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全国氨氮污染控制技术高峰论坛Natl加alammoniapollutioneontroIteehnoIogySummitForum低溶解氧条件下悬挂链曝气fo工艺去除氨氮的生产性研究赵卫兵,张强,彭闻(机科发展年翎搬份有限公司,北京1田044)摘要:通过对悬挂链曝气A20工艺处理生活污水工程应用的研究。考察溶解氧(DO)的变化对系统氨氮去除及温度对系统硝化速率的影响。对运行参数进行分析,试验结果表明,低溶解氧(Do,0.smg/L一1.smg/L)条件下系统氨氮去除率为93%,TN的去除率达69.45%。温度对系统硝化速率影响较大,温度为28℃时工艺的硝化速率为12℃时的.224倍。工艺较长的水力停留时间补偿了低温对硝化速率的影响。运行结果表明,低氧悬挂链曝气AZo工艺具有良好经济效益和氨氮去除率。关键词:溶解氧;悬挂链曝气A20工艺;氨氮去除率;硝化速率己t雀绪砂.「刁随着我国工、农业生产的发展,人口的增长,各种污染物的排放量也不断增加,对环境尤其是水体造成了严重的污染,水环境中氨氮的污染因子浓度也在上升。目前,我国氨氮排放量远远超出受纳水体的环境容量。氨氮已成为现阶段影响我国水质的主要污染因子。国家环境保护“十二五”规划,已经将氨氮污染物纳入全国水污染物排放约束性指标。高效、经济的氨氮污染物处理技术,已经成为控制氨氮污染的关键。近年,A20工艺以其处理效果高、出水水质好和工艺流程简单等优点而受到关注,广泛应用于城市污水处理厂。传统A20工艺对有机物和SS的去除效果明显,但是对于氮元素的去除效果不佳〔,一2]。其原因是由于硝化菌相对于其他菌种对环境条件的变化更为敏感,因为硝化菌的世代周期长,当系统环境改变时,它与异氧微生物竞争往往处于劣势。硝化过程受到抑制,氨氮去除率降低,系统中缺少足量的硝酸盐氮,进而影响反硝化过程,使得总氮去除率降低。研究采用改良型AZO工艺,即悬挂链曝气AZO工艺处理城镇生活污水。该工艺具有较低的污泥负荷,高效的曝气系统与运行参数可调的配套设备,为系统中硝化菌提供良好的生长环境,确保了系统对氨氮的去除效率。以采用该工艺的某县级污水处理厂为试验基地进行生产性试验研究,考察不同溶解氧(DO)、温度对系统氨氮赵卫兵等:低容解氧条件下悬挂链曝气A20工艺去除氛氮的生产性研究去除率的影响。试验结果将为采用该工艺的污水处理厂的运行管理提供技术参考。1材料及方法1.1污水处理厂工艺简介该污水处理厂,一期工程设计规模为2万m3d/,远期污水处理厂规模为4万扩d/。工艺流程由预处理段、生物处理段、深度处理段和污泥处理段组成。污水经粗格栅除去粗大杂物后,经泵房提升进入细格栅间,去除细小杂物。之后进入沉砂池,污水经沉砂池后,进入生化综合池(Biolak型AZO工艺)。处理后的水进入深度处理区(絮凝反应池+V型滤池),进一步去除水中的悬浮物及总磷,滤池出水继而进入消毒渠,经消毒后出水达标排放。剩余污泥排入贮泥池,经带式压滤脱水后外运。1.2低氧悬挂链曝气fo工艺原理与特点悬挂链曝气AZO工艺,反应流程如图1所示。该工艺采用传统厌氧一缺氧一好氧池型组合,在生化进水端增加调节堰门,实现进水在厌氧池和缺氧池的分配流量可调。在工程应用上为了保证出水指标达标,特别是出水氨氮达标,在设计过程中污泥负荷要高于传统AZO工艺。曝气池采用悬挂链曝气装置。悬浮式移动曝气器的不规则运动,造成了曝气池内曝气区域与不曝气区域间隔存在,运行中对曝气池内的溶解氧调控可以造成好氧与缺氧的间隔交替存在,即形成多级A0/段。通过生产性实验证实,在低溶解氧的状态下,该工艺COD、NH3一N、NT均有较高的去除率,同时曝气池内存在明显的脱氮现象。低氧脱氮微观理论认为在较低溶解氧条件下,微生物絮体内部易形成DO梯度,微生物絮体的外表面溶解氧较高,以好氧菌、硝化菌为主;深入絮体内部,氧传递受阻及外部氧的大量消耗,产生缺氧区,反硝化菌去除除了异氧菌好氧分解外,通过反硝化菌和聚磷菌在缺氧厌氧微环境下也去除了部分c0D【31。宏观上,低溶解氧条件下,有利于增强不曝气区的缺氧程度,真正意义上形成多级A/O段。由于大量有机物在厌氧段和缺氧段内被降解,在曝气池内能用来进行反硝化的外碳源较少,反硝化主要靠内碳源(PAHs)进行。Kataryzan4[]研究证实内源反硝化的效率较低,速率慢,但悬挂链曝气fo工艺采用的是低污泥负荷,水力停留时间较长,在曝气段TN有较好的去除率。赵卫兵等:低容解氧条件下悬挂链曝气A20工艺去除氛氮的生产性研究去除率的影响。试验结果将为采用该工艺的污水处理厂的运行管理提供技术参考。1材料及方法1.1污水处理厂工艺简介该污水处理厂,一期工程设计规模为2万m3d/,远期污水处理厂规模为4万扩d/。工艺流程由预处理段、生物处理段、深度处理段和污泥处理段组成。污水经粗格栅除去粗大杂物后,经泵房提升进入细格栅间,去除细小杂物。之后进入沉砂池,污水经沉砂池后,进入生化综合池(Biolak型AZO工艺)。处理后的水进入深度处理区(絮凝反应池+V型滤池),进一步去除水中的悬浮物及总磷,滤池出水继而进入消毒渠,经消毒后出水达标排放。剩余污泥排入贮泥池,经带式压滤脱水后外运。1.2低氧悬挂链曝气fo工艺原理与特点悬挂链曝气AZO工艺,反应流程如图1所示。该工艺采用传统厌氧一缺氧一好氧池型组合,在生化进水端增加调节堰门,实现进水在厌氧池和缺氧池的分配流量可调。在工程应用上为了保证出水指标达标,特别是出水氨氮达标,在设计过程中污泥负荷要高于传统AZO工艺。曝气池采用悬挂链曝气装置。悬浮式移动曝气器的不规则运动,造成了曝气池内曝气区域与不曝气区域间隔存在,运行中对曝气池内的溶解氧调控可以造成好氧与缺氧的间隔交替存在,即形成多级A0/段。通过生产性实验证实,在低溶解氧的状态下,该工艺COD、NH3一N、NT均有较高的去除率,同时曝气池内存在明显的脱氮现象。低氧脱氮微观理论认为在较低溶解氧条件下,微生物絮体内部易形成DO梯度,微生物絮体的外表面溶解氧较高,以好氧菌、硝化菌为主;深入絮体内部,氧传递受阻及外部氧的大量消耗,产生缺氧区,反硝化菌去除除了异氧菌好氧分解外,通过反硝化菌和聚磷菌在缺氧厌氧微环境下也去除了部分c0D【31。宏观上,低溶解氧条件下,有利于增强不曝气区的缺氧程度,真正意义上形成多级A/O段。由于大量有机物在厌氧段和缺氧段内被降解,在曝气池内能用来进行反硝化的外碳源较少,反硝化主要靠内碳源(PAHs)进行。Kataryzan4[]研究证实内源反硝化的效率较低,速率慢,但悬挂链曝气fo工艺采用的是低污泥负荷,水力停留时间较长,在曝气段TN有较好的去除率。赵卫兵等:低溶解氧条件下悬挂链曝气A20工艺去除氨氮的生产性研究1.5试验方法生产性试验在承德市某污水处理厂进行。考察不同D0、温度对硝化效果的影响。试验期间进水流量18000m3/d;好氧段SRT为12d;MLSS大约3500mg/L;内回流比为200%,外回流比为75%。硝化速率测定,取曝气池中10L混合液,沉淀巧imn排出2L上清液。加入乳蒸馏水搅拌均匀,沉淀15imn排出2L上清液,以达到清洗污泥的目的,底部污泥待用。向反应器内加入2L原污水。通过曝气器,便携式0D仪、加热装置及搅拌器控制反应器内的0D值及温度。实验期间间隔取样,过滤后测定氨氮浓度。待取样氨氮值基本为零时,表示氨氮已基本转化为硝态氮,取混合液测定MLVSS,由氨氮浓度随时间变化曲线的斜率得硝化速率。2结果与讨论2.1系统溶解氧变化对氨氮、总氮去除的影响试验期间曝气池内温度为22℃一28℃,不同0D下,进、出水氨氮情况和去除效果如图2(a)所示。从图2a()可知,从6月29日至9月4日之间(溶解氧的变化范围为0.smg/L一4.smg/)L,氨氮去除率在9%3左右。当DO值下降到0.smgL/以下时,氨氮的去除率有所下降,为90.4%3。传统观点认为,曝气池内DO一般要求不低于2.OmgL/,当曝气区DO低于1.OmgL/时,好氧微生物不能正常生长和代谢。生产性实验结果表明,系统在低DO条件下对氨氮具有较高的去除率。当0D控制在0.smg/L一1.smg/L时,氨氮的去除率同DO值为1.smg/L一4.smgL/时相当。曝气区内溶解氧值的多少往往是通过调控鼓风机曝气强度来实现。因此有必要选取合理的oo控制水平,在既不影响微生物正常生长和有机物去除,同时又避免过多的能耗。不同DO条件下总氮处理情况如图2b()所示。从图2b()可知,试验期间进水的总氮基本保持在36mgL/左右。DO对出水的总氮影响较大。当0D过低时(0.4mg/L一0.smg/L),TN的去除率为61.37%。当DO上升至0.smg/L一1.smg/L时,TN的去除率达到试验期间最高值为69.4%5,脱氮效果最佳,总氮的去除率稳定,出水总氮15gmL/,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918一2002)一级A标准对NT的要求。该工艺曝气区悬浮式移动曝气器的不规则运动,造成了曝气池内曝气区域与不曝气区域间隔存在,通过对曝气池内的溶解氧调控可以造成好氧与缺氧的间隔交替存在,即形成多级A0/段〔5]。在低溶解氧的状态下,有利于增强不曝气区的缺氧程度,真正意义上形成多级A0/段。随着0D值的增加,NT的去除率逐渐下降。当DO升至3.smg/L一4.smg/L时,TN的去除率仅为47.2%9。OH.J研究表明好氧137赵卫兵等:了自容解氧条件下悬挂链曝气A20工艺去除氛氮的生产性研究区的过度曝气导致硝化回流液携带过高的DO至缺氧区,是引起缺氧区反硝化效果下降的主要原因〔6,。因此,该工艺0D的最佳控制范围为0.smg/L一1.smgL/,属低溶氧范围。月刁,勺刁JōJ勺JJ.弓JJ-JJ-JJ100959O858O7565432106O504O302D1O么í沙昆珊柳夕侧5423闷谕g肠腿摧艺力书闷谕了脚俱皿艺公划闷谕即ó卜侧同20,01612220,Of7I2020101811720,019114曰其月a()溶解氧对氨氮去除的影响138赵卫兵等:低溶解氧条件下悬挂链曝气A20工艺去除氛氮的生产性研究J刁Jr-Tj刁T,刁刁刁,刁刁,ō,ōJ8070605O403030252O151O50罗翻抓袋而侧谕闷口曰计裔移宾泪口J.T.-t月,月-r气」0000065432闷初口5432,{0弓一一一201015125闷漏口ì入é目20,016122201017120曰姜攀」2010181,720,0191,4(b)溶解氧对总氮去除的影响图2溶解氧对氨氮、总氮去除的影响2.2系统温度变化对氨氮去除的影响夏季和冬季城市污水的水温差异较大。图3为低氧条件下(0D,0.smg/L一1.sgmL/)系统温度对氨氮的处理效果的对比结果。试验表明,在夏季和冬季,进水氨氮有所改变,冬季进水氨氮值有所升高,但氨氮出水均能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(G1B8918一2002)一级A排放标准,氨氮去除率分别为92.3%5和91.97%,温度对系统硝化反应影响不大。冬季的低温环境必然会降低系统硝化反应的效率,影响出水氨氮值。该工艺温度的氨氮去除率表明,必存在其他作用补偿了温度对硝化作用的影响。通过测定系统内活性污泥的硝化速率,有助于分析工艺温度去除氨氮的原因。赵卫兵等:低容解氧条件下悬挂链曝气AZO工艺去除氛氮的生产性研究0O5峨西9一一`一进水氮氮,m州LLL一一0一出水氮氮/mg,LLL一一0一去除率%%%009080姗餐买、岁808575坦60504030曰、助日、侧斑喊城0002月.2010161182010心123201016128201017侣日期20101718201017113(a)夏季低氧条件下氨氮去除影响(T:22一28℃)一”ó015005505199887了已一`一进水氮氮/mglL一0一出水氮氮lmg/L一。一去除率%丫℃。_一厂\、加\一。气广\怂侧丫、/000一U9OU刁.姗买橱、岁7060504030闷、旨、侧袋城喊。洲`,一司一一一一刁厂一—一2