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1 第 39 卷第 11 期 013 年 11 月北京工业大学学报 JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol. 39 No. 11 Nov. 013 A / O 工艺生物脱氮过程黏性污泥膨胀的发生高春娣, 焦二龙, 李浩, 王惟肖, 彭永臻 ( 北京工业大学环境与能源工程学院, 北京 1 摘要 : 采用 A / O 工艺, 以低籽 (C / 籽 (N 实际生活污水为研究对象, 首先考察了不加外碳源条件下不同参数条件对脱氮效果的影响, 确定了较优运行参数, 在较优运行参数下氨氮 ( ammonia nitrogen, NH + 鄄 N 平均去除率为 %, 总氮 (total nitrogen, TN 平均去除率为 9 郾 8%,COD 平均去除率为 8 郾 03%, 并在此过程中研究了系统黏性膨胀的发生及变化情况. 在此基础上增加外碳源使进水的籽 (C / 籽 (N 提高, 研究了高籽 (C / 籽 (N 条件下系统对污染物的去除和系统黏性膨胀进一步变化情况, 得到了系统的最优运行工况, 最终出水平均籽 ( NH + 鄄 N 籽 ( TN 和籽 (COD 均达到了国家一级 A 排放标准,SVI 也稳定在 00 ml / g 左右. 关键词 : A / O; 水力停留时间 (HRT; 有机负荷 ; 籽 (C / 籽 (N; 黏性污泥膨胀中图分类号 : X 703 郾 1 文献标志码 : A 文章编号 : ( Viscous Sludge Bulking During Biological Nitrogen Removal Process in A / O GAO Chun 鄄 di, JIAO Er 鄄 long, LI Hao, WANG Wei 鄄 xiao, PENG Yong 鄄 zhen ( College of Environmental and Energy Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 1, China Abstract: By treating real domestic sewage which had low 籽 ( C / 籽 ( N in A / O process, the nitrogen removal effect was investigated under different parameter conditions without external carbon source, and + the better operating parameter was determined. The average removal rates of ammonia nitrogen (NH 鄄 N, total nitrogen (TN and COD were %, 9 郾 8% and 8 郾 03%, respectively, in this situation. The occurrence and development of viscous sludge bulking in this process were also studied. On this basis, the nitrogen removal effect and further development of viscous sludge bulking were investigated under high 籽 (C / 籽 (N condition by putting external carbon sources into the real domestic sewage, then + the system reached the best operating parameter. Finally, average 籽 (NH 鄄 N, 籽 (TN and 籽 (COD in effluent met the national level A emission standard, and SVI was also relatively stable at about 00 ml / g. Key words: A / O; hydraulic retention time ( HRT; organic loadings; 籽 ( C / 籽 ( N; viscous sludge bulking A / O 工艺作为一种生物法脱氮除磷工艺, 在城市污水与工业废水处理与回用中具有处理出水水质好占地面积少投资省能耗低节省药剂以及运 [1 鄄转管理方便等特点 3]. 因其较高的经济优势被广泛应用于国内外大型污水处理厂并且得到了大量学 [ 鄄者的研究关注 5]. A / O 工艺生物脱氮过程主要通过硝化菌的硝化作用和反硝化菌的反硝化作用得以实现, 而充足的碳源是反硝化菌高效脱氮的关收稿日期 : 01 鄄 1 鄄 18. 基金项目 : 国家自然科学青年科学基金资助项目 ( 作者简介 : 高春娣 (1973, 女, 副教授, 主要从事污水生物处理理论与技术方面的研究, E 鄄 mail: gaochundi@ bjut. edu. cn.

2 年北京工业大学学报键 [6]. 污泥膨胀和反硝化过程中碳源不足的问题一效体积为 3 L,污泥龄为 8 d,采用中心管进水,周水都是低籽( C / 籽( N 的生活污水,给 A / O 反应器体流量计控制. 曝气池内混合悬浮固体质量浓度直困扰着此工艺的运行. 目前,许多城市的生活污的去除效果带来了影响. 王凤祥和葛士建等 [7鄄8] 研究认为投加外碳源很容易引起污泥膨胀,不利于系统的运行和污染物的去除;另一方面在实际污水处理厂运行中外碳源的投加会增加系统的运行成本 [9鄄10],而且过量投加外碳源将造成资源的浪费. 针对这一实际问题, 本试验前期以实际低籽 ( C / 籽( N 生活污水为研究对象,研究了在不加外碳源的边溢流出水. 好氧区溶解氧( DO 质量浓度通过气 ( MLSS 维持在 000 ~ mg / L,采用西龙 XL鄄 999 恒温加热棒控制温度,保持系统平均温度为 3 益. 泥取自北京某污水处理厂,经过一段时间的培养,活性性状良好,镜检发现钟虫和轮虫等后生动物,主要为菌胶团细菌群属,丝状菌相对较少( 见图,无丝状菌膨胀. 前提下,通过改变各参数条件来优化对污染物的去除效果,并在此过程中研究了系统黏性膨胀的发生及变化情况. 后期在前期优化参数的基础上通过合理增加外碳源使进水的籽( C / 籽( N 提高,研究了高籽( C / 籽( N 条件下系统对污染物的去除和系统黏性膨胀进一步变化情况,为实际污水处理厂处理低籽( C / 籽( N 生活污水过程中参数选择和黏性膨胀图 1 A / O 反应器示意图 Fig. 1 Schematic diagram of the A / O process 的变化情况提供依据. 1 试验装置与方法 1. 进水水箱. 蠕动泵 3. 溶氧仪. 搅拌器 5. 缺氧 1郾 1 试验装置气体流量计 11. 曝气头 1. 硝化回流液 13. 回流污泥区 6. 好氧区 7. 二沉池 8. 出水 9. 空气压缩机 10. A / O 工艺试验装置如图 1 所示. 反应器总体积 1. 剩余污泥为 57 L,试验期间分 5 个格室运行( 缺氧区防止搅拌 1郾原水来源及水质段为 1颐郾 60,以后其他阶段均为 1 颐 1郾 75,二沉池有化粪池引入储水箱,进水水质如表 1 所示. 不均分为格. 缺氧区和好氧区体积比在前 3 阶本试验采用实际生活污水,从北京某居民小区图镜检照片(00 倍 Fig. Microscope photos of sludge(00 times 表 1 试验进水水质特性 Table 1 Wastewater characteristic 项目 ph 范围 7郾 00 ~ 7郾 80 籽( COD / 籽( NH+ 鄄N / 籽( NO3- 鄄N / 籽( NO- 鄄N / 籽( PO3 - 鄄P / 101郾 0 ~ 39郾 50 53郾 70 ~ 91郾 50 0郾 09 ~ 郾 7 0 ~ 0郾 3 3郾 60 ~ 6郾 90 1郾 3 分析项目及方法 COD 正磷酸态磷( PO3 - 鄄P 氨氮( NH+ 鄄N 硝籽( TN / - 1 5郾 76 ~ 9郾 30 态氮( NO3- 鄄N 亚硝碳氮 ( NO- 鄄N MLSS 悬浮固体( SS SVI 均采用国家规定的标准方法测定,总氮

3 第 11 期高春娣, 等: A / O 工艺生物脱氮过程黏性污泥膨胀的发生 179 ( total nitrogen, TN 含量用 multi N / C 3000 分析仪低碳氮比条件下系统运行情况分析定仪( Multi 30i 型测定. 使用 OLYMPUSBX61 显郾 1 各运行参数对污染物去除率的影响及优化描电镜进行污泥表面的丝状菌观察. 表所示. ( Analytik Jena AG 测定. DO 采用 WTW 溶解氧测微镜进行常规生物学分析;用日立公司的 S鄄300 扫在系统运行的前阶段,系统各阶段的工况如表试验运行条件 Table Experimental operating conditions 阶段 1 V( 缺氧区 / V( 好氧区有机负荷 / ( kg d - 1 污泥回流比 / % 内循环比 / % 籽( DO / - 1 1颐郾 60 0郾颐郾颐郾 60 1颐 1郾 75 0郾 0郾 8 0郾 8 此阶段,氨氮去除率一直维持在 %. 随着系统参数的改变,系统对总氮和 COD 去除率变化情况如图 3 和所示由图 3 可知,在第 1 阶段,进水的平均籽( TN 和籽( COD 分别为 68郾 06 mg / L 和 137郾 7 mg / L,出水平均籽( TN 和籽( COD 分别为 7郾 35 mg / L 和 59郾 1 mg / L,总氮和 COD 平均去除率分别为 30郾 53% 和 59郾 1%. 在第阶段, 进水的平均籽 ( TN 和籽( COD 分别为 65郾 0 mg / L 和 188郾 15 mg / L,出水平均籽( TN 和籽( COD 分别为郾 11 mg / L 和 5郾 68 mg / L,总氮和 COD 平均去除率分别为 35郾 37% 和 75郾 69%. 第阶段较第 1 阶段的总氮和 COD 的去除效果都有所增加, 由于实际生活污水属于低籽( C / 籽( N 生活污水, 随着有机负荷 ( 以 kgmlss 计的增大增加了反硝化所需的电子供体,有机碳源是异养好氧菌和反硝化细菌的电子供体提供者. 图 3 实验过程中总氮去除率变化情况 Fig. 3 Variation of TN removal efficiency in the experiment 有机碳源越充分, 籽( C / 籽( N 越高,反硝化获得的碳源越充足, TN 的去除率也越高 [11鄄13]. 随着有机负荷的增加,难降解有机物比例下降,微生物可利用的易降解有机物增多,使 COD 去除率增大. 高大文等 [1] 研究也说明: 有机负荷的提高使整个系统对 COD 和总氮去除率都有很大提高. 第 3 阶段内回流比改为 50%,其他条件较前阶段不变. 由图 3 和可看出,此阶段,进水平均籽(TN和籽(COD分别为 7郾 73 mg / L 和 3郾 86 mg / L, 出水平均籽( TN 和籽( COD 分别为 8郾 63 mg / L 和 50郾 mg / L,TN 和 COD 平均去除率分别为 33郾 96% 和 75郾 31%,相比于第阶段并没有较大的提高. 陈永志等 [15] 研究表明内回流比与 COD TP 和氨氮的图实验过程中 COD 去除变化情况 Fig. Variation of COD removal efficiency in the experiment 去除没有明显相关性, 与本实验结果相符. 而 TN 去除率随内回流比的增大呈升高趋势,但升高幅度呈递减规律. 而本试验过程中硝态氮的回流量是足够的,依据彭永臻等提出的反硝化反应专家控制系统( DES [16],有时进水籽( C / 籽( N 很低,即使采用

4 年北京工业大学学报内循环控制策略可以一定程度上提高反硝化速率, 由于反硝化所需碳源不足,仍然无法实现出水硝酸氮达标排放. 本试验实际污水处理中硝态氮含量比较高,所需的反硝化碳源严重不足,导致反硝化不充分,故 TN 去除率没有较大提升. 在系统运行的第阶段,将反应器的结构进行了调整,随着缺氧区好氧区体积比由之前的 1颐郾 60 调整为 1颐 1郾 75,缺氧区的 HRT 由郾 33 h 变为 3郾 0 h,此阶段,进水和出水的平均籽( TN 分别为 71郾 97 图 6 扫描电镜照片 mg / L 和 36郾 59 mg / L,总氮平均去除率为 9郾 8%, 相比第阶段的总氮去除率提高了 1郾 11%. 在此 Fig. 6 SEM photo 阶段,进水和出水的平均籽 ( COD 分别为 6郾 1 3 高碳氮比条件下系统运行情况分析比之前提高了 6郾 3%. 由于好氧区的体积减少了, 3郾 1 高碳氮比对污染物去除率的影响及优化大使回流液中的溶解氧对系统首端缺氧环境的破坏机负荷和增大缺氧区的 HRT 虽然可以使 TN 和 mg / L 和 3郾 9 mg / L,COD 平均去除率为 8郾 03%, 使回流至缺氧区溶解氧相应减少,缺氧区体积的增程度变弱,使得系统的反硝化作用增强总氮去除率提高. 郾黏性膨胀的发生在系统运行的前阶段,随着系统条件改变, SVI 值变化情况如图 5 所示. 由于实际生活污水较低的籽( C / 籽( N,提高有 COD 去除率有一定的提高,但出水籽( TN 远远达不到国家一级 A 标准. 在系统运行的前阶段进水籽( C / 籽( N 为郾 0 ~ 3郾. 在系统运行的第 5 阶段,保持其他条件与第阶段一致,郝坤 [17] 比较了实际生活污水不同外碳源对反硝化过程的影响,发现在 3 h 的试验时间内甲醇乙醇乙酸钠及丙酸钠的比反硝化速率分别为 0郾 833 1郾 7 7郾 06 及郾 39 mg / ( g h,分析认为乙酸钠在形成乙酞辅酶 A 后可直接被利用,故有较高的反硝化速率. 在本实际生活污水中投加乙酸钠来增加碳源,按增加 0 mg / L 的标准进行投加,经计算得到本系统平均每天需投加乙酸钠 9郾 8 g. 投加外碳源后测得进水平均籽( C / 籽( N 为郾 90,而第阶段的平均籽( C / 籽( N 为 3郾,此阶段系统对总氮和 COD 去除率变化情图 5 实验过程中 SVI 变化情况 Fig. 5 Variation of SVI in the experiment 由图 5 可看出,在系统运行的前阶段,SVI 呈现逐渐上升的趋势. 在第 1 阶段 SVI 值较低,维持在 60 ml / g 以下;在第阶段加大了有机负荷后, SVI 值出现了上升, 但并未膨胀, 一直维持在 10 ml / g 以下;在第 3 阶段加大了内回流比后,SVI 值况如图 7 和 8 所示. 由图 7 8 可知, 个阶段的氨氮去除率基本都为 %,出水氨氮可以满足国家一级 A 标准,第 5 阶段进水和出水的平均籽( TN 分别为 60郾 88 mg / L 和 7郾 8 mg / L,总氮平均去除率为 88郾 0%,相比第阶段的总氮去除率提高了 38郾 5%. 此阶段,进水和出水的平均籽( COD 分别为 98郾 89 mg / L 和 1郾 31 mg / L,COD 平均去除率为 86郾 18%, 比之前提高了继续上升,发生了膨胀,SVI 值维持在 00 ml / g 左郾 15%. 王亚宜等 [18] 研究发现, 低籽( C / 籽( N 污 SVI 值略有上升,维持在 5 ml / g 左右,经过镜检然 Kuba 等 [19] 提出当进水籽 ( C / 籽 ( N 低于 3郾 0 右;在系统运行的第阶段,增大了缺氧区的体积, 和扫描电镜( 见图 6 发现系统中丝状菌极少,属于菌胶团黏性膨胀. 水要同步获得良好的脱氮和除磷效果较为困难. 虽时, 需投加外碳源来保证生物脱氮效果,本试验中当籽( C / 籽( N 为 3郾时也未能达到良好的脱氮效果. 吴昌永等 [0] 试验结果表明颐处理籽( C / 籽( N 为

5 第 11 期高春娣, 等: A / O 工艺生物脱氮过程黏性污泥膨胀的发生 1731 图 9 高籽( C / 籽( N 条件下 SVI 变化情况图 7 不同籽( C / 籽( N 条件下总氮去除率变化情况 Fig. 7 Variation of TN removal efficiency under different 籽( C / 籽( N conditions Fig. 9 Variation of SVI under high 籽( C / 籽( N condition 胞外蛋白质含量显著下降,相比之下多糖的减少量有限. 由于胞外多糖的亲水性较强,使得粒径微细化的菌胶团与水结合紧密. 在沉淀阶段,菌胶团形成结构疏松含水量高的污泥絮体. 除磷效果恶化导致污泥密度降低. Schuler 等 [3] 分析认为:除磷恶化是由于体内含有聚磷酸盐 PHB 等较高密度物质的聚磷菌大量流失造成的,这同时也导致污泥密度降低. 3 高曝气量下反应器中存在较强的剪切作用,导致污泥絮体微细化,絮体粒径较小,沉降速度缓慢 []. 本试验过程中虽然污泥处于膨胀状态,但 SVI 值较前一阶段有所降低, 稳定在 00 ml / g 左右,对系统的影响不大,二沉池也没有发生严重的跑泥现象,而且出水都达到了国家一级 A 标准,取得图 8 不同籽( C / 籽( N 条件下 COD 去除变化情况 Fig. 8 Variation of COD removal efficiency under different 籽( C / 籽( N conditions 了较好的处理效果. 结论 1 采用 A / O 工艺处理未加外碳源实际生活污 7郾 89 的生活污水,TN 去除率为 93郾 30%,系统中存水,工况为:有机负荷 0郾 8 kg / d 污泥回流比 % 为郾 0 的生活污水时 TN 去除率降低至 6郾 0%, 总氮和 COD 平均去除率分别为 9郾 8% 和在反硝化除磷,同样的运行条件下处理籽( C / 籽( N 与本试验研究结果规律相同. 本试验研究过程中籽( C / 籽( N 为郾 90 时,TN 的去除率得到了较大的提高,接近 0%,而且出水籽( NH - N 籽( TN 和籽( COD 都达到了国家一级 A 标准. 3郾高碳氮比条件下黏性膨胀 + 在系统运行的第 5 阶段, SVI 值变化情况如图 9 所示. 在系统运行的第 5 阶段,SVI 维持在 00 ml / g 左右,且比较稳定. 镜检发现污泥中丝状菌很少,仍为黏性膨胀. 相关文献报道黏性膨胀时常发生在实验室和实际工程中 [1],目前许多关于黏性膨胀污泥的研究大多集中在高负荷低温低溶解氧氮磷不足等因素方面 [] ]. 结合本实验高曝气量下黏性膨胀成因,一些研究认为 1 在高曝气量条件下,污泥内循环比是 150% 缺氧区水力停留时间是 3郾 0 h 8郾 03%. 在系统第阶段, SVI 值较前 3 个阶段逐渐上升并维持在 5 ml / g 左右,发生了膨胀现象,经过镜检和扫描电镜发现系统中丝状菌极少,属于菌胶团黏性膨胀. 3 高碳氮比条件下, SVI 值有所降低并稳定在 00 ml / g 左右,此阶段系统达到了最优运行工况, 总氮平均去除率为 88郾 0%,相比前一阶段的总氮去除率提高了 38郾 5%, COD 平均去除率为 86郾 18%,比之前提高了郾 15%,出水籽( NH+ - N 籽( TN 和籽( COD 都达到了国家一级 A 标准,取得了较好的处理效果.

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移动床生物膜反应器处理小区灰水的试验研究

移动床生物膜反应器处理小区灰水的试验研究 Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2014, 4, 47-52 Published Online December 2014 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/aep http://dx.doi.org/10.12677/aep.2014.46b007 Research of Gray Water