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4 L、2 L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

239.12 mg/L(重铬酸盐法);生化需氧量(BOD)为140 mg/L(稀释与接种法);氨氮(NH4+-N)为52.65 mg/L(纳氏试剂分光光度法);亚硝氮(NO2--N)为0 mg/L(α-萘氨分光光度法);硝氮(NO3--N)为0 mg/L(紫外分光光度法);总磷〔(PO43--P)(以P计)〕为2.90 mg/L(钼酸盐分光光度法);溶解固体为1 250 mg/L(重量法);悬浮固体为400 mg/L(重量法);pH值为7.97(玻璃电极法);电导率为2 300μS/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/L<ρDO<0.5 mg/L、系统回流比R为2、pH值为

7·5~8·5、3 g/L<ρMLSS<4 g/L和停留时间HRT为1·5

h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11 mg/L左右降到了4 mg/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ρDO<0·2 mg/L、pH值为7·5~8·5、3 g/L<ρMLSS<4 g/L和HRT为1·5 h 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14 mg/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2·90 mg/L上升到6~8 mg/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11 mg/L以下,亚硝氮质量浓度大约为0·5 mg/L以下,磷质量浓度

保持在1 mg/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(GB 18918-2002)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50 mg/L以下,达到国家城市污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)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。