温度对高负荷活性污泥法的影响及动力学分析
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!50"!6# 2021 $ 6 %
应用化工 AppunedChemnoaunndrtees
Vou350No36 urn32021
温度对高负荷活性污泥法的影响及动力学分析
123，145，6&7，89:，!;
(郑州大学生态与环境学院，河南郑州450023)
摘 要:考察了高负荷活性污泥法(HRAS)在运行45。d的过程中出水水质随温度的变化，并探究了温度对HRAS
( DO)、 ( SRT)、
( HRT) 8工
数的研究已有报道同，但对温度的研究很少。考虑
到
生 的生#、
(EPS)的分泌［7］，本研究探究温度对HRAS的影响。
1实验部分
12试剂与仪器 aQ， 级； a 、 a］
、 a］
钾、碳酸氢钠、硫酸亚铁、硫酸镁、氯化钙均为分析
收稿日期：2020回4回4 修改稿日期：2020回6回4 '()*:239:*学<=(21107100)
58 my/L,污泥来源
循环工
艺的 颗粒 与实验室 的颗粒 。
表1进水的化学组成
Table 1 Chemical characteristics of the synthetic water
成分
浓度/(mg • L")
CH4COONa
11241
(NH4)2SO4
K2HPO4
01246 01024
kh2po4
大量吸收易生
的
。
表 2 HRAS;
Table 2 The hmr table of HRAS
应
应
沉
气
3： 00 〜3： 10
3： 10 〜3： 25
3： 25 〜4： 05
4： 05 〜4： 15
4： 15 〜4： 16
4：16-~9：0
9： 00 〜9： 10
9： 10 〜9： 25
9：0 ：-10： 00
1.2.2反应器运行 两种污泥经过清水清洗、去除
掉杂 混 种到反应器中。研究中，准备了对
照组（R1）与实验组（R2）两组反应器，R1的温度
保持在20 °C ；R2的 在反应器启动
设
25 °C,待反应器稳 从34 C 至30 C,最后
$ 40C 。 应器的
见 2， 应器的
周期为366 min, 10 mig的
H COD c ，｝ 2 HRAS K
H COD cq 学
。
，Kdec COD、
，
7高， HRAS H COD 的 _7高， 在 40C， HRAS +在 45mnn H
中 95% COD， 25C HRAS 在
55 ms内仅能去除污水中81%的COD。在温度由44 C降至25 C时，HRAS在厌氧阶段去除COD的能力提高。 40 C条件下，HRAS在好氧反应阶段的COD去除过程符合一级反应动力学方程Sa = (680 m/L) (1 4 - “05“””)，实验值与拟合值的平均相对误差为13.76%,用=0.990；降温至25 C后，动力学方程变为Sa =
NH4＋2N； 离子 =
NO22N NO4－2N。
结果与讨论
24不同温度下的COD、TN去除 应器 400d， | 不同， •实验组 R2
16： 05 〜16：15 22： 05 〜22：15
16： 15 〜16：16 22： 15 〜22：16
16：16 -~21：0
22：16〜3：0（翌日）
分为4，
100多年来，活性污泥法在污水处理中扮演着
56 ［1］。随
'.1A 的 ， R
中去
.>? 的.1。实｛ j
源化越来越受到人们的重视［2］。与传统活性污泥
法(CAS)相比,具有生物吸附和生物转化作用的高
法( HRAS)
R中
机物。近些年来,HRAS是实现碳源捕获、能量回收 的热门工艺W 在对HRAS的研究中，对溶解氧
F 93344m/LL, CODH _NT
92324%
中值为94.36%。R1和R2两组反应器均能去除污水 F90%+ c COD。
35 °C 降温至25 °C,持续3d
400
( L
300
・
200
100
0 60 120 180 240 300 360 420 480 时间/d
降温至25 °C,持续3d、
SUN Yi-chen, SUN Xiao-rag, CHENG Wen-jing, WAN Jun-feng, WANG Yag
( Coue/eooEoouo/sandEneneonmene， Zhen/zhorUnneeetnes， Zhen/zhor450001 ， Chnna)
Ab teaace:Th nt terdse pam nnedehe oha n/e o oCOD eemo ea uw neh eempe ea eree o ee e ehe oo rete o o450do o hn/h5eaeeaoeneaeedturd/epeooet(HRAS)opeeaenonbsohan/nn/eempeeaeree3Andehntterdsautoep5
10： 05 〜10：15
10： 15 〜10：16
10：16 - 15：00
15： 00 〜15：10
15： 10 〜15： 25
15： 25 〜16：05
21： 00 〜21：10
21： 10 〜21：25
21： 25 〜22：05
214检测万—
采用重=酸钾快速消解分光光度法测量COD；
>? 分光光 =
DRB-200型COD消解仪;哈希DR1010型COD测定
仪；U08 1 0 0
见分光光度计；ICS-900型离子
仪;WTW Multi 34 1 0 0
式多参数测定仪。
14实验方法
1.2.1实验装置 与传统的HRAS不同，本研究使
用SBR反应器作为HRAS的反应装置，
应器
的体积大幅
。见图0反应器
璃制
daa reaction dynamicc of Sa = (680 m/L) (1 - 10 _0■219 z/min ) , ad the averaae relative evoa between the
expeUmentai velue and reqression monel is 13. 76% ,T?2 二 0. 999. When the temperature dronpeV te 25 C , the dynamicr equation becomes Sa = (135 m/L) (1 ) - 10 _0■1 /min , md the //0/0 relative erroa is 3.96% ,二0.994. KrsWoadt:HRAS；eempeeaeree；dsnamnoteuraenon；COD；TN
束后开始15 mig
的
应（
中向 应器 N2
混匀），随
66 mg的பைடு நூலகம்
应阶段（（
中
气量不变），待1 mg的沉 束后，于1 mg内
出 应器内500 1^.的上清液，最 应器 长
达284 mg的微曝气阶段（每34 mg进行一次混 ）。 应器 SRT 设置 4d。 设置实｛了 5
饱 饥饿的动态环境,有利于微生物在接触 :
持在4 25〜3. 38 /L, R2的MLVSS基本保持在
4 33 〜3. 36 /L。
35 °C
io,——r l---------------------- .
25 °C ；30°C； ；
8 ■-
(
L ・
6 •-
40 °C
|
4-
2-
0 O_ 60 12
2
180
40耐
421 4
00 60
80
图2反应器内MLVSS浓度
响本研究针对不同温度条件下一个周期中HRAS
内COD、TN的动力学变化做了比较分析。
COD对比结果见图4(A),在不同的温度条件
，HRAS COD 5 的 化89。
SBR
应器的 :;，
HRAS COD 较
COD
( 1000m/LL) 6)的 低。 在
(135 m/ZL) (1 _10-2-1,/mm)，平均相对误差为 3.66% , =0.994。 GHI: HRAS； ； 动 学 ； COD； TN
中图分类号:TQ021.9；X 703.1 文献标识码:A 文章编号：1671 -3206(2021 )06 - 1463 -05
Effect of temperature on high-rate activated sludge pracess system and dynamics analysis
Fin，2 MLVSS concedWaUon in the reactor
3(A) ,
\ ,z COD )
。 R4 z COD K $ # N T
99360m/LL, F 79369m/LL, CODH _NT
90344%,F 92343%;R2 K
M
40C c\
, z CODNT
74360m/LL
puoeedehennourenoeooeempeeaereeonCODeemoeauooHRASandeteabunthedadsnamnotmodeu3Theee5
t ruet thowedeha ennehe e ppe enme nea uCODa ndeempe ea eree ea n/e，ehe h n/he e ehe eempe ea eree，ehe h n/he e eheeononenosooCODeemoeaubsHRAS3Undeeeheoondnenonoo40C，HRASoaneemoee95% CODnn
为 0. H m/L 和 0.44 m/L,R2 的出水 NO；、NO3-
浓中 分
0303m/LL 0399m/LL。 G
NH4+-N是HRAS出水中氮的主要存在形式。出水
NO2、NO3的积累十分微小，说明反应器中氨氧化菌
(AOB-和硝化菌(NOB-的数量与活性较低。
2. 42 温度对HRAS降解COD和TN动力学的影
tewa /e w neh nn45m nn3BreHRAS oa no nus eemo ee 81% COD nn tewa /e w neh nn55m nna e25C3Whe nehe
eempeeaereedeoppedoeom40C eo25C，eheabnunesooHRASeemoenn/CODnneheanaeeobnotea/entnm5 peoeed3Ae40C，eheCODeemoeaupeooetooHRASnneheaeeobnoeeaoenontea/eoonooemteoeheoneteoe5
作,有效容
1.3 L,内径58 mm,高770 mm；在器
壁垂直方向上距离
50,350,650 mm处分别设
置
、z
（ 。 应器 ） 、
并在 设置曝气口。 ， 应器*+配
循环 箱、 动 、
z
、气、 子
、高 氮气™
-38装置
溢流 出水 进水
曝 气
图1实验装置示意图 Fig. 1 Schematic diagem of the experimectat equipmect
作者简介:孙意忱(1994 -)，男(朝鲜族)，辽宁沈阳人，郑州大学在读硕士研究生，师从王岩教授，主要从事水污染治理研 究。电话：】3477712182, E - mail ： 1123916796 @ qq. com
1464
&'()
! 80"
纯；
人工配制的
，化学组成见表1，
化学需氧量（COD）、总氮（TN）分别为1 000 my/L
：1）温度25 C的启动阶段；（2）温度
$34°C的实验 ；3）
至35 °C的实验
； 4）
至 40C 的实验 。 本研究 5
研究了 40C _。
HRAS 去
中 COD、TN 的
2. 1. 1 温度对HRAS去除COD和TN效果的影响 MLVSS的变化见图2。污泥在培养过程中由颗粒
!6#
8: x\
状变为絮状;反应器的结构使部分污泥在沉降时堆 积在出水口上方，导致排水时会排出不定量污泥，使 MLVSS.$ 。 Kde #, R4c MLVSS<E
NaHCO4
01022 01100
FeSO4
MgSO4 CaCo2
01009 01022 01024
ACO-002型空气曝气泵；SYC-1015D型恒温循
环水箱；SX-502型马 ；LZB-6型气体 ：计;
KG316T；
器；BT100-2J 型蠕动泵；
PLD-5208 8
； AUY220型分析天平;哈希
50
=c Zq ;UV
4469
‘
\, HRAS 去 TN 的
。稳 #
结束后,R1出水TN平均值为12.39 m/L,中值为
1431 m/L；而在升温至44 C的过程中，R2内微生
M\ 的 ， 出 TN ' \。 在
在 40 C
，出 TN 平 均
24 21 m/L,中值 21.23 m/L。
与此同时,R1的出水NO?一、NO.一浓度中值分另IJ
应用化工 AppunedChemnoaunndrtees
Vou350No36 urn32021
温度对高负荷活性污泥法的影响及动力学分析
123，145，6&7，89:，!;
(郑州大学生态与环境学院，河南郑州450023)
摘 要:考察了高负荷活性污泥法(HRAS)在运行45。d的过程中出水水质随温度的变化，并探究了温度对HRAS
( DO)、 ( SRT)、
( HRT) 8工
数的研究已有报道同，但对温度的研究很少。考虑
到
生 的生#、
(EPS)的分泌［7］，本研究探究温度对HRAS的影响。
1实验部分
12试剂与仪器 aQ， 级； a 、 a］
、 a］
钾、碳酸氢钠、硫酸亚铁、硫酸镁、氯化钙均为分析
收稿日期：2020回4回4 修改稿日期：2020回6回4 '()*:239:*学<=(21107100)
58 my/L,污泥来源
循环工
艺的 颗粒 与实验室 的颗粒 。
表1进水的化学组成
Table 1 Chemical characteristics of the synthetic water
成分
浓度/(mg • L")
CH4COONa
11241
(NH4)2SO4
K2HPO4
01246 01024
kh2po4
大量吸收易生
的
。
表 2 HRAS;
Table 2 The hmr table of HRAS
应
应
沉
气
3： 00 〜3： 10
3： 10 〜3： 25
3： 25 〜4： 05
4： 05 〜4： 15
4： 15 〜4： 16
4：16-~9：0
9： 00 〜9： 10
9： 10 〜9： 25
9：0 ：-10： 00
1.2.2反应器运行 两种污泥经过清水清洗、去除
掉杂 混 种到反应器中。研究中，准备了对
照组（R1）与实验组（R2）两组反应器，R1的温度
保持在20 °C ；R2的 在反应器启动
设
25 °C,待反应器稳 从34 C 至30 C,最后
$ 40C 。 应器的
见 2， 应器的
周期为366 min, 10 mig的
H COD c ，｝ 2 HRAS K
H COD cq 学
。
，Kdec COD、
，
7高， HRAS H COD 的 _7高， 在 40C， HRAS +在 45mnn H
中 95% COD， 25C HRAS 在
55 ms内仅能去除污水中81%的COD。在温度由44 C降至25 C时，HRAS在厌氧阶段去除COD的能力提高。 40 C条件下，HRAS在好氧反应阶段的COD去除过程符合一级反应动力学方程Sa = (680 m/L) (1 4 - “05“””)，实验值与拟合值的平均相对误差为13.76%,用=0.990；降温至25 C后，动力学方程变为Sa =
NH4＋2N； 离子 =
NO22N NO4－2N。
结果与讨论
24不同温度下的COD、TN去除 应器 400d， | 不同， •实验组 R2
16： 05 〜16：15 22： 05 〜22：15
16： 15 〜16：16 22： 15 〜22：16
16：16 -~21：0
22：16〜3：0（翌日）
分为4，
100多年来，活性污泥法在污水处理中扮演着
56 ［1］。随
'.1A 的 ， R
中去
.>? 的.1。实｛ j
源化越来越受到人们的重视［2］。与传统活性污泥
法(CAS)相比,具有生物吸附和生物转化作用的高
法( HRAS)
R中
机物。近些年来,HRAS是实现碳源捕获、能量回收 的热门工艺W 在对HRAS的研究中，对溶解氧
F 93344m/LL, CODH _NT
92324%
中值为94.36%。R1和R2两组反应器均能去除污水 F90%+ c COD。
35 °C 降温至25 °C,持续3d
400
( L
300
・
200
100
0 60 120 180 240 300 360 420 480 时间/d
降温至25 °C,持续3d、
SUN Yi-chen, SUN Xiao-rag, CHENG Wen-jing, WAN Jun-feng, WANG Yag
( Coue/eooEoouo/sandEneneonmene， Zhen/zhorUnneeetnes， Zhen/zhor450001 ， Chnna)
Ab teaace:Th nt terdse pam nnedehe oha n/e o oCOD eemo ea uw neh eempe ea eree o ee e ehe oo rete o o450do o hn/h5eaeeaoeneaeedturd/epeooet(HRAS)opeeaenonbsohan/nn/eempeeaeree3Andehntterdsautoep5
10： 05 〜10：15
10： 15 〜10：16
10：16 - 15：00
15： 00 〜15：10
15： 10 〜15： 25
15： 25 〜16：05
21： 00 〜21：10
21： 10 〜21：25
21： 25 〜22：05
214检测万—
采用重=酸钾快速消解分光光度法测量COD；
>? 分光光 =
DRB-200型COD消解仪;哈希DR1010型COD测定
仪；U08 1 0 0
见分光光度计；ICS-900型离子
仪;WTW Multi 34 1 0 0
式多参数测定仪。
14实验方法
1.2.1实验装置 与传统的HRAS不同，本研究使
用SBR反应器作为HRAS的反应装置，
应器
的体积大幅
。见图0反应器
璃制
daa reaction dynamicc of Sa = (680 m/L) (1 - 10 _0■219 z/min ) , ad the averaae relative evoa between the
expeUmentai velue and reqression monel is 13. 76% ,T?2 二 0. 999. When the temperature dronpeV te 25 C , the dynamicr equation becomes Sa = (135 m/L) (1 ) - 10 _0■1 /min , md the //0/0 relative erroa is 3.96% ,二0.994. KrsWoadt:HRAS；eempeeaeree；dsnamnoteuraenon；COD；TN
束后开始15 mig
的
应（
中向 应器 N2
混匀），随
66 mg的பைடு நூலகம்
应阶段（（
中
气量不变），待1 mg的沉 束后，于1 mg内
出 应器内500 1^.的上清液，最 应器 长
达284 mg的微曝气阶段（每34 mg进行一次混 ）。 应器 SRT 设置 4d。 设置实｛了 5
饱 饥饿的动态环境,有利于微生物在接触 :
持在4 25〜3. 38 /L, R2的MLVSS基本保持在
4 33 〜3. 36 /L。
35 °C
io,——r l---------------------- .
25 °C ；30°C； ；
8 ■-
(
L ・
6 •-
40 °C
|
4-
2-
0 O_ 60 12
2
180
40耐
421 4
00 60
80
图2反应器内MLVSS浓度
响本研究针对不同温度条件下一个周期中HRAS
内COD、TN的动力学变化做了比较分析。
COD对比结果见图4(A),在不同的温度条件
，HRAS COD 5 的 化89。
SBR
应器的 :;，
HRAS COD 较
COD
( 1000m/LL) 6)的 低。 在
(135 m/ZL) (1 _10-2-1,/mm)，平均相对误差为 3.66% , =0.994。 GHI: HRAS； ； 动 学 ； COD； TN
中图分类号:TQ021.9；X 703.1 文献标识码:A 文章编号：1671 -3206(2021 )06 - 1463 -05
Effect of temperature on high-rate activated sludge pracess system and dynamics analysis
Fin，2 MLVSS concedWaUon in the reactor
3(A) ,
\ ,z COD )
。 R4 z COD K $ # N T
99360m/LL, F 79369m/LL, CODH _NT
90344%,F 92343%;R2 K
M
40C c\
, z CODNT
74360m/LL
puoeedehennourenoeooeempeeaereeonCODeemoeauooHRASandeteabunthedadsnamnotmodeu3Theee5
t ruet thowedeha ennehe e ppe enme nea uCODa ndeempe ea eree ea n/e，ehe h n/he e ehe eempe ea eree，ehe h n/he e eheeononenosooCODeemoeaubsHRAS3Undeeeheoondnenonoo40C，HRASoaneemoee95% CODnn
为 0. H m/L 和 0.44 m/L,R2 的出水 NO；、NO3-
浓中 分
0303m/LL 0399m/LL。 G
NH4+-N是HRAS出水中氮的主要存在形式。出水
NO2、NO3的积累十分微小，说明反应器中氨氧化菌
(AOB-和硝化菌(NOB-的数量与活性较低。
2. 42 温度对HRAS降解COD和TN动力学的影
tewa /e w neh nn45m nn3BreHRAS oa no nus eemo ee 81% COD nn tewa /e w neh nn55m nna e25C3Whe nehe
eempeeaereedeoppedoeom40C eo25C，eheabnunesooHRASeemoenn/CODnneheanaeeobnotea/entnm5 peoeed3Ae40C，eheCODeemoeaupeooetooHRASnneheaeeobnoeeaoenontea/eoonooemteoeheoneteoe5
作,有效容
1.3 L,内径58 mm,高770 mm；在器
壁垂直方向上距离
50,350,650 mm处分别设
置
、z
（ 。 应器 ） 、
并在 设置曝气口。 ， 应器*+配
循环 箱、 动 、
z
、气、 子
、高 氮气™
-38装置
溢流 出水 进水
曝 气
图1实验装置示意图 Fig. 1 Schematic diagem of the experimectat equipmect
作者简介:孙意忱(1994 -)，男(朝鲜族)，辽宁沈阳人，郑州大学在读硕士研究生，师从王岩教授，主要从事水污染治理研 究。电话：】3477712182, E - mail ： 1123916796 @ qq. com
1464
&'()
! 80"
纯；
人工配制的
，化学组成见表1，
化学需氧量（COD）、总氮（TN）分别为1 000 my/L
：1）温度25 C的启动阶段；（2）温度
$34°C的实验 ；3）
至35 °C的实验
； 4）
至 40C 的实验 。 本研究 5
研究了 40C _。
HRAS 去
中 COD、TN 的
2. 1. 1 温度对HRAS去除COD和TN效果的影响 MLVSS的变化见图2。污泥在培养过程中由颗粒
!6#
8: x\
状变为絮状;反应器的结构使部分污泥在沉降时堆 积在出水口上方，导致排水时会排出不定量污泥，使 MLVSS.$ 。 Kde #, R4c MLVSS<E
NaHCO4
01022 01100
FeSO4
MgSO4 CaCo2
01009 01022 01024
ACO-002型空气曝气泵；SYC-1015D型恒温循
环水箱；SX-502型马 ；LZB-6型气体 ：计;
KG316T；
器；BT100-2J 型蠕动泵；
PLD-5208 8
； AUY220型分析天平;哈希
50
=c Zq ;UV
4469
‘
\, HRAS 去 TN 的
。稳 #
结束后,R1出水TN平均值为12.39 m/L,中值为
1431 m/L；而在升温至44 C的过程中，R2内微生
M\ 的 ， 出 TN ' \。 在
在 40 C
，出 TN 平 均
24 21 m/L,中值 21.23 m/L。
与此同时,R1的出水NO?一、NO.一浓度中值分另IJ