缺氧厌氧好氧工艺处理城市污水

缺氧-厌氧-好氧工艺处理城市污水摘要:以缺氧、厌氧及好氧工段单元试验研究为基础,以城市污水为研究对象,将传统A2/O工艺厌氧/缺氧工段倒置,取消内回流,进行生物脱氮除磷的研究。考察了最佳工艺条件下,本工艺对城市污水中氮、磷及COD等污染物的去除状况。相对于A2/O工艺,本工艺的运行费用大大降低。从系统运行状况来看,经处理后的城市污水,其出水氮、磷及COD指标达到国家城市污水处理厂污染物关键词:缺氧;厌氧;好氧;城市污水;脱氮除磷在厌氧/缺氧/好氧(A2/O)工艺处理废水的过程中,由于我国城市污水中有机物含量较少,导致碳源不足,使得此过程中反硝化脱氮不理想,而回流污泥带入厌氧区的硝氮使聚磷菌释磷不充分,继而影响好氧区中的聚磷菌吸磷。从目前国内采用A2/O工艺的污水处理厂的运行情况表明,其出水水质不稳定,很难达到良好的同步脱氮除磷效果。在本研究中,将传统A2/O工艺中厌氧区和缺氧区置换,以缺氧-厌氧-好氧的次序进行水处理。在前期试验中,针对缺氧、厌氧和好氧各区的最佳操作条件分别进行研究。获取适宜操作条件后,在缺氧-厌氧-好氧耦合系统的试验中,将缺氧、厌氧和好氧各区在适宜条件下进行操作,系统考察了耦合系统中缺氧出水、厌氧出水及系统出水变化情况,并将出水中各污染物含量与国家排放标准进行了对比。根据目前国内的研究报道[1],同种废水处理工艺研究过程中存在停留时间较长的缺点,停留时间的增长,意味着单位时间内污水处理量减少,能量消耗加大。在本研究中,以缩短停留时间、减少能量消耗和提高污水处理量为目标参数,以便提高本工艺在实际中应用的可行性。1材料与方法1·1试验流程图耦合系统中主要控制的工艺参数为:溶氧(DO)、pH值、回流比R、停留时间(HRT)以及泥质量浓度ρMLSS。基于前期试验研究,分别确定了缺氧、厌氧及好氧反应器容积、最佳停留时间及工艺条件。好氧、缺氧及厌氧反应器的体积分别为4L、2L和2L。图1为耦合系统工艺流程图。1—进水池;2—进水泵;3—缺氧反应器;4—污泥回流泵;5—空气压缩机;6—厌氧反应器;7—气升式环流生物反应器;8—折流板沉降器;9—出水池污水由进水池打入缺氧反应器,经缺氧反硝化后进入厌氧反应器,在厌氧池进行厌氧反应,然后溢流至好氧反应器进行氨氧化和吸磷反应,最后进入沉降器;沉降器中部分出水及污泥经回流泵打入缺氧池,出水进入出水池。好氧反应器为气升式环流生物反应器[6],溶氧量主要是通过进气泵流量调节,厌氧和缺氧反应器则通过磁力搅拌器搅拌速度来控制。1·2试验水样及分析方法活性污泥及城市废水取自天津市纪庄子污水处理厂。废水水质指标及分析方法[7]:化学需氧量(COD)为239.12mg/L(重铬酸盐法);生化需氧量(BOD)为140mg/L(稀释与接种法);氨氮(NH4+-N)为52.65mg/L(纳氏试剂分光光度法);亚硝氮(NO2--N)为0mg/L(α-萘氨分光光度法);硝氮(NO3--N)为0mg/L(紫外分光光度法);总磷〔(PO43--P)(以P计)〕为2.90mg/L(钼酸盐分光光度法);溶解固体为1250mg/L(重量法);悬浮固体为400mg/L(重量法);pH值为7.97(玻璃电极法);电导率为2300μS/cm(电导率仪法)。试验过程溶解氧(DO)用电化学探头法监测。2结果与讨论经过各工段优势菌的大规模富集培养后,对纪庄子污水处理厂提供的城市污水进行试验研究。下面对耦合系统试验结果进行分析讨论。2·1缺氧工段出水各参数变化及其分析缺氧进水是由好氧出水及原水组成,控制0.2mg/LρDO0.5mg/L、系统回流比R为2、pH值为7·5~8·5、3g/LρMLSS4g/L和停留时间HRT为1·5h情况下,缺氧工段出水各参数的变化如图2所示。由图2可知,经过缺氧反应后,NO3--N质量浓度从好氧出水11mg/L左右降到了4mg/L以下,表明缺氧反硝化的效果良好。缺氧池主要发生的反硝化反应,反硝化过程的细菌属于异样型反硝化细菌,电子传递链的直接电子供体是NADH2。硝酸盐还原酶先获取两个电子,是硝酸盐还原为亚硝酸盐,而后再获取4个电子将亚硝酸盐还原为单质氮[2]。缺氧反硝化反应方程如下:2·2厌氧工段出水各参数变化及其分析厌氧进水为缺氧出水,控制ρDO0·2mg/L、pH值为7·5~8·5、3g/LρMLSS4g/L和HRT为1·5h情况下,厌氧工段出水各参数的变化如图3所示。由图3可知,经过厌氧反应后,氨氮从缺氧池出水质量浓度14mg/L左右降到了厌氧池出水的13mg/L以下,而硝氮和亚硝氮的浓度也略有微量下降,从试验现象来看可能发生厌氧氨氧化反应,但不是很明显,这可能是厌氧氨氧化反应较为缓慢所致。对磷质量浓度进行了跳跃式监测,从监测结果来看,磷质量浓度从进水的2·90mg/L上升到6~8mg/L,由此可见将缺氧区置于厌氧区前面,经过反硝化,厌氧反应器进水中低浓度的硝氮对磷的释放的影响较小。厌氧过程所发生的反应非常复杂,主要反应[3]如下:2·3出水氨氮、硝氮、亚硝氮及磷的变化及分析经本工艺处理后,出水的各种参数的变化如图4所示。出水中硝氮质量浓度保持在11mg/L以下,亚硝氮质量浓度大约为0·5mg/L以下,磷质量浓度保持在1mg/L以下,出水氨氮质量浓度则一直为0。由此可见经过好氧池反应后,N、P出水指标达到国家城市污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级标准。好氧池中氨氮氧化过程[4]:在氨单加氧酶作用下氧化成羟氨,然后经羟氨氧还酶作用变为NO,再经羟氨氧还酶作用变为亚硝氮,最后在亚硝酸盐氧还酶作用下转为硝氮形式存在;同时,聚磷菌氧化体内的PHB,利用此反应所产生的能量,从水中摄磷合成能源物质ATP,未用于合成反应的磷存于体内形成聚磷[5],被吸收的磷随着系统污泥的排放从系统中去除。此过程中伴随着复杂的物质和能量转化。反应方程如下:2·4出水COD值变化曲线及其分析图5中出水COD值保持在50mg/L以下,达到国家城市污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级标准。2·5出水中污染物排放状况与国家标准的比较出水中污染物状况与国家标准的比较见表1。系统出水的pH值在7·5~8·5范围内,满足6~9的国标要求。表1的数据表明,出水中污染物排放状况达到国家一级排放标准(GB18918-2002)。3结论首先,应用本工艺处理废水的过程中,系统出水及部分污泥回流后连续经过缺氧和厌氧反应器,从而有效抑制了废水处理过程中丝状菌的过渡繁殖,解决了污泥膨胀的问题,减少了污泥后处理费用。其次,缺氧区和厌氧区的倒置,优先满足了缺氧池反硝化去除硝氮对碳源的要求,使反硝化更加完全;同时,缺氧区的前置,对厌氧区起了一个封闭作用,解决了厌氧池对溶氧含量要求比较严格的条件,有利于厌氧释磷。再次,本工艺取消了A2/O工艺中的内回流,节省了废水处理中最大的能源消耗,进一步减少了运行费用。最后,本工艺系统总停留时间为6h(HRT缺氧=HRT厌氧=1·5h,HRT好氧=3h),解决了污水生物处理所需停留较长,继而导致处理成本较高的缺点,从而使本工艺具有极大的实际应用价值。本研究为此工艺应用于城市污水的工业化处理提供了基础试验数据和理论依据。参考文献:[1]黄理辉,张波.倒置A2/O工艺的生产性试验研究[J].中国给水排水,2004,20(6):12-15.[2]MADIGANMT,MARTINKOJM,PARKERJ.BrockBiologyofMicoorganisms[M].10thed.US:PrenticeHall/PearsonEducationInc,2002.[3]COMEAUY,RABINOWITZB,HALLKJ,etal.Phosphatereleaseanduptakeinenhancedbiologicalphosphorusremovalfromwastewater[J].JWPCF,1987,59:707.[4]HOLLOCHERTC,TATEME,NICHOLASDJD.Oxidationofammoniabynitrosomonaseuropaea[J].JBiolChem,1981,256:10834-10836.[5]DELGENESJP,RUSTRIANE,BERNETN,etal.Combinedbiodegradationofcarbon,nitrogenandphosphorusfromwasters[J].JournalofMolecularCatalysisB:Enzymatic,1998,5:429-433.[6]WENJP,PANL,XUXJ,etal.Nitrifyingtreatmentofwastewaterfromfertilizerproductioninathree-phaseflowairliftloopbioreactor[J].ChemEngTechnol,2003,26(6):271-275.[7]国家环保局.水和废水监测分析方法:第3版[M].北京:中国环境科学出版社.1998.