在旅游地区市政污水处理的单级生物过程 7页

在旅游地区市政污水处理的单级生物过程作者：德桑蒂斯洛佩兹关键词：试点试验，市政污水处理，单级生物过程，污泥产量，旅游区摘要：本试点规模的研究旨在测试一个创新的有效性紧凑的生物系统(SBBGRe序列间歇式生物过滤器颗粒反应器)处理城市污水在有着需求强烈的季节性水和废水排放的旅游区。经过期限463天长时间的获得的结果运行表明,该系统能够保证平均去除效率高于90%,COD(化学需氧量)、总悬浮物和TKN(总凯氏氮)的独立影响浓度和有机负荷值,这围从0.2到5.1公斤COD/m3生物过滤器。d此外,在旅游领域植物表现出高度的灵活性和操作稳定的有机负荷的变化。事实上,观察植物没有明显的污水质量恶化甚至在突然成倍的增加有机负荷。。高氮去除效率(平均80%)也多亏了实现在高生物量植物的浓度和操作条件，同时建立的硝化和反硝化过程。最后,该系统特征为剩余污泥为特征生产低得多(60e80%低)相比传统的生物系统操作没有主要澄清器。可接受的剩余污泥稳定化水平也得到进一步稳定过程不再是必需的。2014爱思唯尔保留所有权利。1.介绍旅游区的特点通常是一场激烈的变化季节性的水需求(SalgotTapias,2004)决定了人口的变化。例如,地中海地区约46000公里的海岸线世界上最受欢迎的度假胜地,吸引超过一个三分之一的全球旅游人数每年(博雷利Brogna,2000)。约40%的到来都集中在夏季期;此外,在这一时期人口的增加不遵循一个循序渐进的趋势但激增在特定日期。旅游地区的人口波动不仅影响水而且影响污水质量和数量的需求。事实上,在比较典型城市污水废水带来了旅游区域的更集中的典型污染物参数,在流量和更多的变量污染物变化,尤其的不解体后期由于较短的排水系统(突袭,1989)。一个可靠的废水收集、处理和处置系统应该实现在旅游区在这些领域,特别是在沿海的接收水不仅是该地区的主要资产,其主要的担心应该关于可能的污染(Orhonetal.,2002;VaananenGavrielides,1989)。在旅游区废水通常是由小型植物每个单个或一组家庭,酒店和其他旅游机构(Christoulas和Andreadakis,1989)实施。事实上,废水收集基于支下水道网络,其成本可能超过占总预算的60%的废水管理大型系统，沿海区应该是太贵了，休闲区(如度假村,酒店餐厅和酒吧)位于海岸线在一个相当大的距离另一个地方。旅游地区的污水处理系统在使用,主要是基于延时曝气活性污泥过程,遭受一系列的问题,包括冲击负荷、污泥膨胀、缺席定期监督和维护,流量波动,这可能会导致污水质量差(Christoulas和Andreadakis,1989)。这样的的情况尤其重要假期开始时,急剧增加的浪费水流发生时,这些系统需要一段时间生物质能的发展必要治理,在此期间,通常持续几周,一个不好的质量产生废水。此外,产生的污泥是最大的问题之一关注小处理厂(etal.,2000)。事实上,污泥处理方法通常应用于大规模浪费污水处理厂(即。、需氧或厌氧污泥stabiliza-、脱水)基本上是不适合小废水处理厂,因为它们太贵了。污泥在这些植物生产通常是运送到附近的大处理厂(可能是位于相当长的dis-例如从海岸),这些设施都是可用的。的减少剩余污泥产量因此高度可取的小型污水处理厂。最后,比较大植物的小公司有一个更高的能量消耗率(上涨80%)。事实上,能源消费的典型值小处理厂(基于aera——氧化沟/扩展重要信息系统)介于0.48和1.04千瓦时/米3的治理废水。\n由此可见,更可靠和健康的废水处理技术应该有较低的污泥生产和能源需求,应提供在旅游和更好的操作灵活性区域。最近提议,在新系统能够遵守这个请求,其中一个最有前途的是系统开发的水研究所(IRSA)国家研究意大利议会(CNR)缩写是SBBGR(序批生物过滤器的反应堆)。SBBGR系统结合附着生物的优势系统(即。更好的健康性和紧凑性)的周期系统(更大的灵活性和稳定性)。SBBGR是然而唯一系统在特定类型的生物量的生长(即生物膜和颗粒的混合物在一个包装填充材料),允许保留的生物量更大反应堆获得(一个秩序高于级记录在传统生物系统)。因此,显著增加与顺向实现污泥的年龄减少污泥产量。事实上,微生物太多时间在源性代阶段生物质衰变率很高,因此生物质产量低。好处可以概括为符合SBBGR技术低点:a)有趣的转换能力;b)不需要二次沉淀池;c)较低的足迹的可能性执行在一个生物的操作单元的所有步骤治理，特别吸引力的特性治理废水的特点伟大的可变性等体积流量和组成污水来自旅游区;e)很低的污泥产量。SBBGR技术已经申请处理市政污泥的主要废水,降低80%数量通常在生物生产阶段得到。然而,考虑到约占总数的60%数量在传统废水处理产生的污泥-表示“状态”植物来自一级处理阶段,它在应用SBBGR技术治疗生废水减少污泥产量的最大化。因此,结果一项研究,旨在调查SBBGR系统试点治理未经处理的污水(也就是规模。,没有任何的初步治理)住宅位于沿海旅游区在目前的报道。SBBGR在应对有机负荷杂文集——有效性规划设计的典型旅游区也详细评估。此外,一个新的SBBGR设计基于两舱制本文提出了配置。特别是,在这样的设计,生物量和废水中包含(也就是专门的核反应堆。生物过滤器和通风装置单元,替换-有效)因此总是分开。这样做有一些优点在远隔千山万水的研究使用的单一机组配置(等更好的氧气转移(如空气供应在一个反应堆是免费的生物质从而防止频繁堵塞空气扩散器),更大的宽容对抑制化合物(如废物-水是第一稀释液体包含到增氧机单元之前介绍了生物质舱)和更高操作的灵活性。2.材料与方法2.1试验工厂和运营计划显示了一个示意图的试验工厂中使用的调查,由两个单位:biofilterand通风装置。生物过滤器的的活性区植物含有的生物质能;它吗由一个圆柱形钢反应堆(直径:220毫米,高度:3200毫米)满轮形状的塑料元素(特点:7毫米高,11毫米直径,650米2/米3特定区域,0.95克/厘米3密度,0.7床孔隙度和50\ne80毫米3孔隙尺寸)。这些元素包装两个躲板块之间(固定)。整个植物的生物量是完全局限于生物过滤器(夹在填充材料),因此第二个定居者不再是必需的。通风装置,包括一个圆柱形钢反应堆(直径:273毫米,高度:273毫米),是欧元区的液相(即。、废水);它的作用是赞成送风转运通过鼓风机与扩散板位于单元的底部。将空气供给在一个专用的反应堆独立于生物质带来不必的优势安装复杂的设备。这避免了—一个常见问题在传统的系统中,生物质会阻塞孔的设备用于空气供给(博伊尔和Redmon,1983)。生物过滤器和通风装置液压连接的泵(rec.泵在图1),不断回收在生物质的液体生物过滤器。此外,这个回收保证均匀生物量分布在整个生物过滤器。溶解的增氧机的浓度保持在6mg/L而在生物过滤器单元围4e5mg/L,在除外填充时间,什么时候是较低的。试验工厂的操作是基于一个接一个的治疗周期,每个组成的三个连续阶段(见图1):填充、反应和绘画阶段。在填充阶段,固定体积的废水将被处理(通过添加了灌注泵)液体体积的方法保留的增氧机从先前的治疗周期。在反应阶段,液体不断充气和通风装置回收(150L/h)的流量通过生物质支持生物过滤器的材料。最后,处理废水是负责利用重力打开电动阀(EV图1)。然后工厂准备好开始一个新的治疗周期。的手术计划(灌装、再循环、曝气、绘图),使用可编程序逻辑控制器(PLC)配备了触摸屏监控工作的改变条件(即。工作时间的持续时间)(即灌注泵、循环泵、鼓风机和绘画阀)。一套压力计,底部的生物过滤器单元,在线测量在污水中由于生物量增长和损失废水中的悬浮物存在，一套解决水头损失的价值时,清洗步骤通过压缩空气,直到水头损失减少到一个预定义的值。洗水收集和测量(如TSS和VSS)为了计算具体的污泥产量。为了启动反应堆,活性污泥从本地市政污水处理厂作为接种体。实验活动的试验工厂安排A和B两个主要阶段(时期)。期指的时期典型的SBBGR技术生物质(即。、生物质制成的生物膜和颗粒)生成的逐步转变从生物膜附着生物量分数颗粒,而B指的时期在试点植物在应对的有效性有机负荷变化进行了评价。期间,考虑到知道关于SBBGR获得在先前的研究,液压加载到工厂为了有一个调整应用有机加载速率(OLR)0.2e0.4公斤COD/m的围3生物过滤器,d。一次典型的SBBGR生物质已经达成,实验活动集中在评估试验工厂是如何有效的应对有机负荷变化的典型旅游区(B)时期为了放大的变化,水力停留时间(HRT)的工厂逐步减少。特别是,B被分成了4个时期sub-periods(B1、B2、B3和B4),每个不同的特征水力停留时间(即。,2.2,1.4,1.0和1.2d,分别)试验工厂。减少荷尔蒙替代疗法期间B,然而,并不总是导致增加OLR的加强废水成分的变化。工厂运营8h治疗周期期间和6e8h治疗周期充盈期持续了几分钟(最多30分钟,这取决于入渗量加载)而绘画阶段持续了在反应阶段30分钟。没有空气中提供第一个小时支持反硝化过程。工厂的操作条件在整个擅长-表1中列出了一些水稻时期。2.2分析方法和计算程序\n通过测量几个处理性能进行了评价参数的影响和废水,通常每两次的一周。所有参数被计算成的去除效率减少百分比值之间的影响和废水样本。化学需氧量(COD)、(TN)、总氮(N-NO吗?3)和一氧化二氮、总磷(P)和阻止-开采兰格博士通过测试套件。氨(NH3),总(TSS)和挥发性(VSS)悬浮物测定使用标准方法(APHA,2005)。氧化氮(N-NOx)计算了氮的总和(N-NO吗?3)和一氧化二氮。凯氏氮——(TKN)计算差异二层(TN)和总氧化氮(N-NOx)。头损失底部的生物过滤器单元测量通过一个压力传感器。特定的污泥产量计算假设SBBGR操作条件,尤其是非常高的污泥,保证在废水中所有微粒完整的代。具体的污泥生产，删除时间期间第一次洗涤后操作。污水(无需任何预处理)来自丹斯位于亚得里亚海海岸附近的巴里,意大利南部镇,是用来喂养试验工厂的组成废水在实验期间报道在表2。3.结果与讨论3.1实验工厂启动在2.1节,期间的典型生物质SBBGR技术、颗粒嵌入生物膜组成的生成的。在之前的研究(DiIaconietal.,2005)发现代过程包括四个步骤:(1)形成的薄的生物膜载体表面完全覆盖,(2)增加生物膜厚度、(3)分离的生物膜覆盖释放的载体生物膜颗粒,和(4)重排生物膜颗粒在光滑的颗粒。尽管基本的研究表明,有几个因素可能起到重要作用生成SBBGR生化物质,有机加载速率应用于植物是成功的最重要的参数这个过程。事实上,在启动高有机负荷值的植物可能会导致生物量的超然从填料(脱落现象)。因此,在期的液压加载装置是为了调整有一个稳定的应用有机负荷的围0.2e0.4公斤COD/3生物过滤器$d。在七个月中得到典型的SBBGR物质。3.2COD和悬浮物去除生物质产生后,试验工厂的有效性应对有机负荷的变化评估(B)时期。此外,为了增强变化,液压resi-丹斯的工厂逐步减少从2.2下降到2.2天通过增加液压加载(见表1)。指这一时期,图2a和b的浓度时间配置文件进水COD测量和废水的植物,和鳕鱼去除效率和OLR应用于植物,分别在B期。查看图2a和b中的数据,可以观察到废水中COD浓度的植物总是较低超过80mg/L(大部分时间低于50mg/L)的平均水平去除效率91%(然而,总是高于80%)。的除独立显示测量值影响COD浓度,不等from200upto2700毫克/L和有机加载速率应用于植物,即使高达5公斤COD/m3生物过滤器$d。值得回顾的是,意味着废水30到150mg/L浓度的BOD(5)通常在文献报道中出现对小型现场延时曝气在旅游地区包系统使用。相比传统的污水处理厂操作在旅游领域的波动很敏感有机负荷,数据在图2a和b显示高鲁棒性的SBBGR系统应付短期和长期载荷变化。事实上,没有COD废水的显著增加集中记录从每天350到350年有机加载速率通过从0.6到2.2公斤COD/m3生物过滤器$d。即轻微升高。,from55to70mg/观察L)即使在有机的突然增加6倍加载速率(即。COD从0.8到5.1公斤/米3生物过滤器$d)发生每天390-396。这些结果是特别有趣的如果相比Mendoza-Espinosa和斯蒂芬森(2001)曝气生物滤池的性能评估谁治疗主要解决污水冲击加载2e3.4时期正常的负载。他们发现,COD废水浓度增加从约50到200mg/L时,有机负荷增加从1.5到3.14(e1.82e6.21kgCOD/m3$d。关于总悬浮物,图3显示了配置文件的总悬浮固体浓度和VSS/TSS比率工厂期间B的影响,然而,的资料废水悬浮物浓度和去除效率同期发表在图3b。图3中报告的资料表明,全部暂停固体主要由有机材料组成。报告的数据图3a和b突出优良的过滤性能,尽管使用未经处理的污水(即。,没有任何初步的治疗)。在事实上,一直是废水悬浮物记录容低于35毫克/升的排放限制(事实上,大部分的时间低于20mg/L)与去除效率总是更高吗超过80%(通常超过95%)的独立影响价值高达1200毫克/升。如果与这些结果是特别有趣的延时曝气系统的操作在旅游区或小处理厂的固体控制损失系统(由于冲击负荷、污泥膨胀,缺乏定期的去除等)是污水恶化的主要原因。\n如果相比生物膜系统处理城市污水这些结果是有趣的。植物的高度的有效性和灵活性处理废水流变化和成分也证实了治疗周期的档案记录。事实上,他们表明,去除COD和TSS几乎是同事的，第一个小时的治疗周期都无关初始浓度、水力停留时间和应用有机负荷,因此总是留下一个有点大的残余植物的处理能力。它可以归结到特定的类型的生物量增长SBBGR系统(组成的混合物生物膜和颗粒的填充材料生物过滤器单元),作为一个过滤媒体删除前缀挂件颗粒物(和相关的COD)废水。此外,高生物量保留系统中(例如,高生物量浓度)增强了稳定性有机冲击负荷,主要因素限制反应堆每一次似乎是衬底生物量的去除率。3.3氮的去除对于氮而言,图4显示TKN的概要文件浓度测量植物入渗和污水,和它的去除效率,而TKN去除效率配置文件图5a和b有机加载速率和相关影响COD/N分别比。图4中的资料表明,TKN浓度废水一直是(除了天363年和399年)低15mg/L(实际上,通常低于5毫克/升),独立影响价值高达160毫克/升,因此英蒂-介质稳定硝化过程成立以来,氧化氮浓度的废水通常围10e20mg/L。这个发现应该考虑的相关性,因为它得到原始的废水。事实上,BAF系统,广泛应用在世界各地是小说废水处理系统,需要一个预处理步骤作为前缀挂件原料的固体浓度废水可能会恶化系统性能。此外,反之为常规是什么报道生物处理系统(麦特卡尔夫和艾迪,1991)中的数据图5显示的去除效率TKN不是很大应用有机加载速率的影响,尽管dis-的激烈竞争解决了氧之间存在自养和异养细菌。(2011),BAF处理合成定居污水的水力停留时间22h,得到一把锋利的减少氨的去除效率(下降20%)两倍的有机负荷应用于反应堆。此外,图5b显示了显著的相关性废水中的碳氮比与进入工厂减少TKN去除效率,但只有当COD/N值超过10个。这种相关性与先前的试验——是一致的心理研究表明碳的强烈影响氮的比例分配自养和废水异养细菌的生物量(Hanakietal.,1990;Hiuetal.,大桥etal.,2009;1995;)etal.,2000)。特别是,高废水中的COD/N值导致异的过度生长营养与顺向硝化抑制微生物。卡雷拉etal。(2004)观察到硝化率下降了79%影响COD/N期间从0.71增加到0.71治理的一个工业高强度金属废水，修改Ludzack-Ettinger试验厂配置。类似的重新结果获得了Zhiminetal.(2009)然而,在我们的研究中获得的结果(即。,没有影响在硝化效率影响COD/N值低于10)应该被认为是特别有趣的,TN概要图6所示也突出的存在有些扩展脱氮过程虽然没有计划最后缺氧阶段是包括在工厂的治疗周期。事实上,平均去除效率达到了72%剩余废水浓度大约20mg/\nL(平均)。古普塔使用小说和古普塔(2001)号生物共同旋转触器(RBC)治疗国废水合成的作文是类似于在这项研究中,获得了氮去除效率46.9%的在同一液压住所SBBGR系统的时间。图6也显示,TN的值去除效率有点稀疏,从2590%,因为影响COD/N比率有时低(即。,低于6)因此不允许一个满意的脱氮效率(在这种情况下,外部碳源用于改善氮去除)。TN去除效率,甚至高达70%,然而,通常是获得影响COD/N比低至2e3。硝化作用和脱氮过程也是的存在氮平衡所证实。事实上,图7显示的值氮要求生物量增长,乘以计算污泥生产(即。0.16kgTSS/kgCOD删除,见下文)(即N生物量测量容。、0.034gN/gts)和氮删除记录从371年371天。它可以乍一看,氮要求生物量的增长(围从2到14毫克/升)相比可以忽略不计测量氮移除(围从23到94mg/L)。此外,TKNNH3和NOx档案测量典型的,清楚地表明这是一个治疗周期同时硝化和反硝化过程。事实上,他们有显示在第一次2e3h-农用地的周期时间，而大多数TKN移除。同时硝化和反硝化过程在SBBGR归因于高生物量浓度测量(通常高于40kgTSS/m3床)和瞬态赖斯-规划设计(典型的连续反应堆),生成连续的缺氧和有氧生物层。据报道在以前研究使用SBBGR执行技术铵氧化剂位于外生物质层进行oxida-对铵亚硝酸盐/硝酸盐,而反硝化细菌位于深层,氧气无法穿透,减少这些化合物氮气通过使用碳源来从存储或水解产品进水的悬浮物手术期间捕获(德桑蒂斯etal.,2010)。进一步的,,由于高生物量浓度碳质衬底生物质衰变产生的可能的主要脱氮。这可以解释高氮去除效率获得较低的价值观影响COD/N比率。这个结果一致的发现(2009)获得20e50%TN的去除效率吗在国污水处理原始(COD/TKN比率在2e5)在膜生物反应器的操作在高生物量浓度。3.4污泥产生在B时段期间,评估和很受重视设置的水头损失点，清洗操作是一个重要的操作参数调节SBBGR系统污泥龄(他们玩是一样的作为传统活性污泥浪费流量的污泥系统)的主要方法减少过剩污泥产量。事实上,通过增加设置点值进行清洗操作可以减少操作的频率,然后污泥产量。然而,高水头损失值增加堵塞的风险生物过滤器单元与顺向卡帕,减少治疗性。,其硝化过程(因此TKN删除)可能严重影响高水头损失值——之间的竞争溶解氧细菌。因此,水头损失应设定点值尽可能高始终有一个令人满意的(要求)清除水平。最后,电能消耗率的治疗表示“状态”为0.39千瓦时/m3;超过一半的电能de-曼(60e65%)是用于氧气供应而剩余的泵和绘图操作。这个值,然而,低于文献报道除了惯常的-一对废水处理厂,根据氧化沟/延时曝气系统,用于旅游区(0.48e1.04千瓦时/米3处理废水。4.结论主要的结果在一个试点项目,旨在创新型生物系统的性能(SBBGR)对城市污水的旅游区如下:——植物表现出高度的灵活性和操作稳定的有机负荷变化的典型旅游地区。平均去除效率高于90%获得了COD、总悬浮物和TKN-削弱的影响和应用有机集中值加载围从0.2到5公斤COD/米3生物过滤器.d。没有迪特-观察在污水厂的质量当突然几个有机加载速率成倍增加发生。——高氮去除效率(平均80%)也同时由于硝化和反硝化获得的过程。——\n植物的特点是一个剩余污泥产量比这低得多的延时曝气系统通常使用在旅游地区。此外,一个可接受的剩余污泥的稳定化水平也获得了介质,可能不再进一步稳定过程.确认本研究MEDIWAT项目(可持续的一部分管理与水相关的环境问题的压力地中海岛屿),它是通过第二个共同资助的叫地中海计划(2007e2013)。作者感曼奇尼和g·德尔·莫罗博士为他们的合作试点实验。参考文献1.伯雷利,年代。、BrognaM。,2000年。负责任的旅游在地中海。当前的威胁和机遇。世界自然基金会,罗马,意大利,1e17页。2.博伊尔,W。Redmon,D。,1983年。生物污染的泡沫扩散器:艺术的状态。j.包围。109e1005Eng。109(5)。3.卡雷拉,J。、VicentT。Lafuente,J。,2004年。影响COD/N比率对生物的影响从高强度工业废水铵氮去除(为主)。生物化学过程。39(12),2035e2041。4.Christoulas,D.G.Andreadakis,公元,1989年。现场处理和制度处理废水从旅游胜地。水科学。工艺,21(1),37e45。Colmenarejo,年报5.卢比奥桑切斯,E。韦森特,J。、GarcıaM.G.博尔哈,R。,2006年。评价与不同的technolo——城市污水处理厂6.L。、DoulamiF。,2000年。污泥处理土壤和重用对小型农村社区护发素。7.Bioresour，Lazarova,V。、ChooK.-H、P。2012年。水体能量交互在水中重用。IWA出版、伦敦。8.马德,硕士Tarhini,。纳,正当,2009年。分散式废水的方法治疗和管理:发展中国家的适用性。9.青烟e133学报2(2),121。Sarioglu,M。因塞尔,G。、ArtanN。、OrhonD。,2009年。模型评价的同时硝化和反硝化作用在膜生物反应器操作没有一个缺氧的反应堆。10.H,S,Norimatsu,N,渡边,Y。,2000.significanceofsubstratec/Nratio在硝化生物膜的结构和活动由原位杂交和微电极的使用。水科学。工艺,41(4e5),317e321。11.Scultz,jr前行,学士学位、RaknessK.L.,1982年。现实的污泥生产激活污泥植物没有主要澄清器。12.j.Pollut水。美联储控制。54(10),1355e1360。检查水和废水标准方法,21ed。2005。美国公共卫生协会,美盛顿特区。Vaananen,P。、GavrielidesE。,1989年。比较集中与分散为沿海旅游区废水系统。水科学。(1),87年工艺,21日e92。13.Zhimin,F。、FenglinY。飞飞,Z。元,X。,2009年。控制养分的COD/N比率删除在修改后的膜生物反应器(MBR)处理高强度废水。Bioresour。e141工艺,100(1),100。