懸浮填料-活性污泥工藝強化氨氮去除效果的

懸浮填料-活性污泥工藝強化氨氮去除效果的研究摘要：針對國內一些處理水量已經(jīng)超過設計能力的原有城市污水廠硝化功能不足的問題，在上海某污水廠模擬生產(chǎn)工藝進行了投料倒置AAO工藝的中試試驗研究。研究表明，在活性污泥法系統(tǒng)泥齡僅有4天的情況下，中試設備出水NH3-N平均為2.5mg/L，去除率達到92.7%，優(yōu)于生產(chǎn)裝置NH3-N平均出水18~30mg/L的硝化效果。關鍵字：城市污水，硝化，懸浮填料，有機負荷StudyonEnhancedAmmoniaRemovalbyProcessofSuspendedCarrier-ActivatedSludgeAbstract:Tosolvethedifficultyofnitrificationcausedbyoverloadedinsomemunicipalwastewatertreatmentplants,annewactivesludge-movingbedcombinedsystemwasdevelopedtosimulatetheproductionsysteminawastewatertreatmentplants.Itwasfoundthat,undertheconditionof4dayssludgeretentiontime(SRT),NH3-Nineffluentisaverageto2.5mg/L,removalratecanbeupto92.7%,farbetterthannitrifyingperformance,whicheffluentNH3-Nisaverageto18~30mg/L,ofproductionapparatus.Keywords:Municipalwastewater,nitrification,suspendedcarrier,organicloading生物硝化功能的好壞受到多種因素的影響，目前國內一些城市污水廠雖然設計具備硝化功能，但隨著城市污水量的增加，其進水量超出了設計值，污泥有機負荷明顯提高，從而導致硝化功能下降甚至消失[1]。正是在這種背景下，我們開展了投料倒置AAO工藝研究，以求在無需新建反應池的前提下，通過向好氧池中投加懸浮填料來發(fā)掘原有反應池的潛力，從而達到強化硝化效果的目的。1．試驗概況，主要設備、材料和方法1.1 裝置中試試驗研究在上海市某污水處理廠進行的。該廠采用生物脫氮的A/O工藝（見圖1），廢水來源基本是該地區(qū)的生活污水。設計水量為22000m3/d，隨著進水量的增加，目前實際處理水量為26000m3/d，生化反應池總水力停留時間為9.8h，其中好氧池水力停留時間為7.6h，缺氧池為2.2h。中試工藝（見圖2）模擬生產(chǎn)工藝，進水取自該廠曝氣沉砂池出水，經(jīng)溢流水箱后用閥門控制反應器的進水量。生化反應器的有效體積為20m3（長×寬×高為5m×1m×4m），由相同的四格串聯(lián)組成。其中前兩格分別為缺氧池和厭氧池，后兩格為好氧池，采用穿孔管曝氣，并在好氧池內投加懸浮填料，好氧池內投配率為70%，全池投配率折算為35%。生產(chǎn)工藝與中試工藝運行參數(shù)對比見表1所示。圖1 生產(chǎn)裝置流程Figure.1 Theexistednitrogenremovalprocess圖2 中試試驗工藝流程Figure.2 Mid-scaleprocess表1 生產(chǎn)裝置及中試試驗裝置的工藝參數(shù)Tab.1 parameteroftheexistedandmid-scaleProcess生產(chǎn)規(guī)模流量(m3/d)回流R(%)MLSS(mg/L)HRT（h）缺氧/厭氧池HRT(h)好氧池HRT(h)NskgCOD/kgMLSS.d泥齡（d）生產(chǎn)裝置2600010035009.82.27.60.29~0.5612中試裝置601503100*（500）8440.35~0.854*表示填料上生物膜的折算濃度1.2 填料本研究所使用的填料是Φ100mm球形，由翼板和環(huán)構成（見圖1）。該種填料比表面積為100m2/m3，孔隙率大于90%，密度略小于水，曝氣時可以在曝氣池內流化，停氣時可以浮于水面，因此對布水與布氣設備無特殊要求，操作管理方便。圖3 懸浮填料外觀圖3 懸浮填料外觀Fig.3 suspendedcarrier1.3 廢水水質及分析方法中試試驗以該廠曝氣沉砂池出水為研究對象，其水質見表2 表2 進水水質 (mg/L)Tab.2 Wastewaterquality(mg/L)污染物BOD5CODSSNH3-NPO4-P曝氣沉砂池出水5001100800359初沉出水200400200328以上數(shù)據(jù)為2003年4-7月的平均值水質指標分析方法：CODcr：快速鉻法；NH3-N：納氏試劑法；PO4-P：氯化亞錫法；SS：重量法；DO及水溫：雷磁JPB-607型溶氧儀。2．結果與討論通過長期的運行觀察，發(fā)現(xiàn)由于水量逐年增大，該污水廠負荷已經(jīng)超出了設計要求，因此出水中NH3-N校高，其出水水質見表3。表3 生產(chǎn)裝置出水水質Tab.3 QualityofeffluentfromproductionapparatusCOD(mg/L)SS(mg/L)NH3-N(mg/L)NO3-N(mg/L)PO4-P(mg/L)40~60<3018~300.5~1.00.5~3.0注：表中數(shù)據(jù)為長期運行的平均值由表1和表3可以看出，生產(chǎn)裝置有機負荷達到0.29-0.56kgCOD/kgMLSS.d，導致該廠氨氮的去除效果不好，去除率只有30~40%。若要在不新建反應池的前提下提高硝化效果，一種方法是提高曝氣池的活性污泥濃度以降低污泥負荷[1,2]，但是要大幅提高污泥濃度是不容易實現(xiàn)的，有時甚至可能無法達到。而作為解決這一問題的另一種辦法，即是在好氧池內投加懸浮填料[3]，填料能夠富集硝化菌且不參與活性污泥的回流與排泥，從而使工藝能夠在活性污泥負荷較高的情況下達到良好的硝化效果。表4 污泥負荷對工藝硝化效果的影響Tab.4OrganicloadVSnitrificationeffect測試天數(shù)NH3-N(mg/L)污泥負荷(kgCOD/kgMLSS.d)進水出水去除率(%)132.82.492.70.28232.61.595.40.72330.23.688.10.36435.40.897.70.48530.91.196.40.38630.55.183.30.42733.32.293.40.31834.83.191.10.25931.70.698.10.291029.23.089.70.741136.90.299.50.851246.54.490.50.841335.40.199.70.691436.76.482.60.48平均34.12.592.70.54圖4工藝對NH3-N的去除效果Figure.4Removalofammonium圖5污泥負荷對NH3-N去除率的影響Figure.5OrganicloadVSammoniumremovalrate圖6 生化反應池內COD，NH3-N和NO3-N的變化Figure.6 thechangeofCOD,NH3-NandNO3-Nconcentrationinbiochemicalreactor以同期進行的中試試驗為平行對比，試驗期間，水溫為27~34℃，裝置出水COD均在60mg/L以下，故不作為重點討論。為了驗證生物膜的硝化能力，試驗裝置的活性污泥泥齡控制為4天以最大限度的減少活性污泥中的硝化菌數(shù)量。裝置出水NH3-N平均僅為2.5mg/L，去除率達到92.7%，硝化效果十分顯著。從圖5來看，可以看出裝置活性污泥的有機負荷達到0.25~0.85kgCOD/kgMLSS.d，平均達到0.54kgCOD/kgMLSS.d，高于生產(chǎn)裝置，但出水的NH3-N及NH3-N去除率并未表現(xiàn)隨著負荷的增長而惡化的趨勢，這說明投加了懸浮填料后，由于懸浮填料上富集了硝化菌，從而使工藝在負荷較高的情況下仍可保持良好的硝化能力。從圖6中生化反應池四格內COD、NH3-N和NO3-N的變化中可以看出，NH3-N濃度在進入好氧池后發(fā)生了明顯的降低，由于經(jīng)過缺氧池的反硝化與好氧池對有機物的降解，好氧池內（尤其是第4格）BOD5的濃度已經(jīng)很低，TKN/BOD5的值較高，非常有利于使硝化菌附著生長在填料上[2，4]。因此試驗裝置對NH3-N的去除能力遠遠高于生產(chǎn)工藝。同時又考慮到試驗期間活性污泥系統(tǒng)的泥齡僅為4天，一般即使水溫比較高的情況下這樣低的泥齡也難以使硝化菌在活性污泥中存留，因此有理由相信懸浮填料的確起到富集硝化菌的目的，完全承擔起了硝化功能，使整個工藝可以在污泥負荷增高的條件下保持良好的硝化效果。3．結論與建議對投料倒置AAO工藝中試工藝在較高負荷條件下的硝化功能的研究表明：在活性污泥泥齡僅為4天，平均污泥負荷達到0.54kgCOD/kgMLSS.d的情況下，試驗裝置取得了出水NH3-N平均為2.5mg/L，去除率達到92.7%的良好硝化效果。工藝的氨氮出水基本不受到活性污泥有機負荷變化的影響，這說明向好氧池中投加懸浮填料的確能夠起到富集硝化菌的目的，大大強化了工藝的硝化功能。中試裝置好氧池的水力停留時間為4h，比生產(chǎn)裝置少3.6h，但硝化效果明顯優(yōu)于生產(chǎn)裝置，說明填料上的硝化菌活性很強，從而可能節(jié)省好氧池的空間。對于新建污水廠而言，這樣做無疑可以節(jié)省投資，而對于原有的城市污水廠，則可以減少曝氣能耗，并為改造為具有脫氮功能的污水廠提供了足夠的反硝化空間。由此可見，通過向好氧池中投加懸浮填料將能夠產(chǎn)生很好的硝化的效果，不僅有助于處理水量已經(jīng)超出設計要求的原有城市污水廠解決污泥有機負荷過高而使硝化惡化的問題，而且也為我國原有城市污水廠增加脫氮功能的改造提供了一種有效的方法。參考文獻：周國成.