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扩~~0。。~。气每国外文献选载仑飞。。。。。。0。。0尸好氧与厌氧交替的活性污泥系统好氧与厌氧交替的活性污泥系统(AAA-CMAS)是这样一种系统:在该系统中,空气间隔地供入曝气池,从而形成一个氧化含碳基质和有机物或氨氮的好氧单元,与反硝化的厌氧单元交替的运行过程。本系统采用氧传感器而不是由时间继电器控制好氧和厌氧工况,而且入流和出流是连续的。现有处理厂的活性污泥系统略施改造便可成为AAA一CMAS系统。该系统具有如下优点:(l)能耗低AAA一CMAS系统具有两个节约曝气能量的能源:(a)在厌氧期间可有效地从硝酸盐中获得氧;(b)由厌氧向好氧工况改变期间存在高的氧转移速率。当有机物或氨氮好氧氧化时,由下述反应式可得,氧化每mg氮需氧总量4.57mg:NH玄+202一NO三+ZH++ZHZO(l)厌氧期间,当反硝化过程发生时,每mg硝酸盐可获得2.86mg氧。此值由氧和硝酸盐电子受体的半反应式推得:氧半反应式i/ZH。O一z/40。+H十+e一(2)硝酸盐半反应式l/2oN:+3/SHZO一z/SNO三+6/SH十+e-采用在同一反应器内进行硝化和反硝化的方法,便可利用反硝化所获的氧来氧化流人好氧反应器的含碳基质。这意味着,以AAA方式运行,可节约硝化总需氧的2.86/4.57或创写;也意味着,对于BOD20omg/L,氨氮45mg/L的典型污水,其需氧量可望节省约30%。由于连续曝气系统效率较低,实际的AAA系统节约的总曝气能量比化学计算值要高得多。正如下式所示,对于连续曝气活性污泥系统,由于系统内DO浓度的影响,氧转移效率总低于其最大值。DO浓度愈高,氧转移效率也愈低。当DO浓度C最小,即为零时,氧转移速率K:。(C,一C)将最大。R=K沪(C。一C)一dCd/t(4)’式中:R,单位体积微生物的氧利用率〔mg/《L·h)〕;K沪,总氧转移系数(h一`);C二,饱和溶解氧浓度(mg/L);C,污水的溶解氧浓度(mg/L),dc/’at,反应器中氧浓度变化速率。在厌氧末期或好氧开始时,初始的溶解氧C为零,而BOD量则由于在空气关闭期间入流的积累而较高。这样高的BOD浓度,使得再曝气后的相当长一段时间内不出现溶解氧。在这种情况下,正如·(4)式所示,氧转移推动力(C,一C)及转移速率将维持或接近最大值。(2)污泥产率低生物催化剂对活性污泥净化污水有所影响,但目前尚少注意利用有关此类催化剂的基础知识。在有氧条件下,微生物细胞内有一定数量的氢核和电子载体参与有机碳的氧化。胞内的电子传递链将基质的电子传递给氧,得电子氧再和氢核结合成水,基质中的碳则经呼吸形成二氧化碳。这些反应所释放的能量一部分以热量散失,另一部分则被氧化磷酞基为腺三磷(ATP)的反应吸收。ATP经水解提供细胞合成所需的能量—ATP愈多,细施增长愈快。Harrison和Loveless(1971)在严格控制溶解氧的条件下,研究了恒化器中的克雷白产气菌(Klebsiellaaerogene)和大肠杆菌(Esehe-irchiacoh)的呼吸和增长规律。在氧压低的条件下(2一smmHg),虽然呼吸速率增大,细胞产率却下降,而且,发酵时因分泌而进入培养基的最终产物也未增加。在再曝气之前,他们还将恒化器由好氧转变为厌氧状况,培养4.5小时,研究其微生物的瞬时特性曲线。研究发现,尽管再曝气一开始,微生物就高速呼吸,但厌氧培养后的微生物再曝气2一8小时,其生物产率(g细胞/g葡萄糖或g细胞/g氧)仍低于(约1/2)连续曝气培养的生物产率。显然,细胞未能立即适应溶解氧的变化,完全适应需要几小时。(3)氮去除率高为了达到高的氮去除,曾试验了各种传统系统。试验时,关闭下列区段曝气器以形成厌氧区:J初沉污水入流点,或反应器上的某点,或二者兼之。在这些厌氧区内,引人污水、回流污泥或MLSS,并还原在反应器的曝气区所产生的或随回流污泥回流到反应器的硝酸盐。但是,`肠J,DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.1988.02.013刀CD石刁刀CDl厂林林林……口口MMMMMMMMM罗,0”!!!渺气气】111二二}...八险险10864之闷\知对L55污泥体积指数又又川川叭叭!!!从从从从从木木斤口口llllll习习习习匕匕一一一一l...7\灿￡出水含氮PH3020100闷\劫￡7、吻￡当污泥或原污水进人反应器的反硝化区段时,硝化就不完全,出流会有较多的按离子。沿反应器部分范围引入污水,且污泥回流到厌氧区的端部,这一布置将给出较为满意的特性,但最终出流的水质易变化。此外,这一系统需要改变管道的布置和连续提升费用了AAA系统使明确地建立确定的用以硝化的好氧周期和厌氧周期有了可能。若无氧就不存在硝化。在存在氧情况下,反硝化酶不能合成(satiner,1970)。该系统不需分隔反应器,同时,在不由好氧区回流混合液至厌氧区时,硝化和反硝化也能完好地进行。对污水处理费用,尤其从污水处理工业节能方面考虑,使得在活性污泥法处理厂中控制微生物增长,并使增长和呼吸分离成为可能。而且在同一时间内,在无混合液回流或不投加还原剂的情况下,能有效地使硝酸盐脱氮。下文是规模小于15D当量人口和大于21000当量人口的两座污水厂的试验情况。现场试验(一)小型现场试验AAA系统试验在YarraGlen的一个小地区处理厂内进行。当以完全混合活性污泥法(CMA)S单元运行时,处理厂的特征是:反应器容积4x24.6m’;入流量召1.2m勺d,水力停留时间4.6d,人流BOD396mg/L;出流BOD5mg/L;MLVSS3980mg/L,人流TKN76mg/L;出流中被氧化的N25mg/L。图1给出应用辛普莱克斯—调优运算(EVOP)设计作优化试验的结果(Box和Draper,一969)。由图表明,较之传统CMA名运行方式,出流的MLSS和氮大大地减少了。当以空气开启2小时关闭组小时运行时,Ya-rra厂所耗能量为2200kw·h/季度,而连续曝气为:400kw·h,可见能量费用节约了30%。(二)大型现场试验Yarra厂处理规模较小。因而,在BrushyCreek处理厂进行大规模试验,该厂设计人口为21。。0人,平均晴天流率为55。。m’d/。处理厂共设五座曝气池。其中I号场设三座(1.、2#、3#池),;;;燕从从111lllllll```喊、、JASO刀DJFMAM二9831984出水BODJ刁5ONDJ厂M刁阿198319吕4出流悬浮固体_图1YarraGlen处理厂曝气工况对下列参数的影响:出流MLSS、SVI、氮、pH、BOD和55周期:A.AAA系统引人前;B.AAA系统空气开3(h,)/停2;C.AAA系统空气开2/停3,D.AAA系统空气开2/停4.E.复活节休假,无污泥排除。单池容量goom`;11号场设二座(4气5称),每池1500m3。2。25小时,气法运行。工号场以AAA关2.75小时;法运行全运行时空气开n号场则按传统的连续曝此项试验是为了比较在大规模条件下,AAA法和传统法的性能。198d.lo至1985.5期间试验结果见表(z)。表中结果证实了Yarra厂的发现:即凌在总氮脱除时。开空气和关空气时间虽未控制于最佳状态,AAA一CMAS系统的出水水质仍优于传统连续流曝气系统,尤为突出的是出水的氮与58含量。为比较两系统出水58和各自的大肠杆菌数,对己运行四个月的4”池和2称池作了一次抽样检验。4#池出水BOD36mg/L,SS26mg/L,大肠杆菌数为170个/百毫升;而2“池出水BOD16mg/L,556mg/L,大肠杆菌数8个/百毫升。除此之外,还节省了曝气、污泥处理和脱氮的费用。由于最终出水水质好(氨和55含量很低),进一步降低了最终出水消毒的成本,而且降低了系统末端滤她的反洗费用。由于工场现有设施所限,不可能比较两系统的污泥产率。但是由表(1)可见,I场出水含磷量高于n场出水含磷量。对两系统的磷作每周一次的严格检验可发现,I场与11场之间的差别具有置信度为9弓%的统计意义。这一结果指出,以AAA模式运行的工场生物磷吸收率比传统连续曝气条件下吸收率低1续%,这也可能是由千供氧强度不同所致。这点意味着,AAA运行模式可能会产生像Brushy厂那样生物量减少1`%的现象,而不是如40AAA一CMAS(工场)和传统系统(11场)出水水质比较表1鉴屏边进水(mg/L)出水(mg/L)工场}。场BOD320.0(149.0)70(4.5)15.0(9.2)SS198.0(6连)4.4(2.0)8.4(5、7)—厂不飞一厂一石几万}一孔.丁下NH3一NJ_}__、},,、_仁三兰生~{一兰二上-!一兰里一图2厌氧与好氧交替条件下污水中DO理想分布图。图中:A点,DO增加率最大;B点,DO增加率低,C点,DO急剧增加,增加率大;中角指出C点的DO增加率有机N76)(;’:)5。9(2.0)硝酸盐N万万…一丁一…:」.。1。:尸}}(1.9)(0,6)7.2(2,0)()内系标准离差植。图2所示的Yarra厂的生物量大约减少4。%。其原因可能是Yarra厂的活性污泥处于较高的氧浓度下运行,氧浓度的增高是因处理厂负荷不足,而造成水力停留时间长所致。曝气的程序控制以不同曝气状态作系统的试验,直至曝气状态临近最佳点,便可获得上述结果。但是,在定时开、关空气条件下运行时,未调节流量和冲击负荷于最佳值。敏感干生物需氧量的A盛A工艺将具有较大的吸引力,尤其是在节约曝气能量意义上情形更著。在本研究期间,获得专利的程序控制曝气系统简要叙述如下。采用测氧仪连续测取DO值之便可求得系统内DO的变化率dC/d乞。在AAA系统内关空气的区段末端,DO值为零。当开空气时,DO将以最大速率增高。由千氧的存在,微生物的呼吸速率提高,于是系统内DO增加率随氧的消耗而下降。随`着有效碳和NH3一N的降解,微生物的需氧量也减少,于是DO浓度上升。图2给出AAA系统运行`期间理想的DO分布图。dC/d七数据将显示出水中溶解氧增加率(图2中的毋值)的变化,这一变化能给出停止曝气的信.号。_曝气期间形成的硝酸盐量将与曝气时间成比公敬,这将确定反硝化所需的关空气时段,于是便确定了开与关空气两个时段的比例常数。有了这一常数,开、关空气控制器将自动确定厌氧所需的时间。如果出现冲击负荷,曝气时间将超过一预定值,此时控制器启开二级供气系统,以保证一级开空气时间不超过某一给定值。当二级供气时,控制器调整比例常数,使系统适应前段曝气所产生的过量硝酸盐的降解。此控制方式可防止出现过长的厌氧区段。结论本研究结果证实了AAA一CMAS系统在大、小两种规模下运行,均能获得优质出水。基于化学计算,Yarra厂的AAA一CMAS系统产泥量减少15%。若将下述的程序控制曝气法应用于AAA系统,可进一步节约曝气能量。此外,若在AAA-CMAS系统内采用除磷的投药装置,将有可能既保持该系统的节能优点,又获得营养源N和P含量低的处理出水。(原载Wat.Sei.Teeh.》Vol.19Pg-一9151987周帆译章北平校)田译者通讯处:湖北武汉工业大学《给水排水》1987年合订本征订启事为了弥补部分读者没有斌土1987年《给水排水》杂志的不足,我们装订T部分简装合订本,每本收工本费4元。需要的读者,可来信向编辑部索取订单。.由于数量有限,订单以来信先后次序发放,发完为止。没有收到订单的单位或个人,请不要汇款,以免给邮局增加不必要的负担。《给水排水》编辑部1988年2月日.41·