城镇污水处理厂脱氮除磷好氧污泥颗粒化研究-论文 6页

第39卷第2期环境科学与管理V01．39Nn22014年2月ENVⅡt0NMENTALSCIENCEANDMANAGEMENTFeb．2014文章编号：1674—6139(2014)02—0111—06城镇污水处理厂脱氮除磷好氧污泥颗粒化研究张艳君，肖军(浙江省环境保护局环境工程技术评估中心，浙江杭州310012)’i'J摘要：采用序批式生物反应器(SBR)培养好氧颗粒污泥处理模拟废水，优化好氧颗粒污泥内部好氧一兼氧一厌氧微环境，在反应器的快速启动、稳定运行阶段分别考察不同优化条件下系统的脱氮除磷性能。提出了优化污泥沉降时间、调控曝气方式等好氧污泥快速颗粒化途径，并研究排泥方式对颗粒污泥反应器稳定性的影响，通过强化脱氮除磷功能茵富集，实现氮磷同步高效去除。关键词：污水；脱氮除磷；污泥；颗粒化中图分类号：X703．1文献标志码：AStudyonGranulationofNitrogenandPhosphorusRemovalSludgefromUrbanSewageTreatmentPlantZhangYanjun，XiaoJun(EnvironmentalEngineeringTechnologyAssessmentCenter，ZhejiangEnvironmentalProtectionBureau，Hangzhou310012，China)Abstract：AerobicgranularsludgeobtmnedfromSBRwasusedtotreatsimulatedwastewater．Internalaerobic—facuhativeanaerobic—-anaerobicmicroenvironmentoftheaerobicgranularsludgewasoptimized．Theremovalefficiencyofnitrogenandphosphoruswasstudiedatdiferentstageofthereactorandoptimizedconditionofthesystem．Byoptimizingsludgesettlingtimeandaerationpattern，rapidsludgegranulationcanbeachieved．Theimpactofsludgedischargingmethodtowardreactorstabilitywasalsodiscussed．Simultaneousremovalofnitrogenandphosphoruswasrealizedbymeansoffunctionbacteriagathering．Keywords：sewage；NandPremoval；sludge；granulation’好氧颗粒污泥是微生物在特定环境下自絮凝、一定程度上制约了好氧污泥颗粒化技术在城镇污水增殖形成的外廓清晰、结构致密、沉降性能优异、多处理中的工程化应用。样化代谢菌群耦合的生物颗粒u-3]。自1991年Mi—本研究采用序批式生物反应器(SBR)培养好氧shima和Nakamura在升流式好氧生物反应器内发现颗粒污泥处理模拟生活污水，通过表面气速、污泥沉颗粒化污泥以来，有关好氧污泥颗粒化研究已成为降时间等关键参数调控，在实现污泥快速颗粒化的国内外废水生物处理领域的研究热点之一，并被应同时完成氮磷高效去除；并针对颗粒污泥易失稳现用于处理低C／N比、低C／P比废水，如屠宰场废象开展排泥方式对颗粒污泥反应器维稳研究，以期水]、乳制品废水、城镇生活污水。等。然而，为城镇污水处理提供一种新型、适用的强化脱氮除已有大量研究表明污泥颗粒化需提供较高的有机负磷新工艺。荷、较强的剪切条件，在处理城镇污水过程需较长的1试验装置与方法启动期，且极易发生污泥膨胀、系统运行性能恶化，1．1SBR反应装置收稿日期：2013—12—24作者简介：张艳君(1968一)，女，高级工程师，主要从事环境影响评本研究实验装置采用自行设计的序批式生物反估、污染治理等方面的研究工作。应器(SBR)，总有效体积6L，反应器高径比5：1，·111．\n期张艳君等·城镇污水处理厂脱氮除磷好氧污泥颗粒化研究Vo1．39No．2Feb．2014在反应器底部均匀布设曝气砂头，采用空气压缩机除磷营造缺／厌氧环境，提高反应器脱氮除磷效率；供氧，并接玻璃转子气体流量计控制空气流量，于反好氧反应过程控制表面气速2．5em·s～，较强的剪应器立面设置排水／泥口(见图1)。切环境有利于刺激微生物相互絮凝以抵抗不利环3境；在反应器运行第1阶段设定沉降时间为10min，一一一一一一一一一一一一一一一—一：排除沉降性能较差的污泥，强化沉降速度快、絮凝能力强的污泥持留在反应器内。运行三周后，进一步缩短沉降时间至5min强化污泥颗粒化。具体参数见表1：表1SBR反应器快速启动运行参数1．1．2SBR反应器稳定运行SBR反应器稳定运行时，反应周期12h，分为兼氧进水、静置、好氧反应、沉淀、出水五个阶段。通过设置沉降时间的长短及排除反应器底部颗粒态污泥1．空气压缩机，2．气体流量计，3．PLC自动控制，的量，控制体系内各部分污泥泥龄。反应器运行共4．蠕动泵，5．进水桶，6．电磁阀，7．出水桶分两个阶段，阶段I(0～20d)控制沉降时间1min，图1SBR装置图从反应器底部排除颗粒态污泥总体积的5％；阶段1．1．1SBR反应器快速启动Ⅱ进一步增加沉降时间到1．5min，从反应器底部排SBR反应器快速启动时，反应周期为2h，分为除颗粒态污泥总体积的10％。各阶段至少运行反兼氧进水、好氧反应、沉淀、出水四个阶段，。反应器应器达两倍污泥泥龄时长，保证反应器内污泥充分进水方式采用底部30min兼氧进水，为微生物脱氮代谢更新。具体参数见表2：表2SBR反应器稳定运行参数1．2模拟废水及污泥接种表3不同SBR处理阶段模拟废水组成本实验所接种污泥取自杭州市七格污水处理厂曝气池活性污泥，污泥沉降性能良好，SVI加=79．9，闷曝24h后取用，并在实验室自行培养成好氧颗粒污泥。SBR反应器所处理的模拟废水含有的乙酸钠、蔗糖、NHC1、蛋白胨，分别作为好氧颗粒污泥中微生物的碳源和氮源，进水碳氮比10：1。SBR反应器快速启动与稳定运行阶段的总氮及氨氮浓度有所差异，前者分别为40mg·L～、25mg·L～，而后者为300mg·L一、242．7mg·L～。模拟废水具体组成见表3。．112．\n期张艳君等城镇污水处理厂脱氮除磷好氧污泥颗粒化研究VoI．39No．2·Feb．20141．3分析方法2结果与讨论水样经3000rpm离心10min后分析COD、TN及TP，部分样品经0．45m膜过滤后，分析NH；一2．1快速启动阶段性能考察N。所有测定指标均做三个平行后取平均值。具体SBR反应器启动阶段，系统运行共分为沉降时分析项目如下：间不同的两个阶段，0—22d沉降时间为10min，此(1)COD参照美国APHAStandardMethods后沉降时间为5min。系统在有机负荷4．5—5．2kg·nl～·d条件5220D，采用CHEMetrics公司COD快速测定仪测定，下COD去除效率较高，受反应器沉降时间调整影响高温消解仪型号A一0111，检测器型号V一2000。不明显，COD去除率维持在87．7％～99．7％。在废(2)TN、NH；一N采用比色法定，采用岛津公司水生物处理过程中，碳源代谢主要通过吸附、水解、UV2401PC紫外分光光度计测定。微生物利用完成，在系统运行过程中，30min进水阶(3)污泥形态观察分析采用德国Leica研究显段处于兼氧条件，系统在运行中，碳源部分被吸附并微镜(DMLB+QCOLite)；反应器内污泥粒径分布变伴随水解，在后续曝气阶段碳源被微生物迅速利用化情况应用德国新帕泰克公司动态颗粒图像分析仪氧化分解。曝气阶段15min后，COD浓度已不再下(QICPIC—LIXELL)分析。降，污泥处于饥饿期，曝气时长近似80min，饥饿期(4)EPS采用加热法提取，其主要组成成分PS、约占到曝气总时长的80％，较长的饥饿期有利于微PN分析分别用苯酚一硫酸法，修正lowry法测定。生物利用胞内储能物质合成与细胞表面疏水性及表反应体系各形态污泥泥龄分别运用公式(1)～面电荷相关的EPS。(3)进行计算。反应器NH；一N与TN的去除性能受反应器沉=降时间调整影响明显，启动初期因沉降性能较差的Vr×污泥被大量洗出，系统污泥泥龄较短，增值速度较慢(×VSS,．g++VSS,．y++VSS~．g++的硝化细菌无法得到良好的富集，生物降解NH：一(1)N效率仅为50％；同时因污泥未能实现颗粒化，不．sR=具备反硝化过程所需的好氧一兼氧一厌氧微观环境，系统TN去除率较低，仅为27．1％一56．4％。在一sR=篙㈩系统运行第1I阶段沉降时间缩短至5min后，具有好氧一兼氧一厌氧微观环境的颗粒态污泥逐渐形其中：职，一总污泥龄(d)；成，硝化细菌得以持留，NH4+一N与TN去除性能明脓一絮状污泥泥龄(d)；显提升。在运行至45d后，随污泥颗粒化，系统TNz一颗粒态污泥泥龄(d)；去除效率稳定在80．4％～84．5％。l，r一反应器总体积(L)；同时，反应器中TP去除性能也受沉降时间调整一排泥体积(L)；影响明显。第1阶段，污泥由于选择性排泥大量流『厂一排水体积(L)；失，聚磷菌(PAOs)未能大量富集，周期内TP始终在VSS，一反应器内总生物量(g／L)；7．05～9．22mg·L浓度范围内波动，未见明显微VSS一排泥中颗粒态污泥生物量(g／L)；生物厌氧释磷、好氧吸磷过程；第1I阶段，进水TPVSS。．厂排泥中絮状污泥生物量(g／L)；浓度10．93mg·L～，30min兼氧进水结束后体系VSSe．一排水中颗粒态污泥生物量(L)；TP浓度为7．21mg·L～，除去稀释作用兼氧进水阶ySS厂排水中絮状污泥生物量(g／L)；段微生物具有一定厌氧释磷功能，且在后续好氧反严排水／泥频率(次／d)。应过程中，微生物获得好氧吸磷功能，出水TP浓度·113·\n\n\n期张艳君等·城镇污水处理厂脱氮除磷好氧污泥颗粒化研究V0l_39No．2Feb．2014的动态平衡；同时，结构松散的大粒径老龄化污泥被并外排10％老龄颗粒态污泥，可将系统总泥龄、颗排出反应器，结构密实、微O∞生0物O活性O高O∞O的新O生O污O泥O：2得OmOO粒污泥泥龄和∞絮体如污泥泥龄分加别控m制在4．985．7OO0OOOOOOOOOO到大量持留，维持反应器对于TN与NH4+一N的高d,9．02—10．91d和2．2～3．2d；此时系统在NH：一N效稳定去除。40～60d内系统TN及NH：一N去除和TN负荷分别为0．66—0．80kg·m一·d和0．67率分别稳定在72．7％～78．O％和91．2％99．3％—0．82kg·m～·d的条件下其去除率分别稳定范围内。在91．2％～99．3％和72．7％一77．9％。通过外排老龄污泥、优化控制体系内各形态污泥泥龄，有利于保持颗粒污泥系统长期稳定运行。邑3窖参考文献：嵩唔[1]BeunJJ，vanLoosdrechtMCM，HeijnenJJ．Aero．言如蚰∞如如加g0bicgranulationina如se鲫quenci∞ng如bath们ai如rlift加reacto0r[J]．WaterResearch，2002，36：702—712．[2]AdavSS，LeeDJ．ExtracellularpolymericsubstancesTime(d)andstructuralstabilityofaerobicgranular[J]．JofHazardMate-rial，2008，154：1120—1126．图7系统TN去除性能[3]ChenY，JiangWJ，LiangDT，eta1．Aerobicgranu．一1ationunderthecombinedhydraulicandloadingselectionpres．．—A、$ures[J]．BioresourceTechnology，2008，99：7444—7449．S3l、、——一、[4]SeviourT，PijuanM，NicholsonT，eta1．Understand．E．．．5蔓ingthePropertiesofAerobicSludgeGranulesasHydrogels[J]．ZgBiotechnologyandBioengineering，2009，102(5)：1483—1493．／一～“-差～~---Eft,[5]ArrojoB，MosqueraCorralA，GarridoJM。eta1．、一R_E．：Aerobicgranulationwithindustrialwastewaterinsequencing0510152O2530354045505560Time(d)batchreactors[J]．WaterResearch，2004，38(14—15)：3389—3399．图8系统NH4+一N去除性能[6]LiuYQ，MoyBYP，IlayJH．CODremovalandni．5结论trificationoflow——strengthdomesticwastewaterinaerobicgranu—在SBR反应器启动阶段，反应器设定了好氧larsludgesequencingbatchreactors[J]．EnzymeandMicrobial一兼氧一厌氧微环境结构特征，系统在污泥沉降Technology，2007，42：23—28．时间5min、表面气速2．5am·s条件下好氧污泥[7]DeKreukMK，VanLeosdrechtMCM．Formationof发生快速颗粒化，系统脱氮除磷能力大幅提高。AerobicGranuleswithDomesticSewage[J]．JofEnvironmental反应器稳定运行中污泥沉降时间控制在1．5min。Engineering，2006，132(6)：694—697．·l16·