝化除磷特性的影响王聪1,王淑莹1*,张淼1,汪传新1,薛晓飞2,庞洪涛2,彭永臻1(1.北京工业大学,北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室,北京市污水脱氮除磷处理与过程控制工程技术研究中心,北京100124；2.北控水务(中国)投资有限公司,北京100124)摘要：以低C/N城市生活污水为处理对象,重点考察了硝化液回流比对A2/O-BCO(生物接触氧化)工艺脱氮除磷特性的影响.在A2/O反应池水力停留时间(HRT)为8h,污泥回流比为100%条件下,将硝化液回流比分别设定为100%、200%、300%和400%进行试验.结果表明,系统在A2/O中实现了反硝化除磷,具有很好的同步氮磷的去除效果,出水COD浓度均在50mg/L以下.上述不同硝化液回流比下总氮(TN)去除率分别为48.8%、66.5%、75.6%和62.5%,总磷(TP)去除率分别为86.0%、90.3%、91.0%和95.0%.在硝化液回流比为300%时,系统平均出水TN和TP浓度分别为14.96mg/L和0.49mg/L.系统反硝化除磷量随着硝化液回流比的增大略有增加,在硝化液回流比为400%时,反硝化除磷量高达磷总去除量的98%.关键词：A2/O-生物接触氧化工艺；深度脱氮除磷；反硝化除磷；硝化液回流比中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-6923(2014)11-2844-07EffectofnitraterecyclingratioondenitrifyingphosphorusremovalcharacteristicsinA2O-BCOprocess.WANGCong1,WANGShu-ying1*,ZHANGMiao1,WANGChuan-xin1,XUEXiao-fei2,PANGHong-tao2,PENGYong-zhen1(1.KeyLaboratoryofBeijingforWaterQualityScienceandWaterEnvironmentRecoveryEngineering,EngineeringResearchCenterofBeijing,BeijingUniversityofTechnology,Beijing,100124,China；2.BeijingEnterprisesWaterGroup(China)InvestmentLimited,Beijing100124,China).ChinaEnvironmentalScience,2014,34(11)：2844~2850Abstract：Thecharacteristicsofbiologicalnitrogen(N)andphosphorus(P)removalunderdifferentnitraterecyclingratioswereinvestigatedinaAnaerobic/Anoxic/Oxic(A2O)-BiologicalContactOxidation(BCO)systemwhentreatinglowC/Ninmunicipalwastewater.TheresultsindicatedthattheremovalofNandPwasachievedsimultaneously,anddenitrifyingphosphorusremoval(DPR)processwasrealizedwiththetotalhydraulicretentiontime(HRT)ofA2Oat8h,sludgerefluxratioof100%,andnitraterecyclingratiossetas100%,200%,300%and400%respectively.TheeffluentconcentrationofCODwaslessthan50mg/L.Theremovalefficienciesoftotalnitrogen(TN)were48.8%,66.5%,75.6%and62.5%,andtheremovalefficienciesoftotalphosphorus(TP)were86.0%,90.3%,91.0%and95.0%undervariousnitraterecyclingratios.Whenthenitraterecyclingratiowassetat300%,averageconcentrationofTNandTPineffluentwere14.96mg/Land0.49mg/L.Theamountofdenitrifyingphosphorusremovedwasincreasedslightlyasthenitraterecyclingratioimproved.Whenthenitraterecyclingratiowassetat400%,theamountofPremovedbyDPRaccountedfor98%ofthetotalphosphorusremoved.Keywords：A2/O-biologicalcontactoxidation(BCO)combinedprocess；deeplybiologicalnitrogenandphosphorusremoval；denitrifyingphosphorusremoval；nitraterecyclingratio我国城市污水低C/N的问题,使旧污水处理厂大多已经达不到新污水排放标准[1],这就要求污水厂能够采用新的运行工艺或者在原来构筑物基础上能够结合其他工艺来实现低C/N污水氮磷的高效去除.传统的厌氧/缺氧/好氧(A2/O)工艺[2]在我国应用最广,这是一个顺次为厌氧、缺氧和好氧的单污泥悬浮生长系统,影响A2/O工艺处理效果的问题主要有3个[3]:收稿日期：2014-02-28基金项目：国家“863”项目(2012AA063406);北京市科技计划项目(D12110900010000)*责任作者,教授,[e-mail]11期王聪等：硝化液回流比对A2/O-BCO工艺反硝化除磷特性的影响2845第一,硝化菌与聚磷菌(PAOs)间长短污泥龄(SRT)的矛盾;第二,由于硝态氮存在,反硝化菌会与PAOs竞争碳源,所以传统工艺回流污泥中的硝态氮影响PAOs在厌氧区释磷,净磷释放在反硝化未完成之前是不会出现的[4];最后,在污水C/N过低时,碳源的缺乏是影响同步脱氮除磷的重要因素[5].由于城市污水中C/N一般较低,使得单一的运行系统很难达到日益严格的排放标准.因此,在无需改造现有A2/O系统的同时获得较好的污染物去除效果是一个挑战[6].陈永志[7]、王建华等[8]对于A2/O-BAF系统的研究,在解决上述问题方面有较大优势.在A2/O-BAF系统中,A2/O中实现了反硝化除磷,且污水中可生物降解COD基本被完全利用;BAF中只完成氨氮的氧化,生成的硝态氮回流至A2/O反应器的缺氧段,从而提供一个相对严格的厌氧环境[9-10].但A2/O-BAF系统仍存在下述问题:首先,BAF的堵塞问题,在正常运行过程中,BAF的滤池性质必然会导致堵塞,增加日常运行与维护费用;其次,BAF水头损失较大,水的总提升高度较大[11],对提升泵以及风压的要求较高.经分析,本研究提出了A2/O-BCO系统,用不需反冲洗的BCO替代BAF单元,以解决BAF的堵塞问题,且BCO单元池型为多格室完全混合式与推流式相结合的型式,容易根据氨氮负荷控制各段曝气量,从多方面节约运行与维护能耗.A2/O-BCO系统提高了反应速率和处理效果,但运行参数对这一新系统的性能影响还不明确.本研究对从BCO单元产生的硝化液以不同回流比回流到A2/O反应器的缺氧段进行了试验,并以实际生活污水为处理对象,连续运行5个月,考察了硝化液回流比对A2/O-BCO系统同步脱氮除磷效果的影响.1材料与方法1.1试验装置及运行程序A2/O-BCO双污泥系统流程见图1,A2/O为活性污泥法,BCO为生物膜法.A2/O有效容积为40L,厌氧区(ANA)、缺氧区(AN1和AN2)和好氧区(O)容积比为1:3:1,为了保证良好的推流式完全混合反应条件,及反硝化除磷反应彻底进行,在A2/O中设置两段缺氧区,好氧区主要吸收剩余的磷和吹脱氮气;BCO反应池有效容积为24L,进行硝化反应,均分为3个格室(记为N1、N2和N3),每格室均填充聚丙乙烯材质环形悬浮填料,填充率为45%,填料尺寸为D25mm×10mm,中心有网格结构,密度为0.96g/cm3,孔隙率为95%,有效比表面积为500m2/m3.A2/OBCOANAAN1AN2污泥回流流量计鼓风机硝化液回流原水水箱N1N2N3流量计中间水箱出水水箱中间沉淀图1A2/O-生物接触氧化系统流程示意Fig.1SchematicdiagramofA2/O-BCObiologicalprocess1.2接种污泥和试验污水A2/O反应池和BCO反应池接种污泥均取自以实际生活污水为处理对象的中试SBR反应器,污泥浓度为2500~3500mg/L.经过30d的驯化,A2/O系统达到稳定.BCO反应池闷曝3~5d后,排空污泥;随后连续进生活污水,以动态的自然培养方法挂膜;2846中国环境科学34卷根据挂膜进程逐渐加大进水负荷直至设计流量,当COD去除率80%,NH4+-N去除率85%时,标志生物膜挂膜基本完成.BCO反应池开始以A2/O反应池出水(可降解COD基本被去除)作为进水,1个月后,NH4+-N去除率平均高达97.8%.试验采用北京工业大学教工住宅小区化粪池生活污水,试验期间原水水质特点见表1,原水pH值平均为7.4,试验均在室温下进行.表1原水水质特点Table1Theinfluentcharacteristics项目COD(mg/L)NH4+-N(mg/L)NO3--N(mg/L)NO2--N(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)C/NC/P范围97.62~318.2050.54~70.440~0.540~0.2353.21~74.643.74~7.381.56~5.2649.58~67.26均值200.3763.890.230.1064.255.453.4842.351.3分析方法MLSS、COD等指标采用标准方法测定[12],水样采用0.45µm中速滤纸过滤,PHA采用Agilent6890N型气相色谱以及AgilentDB-1型气相色谱柱、按照Oehmen等[13]改良后的方法测定;PO43--P,NH4+-N,NO2--N,NO3--N由LachatQuikchem8500型流动注射仪测定(LachatInstrument,Milwaukee,wiscosin);TN通过TN/TOC分析仪(MultiN/C3100,AnalytikJena,AG)测定,采用WTW,Multi340ipH/DO仪测定pH值和溶解氧(DO).根据Wachtmeister等[14]推荐的方法计算反硝化聚磷菌(DPAOs)占PAOs的比例,具体方法是,从A2/O反应器的好氧段取2L活性污泥,离心分离后用蒸馏水清洗两遍,以去除残余的COD和其他物质的影响,并定容到2L至密闭的小试SBR反应器中,放在磁力搅拌器上搅拌,同时加入无水乙酸钠,使初始时刻COD为200mg/L,进行2h厌氧反应;反应结束后,离心分离,将活性污泥清洗两遍,去除剩余COD,然后均分为2份并定容至1L,1份好氧曝气,使DO维持在3~4mg/L,另1份加入NaNO3,使初始NO3--N浓度为30mg/L,缺氧搅拌,反应时间均为2h,缺氧最大吸磷速率/好氧最大吸磷速率即为系统中DPAOs占PAOs的比例.1.4试验安排A2/O进水流量为5L/h,A2/O反应池内HRT为8h,SRT为12d,污泥回流比为100%,试验开始后