混合液回流比对一体化组合系统脱氮除磷的影响及物料衡算分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 混合液回流比对一体化组合系统脱 氮除磷的影响及物料衡算分析 摘要：在污泥回流比 r=100%条 件下，分别设定混合液回流比 R=100%、200% 、300%和 400%，试验 研究了其对生物絮凝-水解酸化-A2/O 一 体化组合系统去除 C、N、P 的影响。 结果表明：4 种工况下出水 COD 均低 于 35 mg/L，皆能达到 1 级 A 标准；TN 平均去除率分别为 53.23%，62.01%，71.95% ，58.31% ；T P 的平均去除率分别为 84.78%、87.77%、90.24% 和 87.26%。 通过物料衡算发现，在最佳工况下，整 个系统中有 18.05%的 TN 是通过生物絮 凝池去除的，有 76.39%的 TN 是通过缺 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 氧池去除的，另外好氧池对 TN 的去除 十分有限，只占整个系统的 5.56%。4 种内回流比条件下反硝化除磷占除磷的 百分比分别为： 11.06%、22.86%、29.31% 和 24.56%。 混合液回流比的改变对 COD 去除效率 的影响不大，对氨氮去除效果也无明显 差异，系统对总氮的去除效果随着混合 液回流比的增大呈先上升后减小的趋势， 混合液回流比的改变对除磷效果产生间 接的影响，在 R=100%300%时，反硝 化除磷效果随着混合液回流比的增大而 增大，但是随着混合液回流比的进一步 增大，除磷效果反而降低，综合考虑系 统的去除 COD 和脱氮除磷效果，确定 最优工况为混合液回流比 R=300%。 中国论文网 /7/view-12990317.htm 关键词：一体化组合系统； 混 合液回流比； 脱氮除磷； 物料平衡 中D 分类号：X703 文献标识码：A 文章编号： 1674-9944（2017）14-0064-04 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 1 引言 城市生活污水普遍存在碳氮比较 低的问题1，碳源不足会导致污水处理 效果降低，脱氮除磷反应不彻底，出水 不达标。对于一些成分比较复杂、可生 化性比较差的工业废水，这一问题更加 明显。针对碳源不足这个问题，实际工 程应用中采用较多的是投加碳源（例如 乙酸钠）这一方法，虽然这会使得污水 处理效率得到提高，但同时也大大的提 高了污水处理的成本。本研究课题采用 了一体化组合工艺，由生物絮凝、水解 酸化和 A2/O 三个部分组成。此装置的 特点是利用生物絮凝的絮凝吸附作用去 除污水中的大分子和难降解有机物，产 生的絮凝污泥经水解酸化工艺将之前吸 附的大分子、难降解有机物转化成能够 被微生物利用的溶解态小分子有机物， 再作为外加碳源经过计量泵投加到 A2/O 的缺氧池中，提高系统的脱氮除 磷效果。 目前国内外学者对污水生物脱氮 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 除磷的机理、影响因素、工艺特点等方 面的研究正在不断加深，与此同时，出 现了倒置 A2/O 工艺、UCT 工艺、改良 式 A2/O 工艺、三环式 A2/O 工艺等多 种工艺流程2。但是大部分研究多集中 在脱氮除磷效果和去除机理上，对工艺 中的 C、N 、P 的物料衡算分析研究较 少。在改良型 A2/O 工艺中，混合液回 流比是重要的工艺控制参数，对系统的 脱氮和除磷均产生重大的影响3。通过 考察混合液回流比对生物絮凝-水解酸 化-A2/O 一体化组合系统去除 C、N、P 的影响，对系统参数进行优化，确定最 优工况并分析了混合液回流比对系统的 污染物去除影响规律及其物料衡算。 2 试验材料与方法 2.1 试验用水 本试验使用的污水取自合肥市朱 砖井污水处理厂的曝气沉砂池末端，活 性污泥取自朱砖井污水厂 SBR 池， ABR 反应器使用的底物污泥是初沉池 底部流入反应器的絮凝吸附污泥，接种 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 污泥是已培养成熟的水解酸化污泥。水 质指标如表 1 所示，絮凝污泥、水解酸 化液的性质分别如表 2、表 3 所示。 2.2 试验装置与工艺流程 本试验所用装置为一体化组合系 统，主要由生物絮凝吸附、水解酸化以 及 A2/O 工艺组成，启动期间环境温度 在 25左右，装置示意图如图 1 所示。 生物絮凝部分由生物絮凝池和初 沉池组成，主要是通过生物絮凝作用收 集污水中悬浮态、胶体态等有机物4。 进水与好氧池回流的活化污泥（通过计 量泵来完成回流）在絮凝池内搅拌混合， 回流量为 0.5Q，絮凝池污泥浓度保持在 15002500 mg/L 范围内，混合液流入 初沉池，在初沉池内完成泥水分离，上 清液流入 A2/O 的厌氧池中，池底的污 泥有一部分重力自流至水解酸化池，另 外一部分作为剩余污泥从排泥口排出系 统。系统的处理水量为 50L/h，絮凝池 和初沉池的水力停留时间（HRT）均为 30 min，该部分的污泥龄（SRT）设定 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 为 3 d。 A2/O 工艺主要由厌氧池、缺氧 池、好氧池以及二沉池构成。厌氧池、 缺氧池、好氧池的水力停留时间分别为 2 h、2 h、8 h，容积分别为 0.2 m3、0.4 m3、1.6 m3。初沉池的上清液和回流污 泥在厌氧池中混合，池中装有搅拌器， 有利于泥水充分混合以便完成厌氧释磷 的过程5。随后泥水混合液将进入缺氧 池中，在该池中与好氧池回流的硝酸盐 混合液混合，该池中会发生反硝化脱氮 反应及反硝化除磷反应5。之后混合液 会进入好氧池，曝气量通过流量计控制， DO 控制在 23 mg/L 之间，有机物在 此进一步降解、聚磷菌摄取磷等过程均 在好氧池发生6。最后好氧池中的泥水 混合液会进入二沉池进行泥水分离，上 清液作为系统的总排水排除系统，底部 的污泥一部分作为回流污泥通过计量泵 抽回至厌氧池中，另一部分为剩余污泥 由排泥口排出系统7。控制排泥量，将 MLSS 维持在 3.03.5 g/L 之间。设定 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 二沉池污泥回流体积比为 100%，并设 置了 4 组内回流系统的运行工况：分别 为 100%、200%、300%和 400%。 水解酸化部分由 ABR 反应器和 一个碳源储备池组成，主要功能是对生 物絮凝污泥进行厌氧产酸反应，产生挥 发性脂肪酸（VFA）等易被生物利用的 有机物作为系统脱氮除磷的碳源8。接 种污泥取自实验室已有水解酸化反应器 中培养成熟的水解酸化污泥，底物污泥 来自初沉池底部的部分絮凝污泥流至上 下流式的 ABR 反应器里，经过 10 h 的 水力停留时间后水解酸化至碳源储备池 中。运行稳定好，水解酸化液中 COD、氨氮和磷酸盐平均值为 325 mg/L、22 mg/L、1.9 mg/L。水解酸化液 可通过计量泵投加至 A2/O 部分的缺氧 池或厌氧池中，投加量为 1/3Q。 2.3 分析项目及方法 本试验检测的污泥指标主要有混 合液悬浮固体浓度（MLSS） ，污水指标 主要有化学需氧量（COD） 、氨氮 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 （NH+4-N） 、总氮（ TN） 、总磷（TP） 以及间歇监测溶解氧等。检测方法主要 参照标准方法9测定：COD 采用快速 密闭催化消解法；TN 采用过硫酸钾氧 化紫外分光光度法；氨氮采用纳氏试剂 光度法；TP 采用钼酸铵分光光度法。 3 结果与讨论 3.1 混合液回流比对 COD 去除 的影响规律 在设定污泥回流比 r=100%条件 时，通过改变混合液回流比，来探究其 对一体化组合系统 COD 去除的影响规 律。表 4 所示为一体化组合系统在不同 工况下 COD 的沿程变化情况，从表中 可以看出，四种工况下出水 COD 皆能 达到 1 级 A 标准，其中，当 R=300%时， 系统对 COD 的去除效率最高，但是四 种条件下差别不是很大。COD 的第一 次大量去除主要发生在生物絮凝池中， 生物絮凝工艺对 COD 的去除率分别为 52.25%、52.33%、52.41% 和 53.50%。COD 的第二次大幅度降低主 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 要发生在厌氧池中，这是由于厌氧池中 聚磷菌大量利用有机物合成体内 PHB 进行厌氧释磷造成的10 。然而缺氧池 与厌氧池出水 COD 相近，有时甚至偏 高是因为在缺氧池中投加了水解酸化液。 最后，缺氧池出水进入到好氧池中，在 曝气条件下易氧菌对有机物的降解作用， COD 进一步降低。可以发现，一体化 组合系统对 COD 的去除效果受混合液 回流比的影较小，可能污水中有机物 的可生化性和污泥浓度对其影响更大， 当然这也需要后续的相关试验来论证。 3.2 混合液回流比对脱氮的影响 规律及物料衡算 在 4 种不同混合液回流比条件下， 一体化组合系统对氨氮去除效果无明显 差异，平均去除率分别为 97.42%、98.07%、98.34% 、98.79% ， 其中生物絮凝吸附工艺对氨氮去除率分 别为 22.96%、20.96% 、20.34% 和 20.77%。 在 100%400%内回流下，氨氮均有很 好的去除效果，出水氨氮均小于 1 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 mg/L。在混合液回流比分别为 R=100%、200% 、300%、 400%条件下， 对应的 TN 平均去除率分别为 53.23%、62.01%、71.95% 、58.31% 。 试验结果表明，系统对总氮的去除效果 随着混合液回流比的增大呈上升的趋势， 如图 2 所示，混合液回流比为 300%时， TN 去除效果最好，出水 TN 最低，能 够稳定在 15 mg/L 以下，达到一级 A 标 准。但当内回流比上升到 400%时，总 氮的去除率却下降到 58.1%，这可能有 以下两点原因：混合液回流比例过高， 带来了大量的溶解氧，破坏了缺氧池的 反硝化环境。硝化液此时虽多，但是 碳源供给不足。 一体化组合工艺对 TN 的的去除 是通过生物絮凝工艺（含有大量硝化液 的活化污泥回流至絮凝吸附池，在搅拌 条件下发生一定程度的反硝化反应） 、 缺氧池中的反硝化过程和好氧池中发生 的同步硝化与反硝化共同造成的。为进 一步分析系统各池的脱氮情况，根据物 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 料衡算公式，对最佳内回流比条件下系 统各池的总氮进行物料衡算。计算式如 下11： 计算得到在最佳回流比条件下， 系统中生物絮凝工艺的平均单位体积脱 氮量为 68.52 mg/（L d） ，缺氧池为 252.78 mg/（L d） ，好氧池为 35.49 mg/（L d） 。各反应池占系统对 TN 去除百分比分别为 18.05%、76.39%和 5.56%。可见系统对 TN 的去除主要是 由缺氧池中反硝化作用完成的，其次是 大量的硝化液回流至絮凝吸附池发生一 定程度的反硝化完成的，好氧池发生的 同步硝化反硝化所占比例很小（图 2） 。 3.3 混合液回流比对除磷的影响 规律及物料衡算 在四种不同的混合液回流比条件 下，对应的系统对 TP 的平均去除率分 别为 84.78%、87.77% 、90.24% 和 87.26%。 混合液回流比为 300%时，系统出水 TP 达到最低，平均值为 0.34 mg/L，四种 工况下出水 TP 平均值均能保持在 0.5 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 mg/L 以下，达到一级 A 标准。系统对 TP 的去除主要是通过缺氧反硝化除磷 和好氧吸磷来完成的12 。如图 3（a ） 所示，混合液回流比的变化对厌氧释磷 的影响并不大，而对缺氧池的出水 TP 影响很大。这可能有以下两种原因：混 合液回流比的改变，对缺氧池的稀释作 用也随着改变，进而影响缺氧池出水 TP 的浓度；混合液回流比的改变影响 了缺氧池中反硝化除磷的能力。为进一 步分析两阶段的除磷情况，对缺氧反应 池进行物料衡算，计算式如下： 可算出在 4 种不同内回流比条件 下，缺氧池和好氧池对 TP 的去除百分 比如图 3（b）所示。从图中可以看出， 四种内回流比条件下缺氧池占除磷的百 分比分别为：11.06%、22.86%、29.31% 和 24.56%。可以发现，随着混合液回 流比的增大，缺氧池中反硝化除磷比例 呈现先增大后减小的趋势。这可能是因 为随着混合液回流比增大，带到缺氧池 的硝酸盐氮增多，而硝态氮可作为反硝 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 化除磷的电子受体，增强了反硝化除磷 的能力13。但当内回流比增加到 400% 时，缺氧池除磷的比例开始减小，这可 能是由于混合液回流比进一步增大虽然 带来了更多的电子受体，但是也使得污 泥在缺氧池和好氧池之间循环的几率增 大而大部分污泥不能进入厌氧池，大多 数微生物不能经历完整的 A2/O 循环过 程，使得聚磷菌无法获得较高的吸磷动 力，从而影响了反硝化除磷的能力。 4 结论 在外回流比 r=100%条件下，分 别考察混合液回流比为 R=100%、200% 、300%和 400%时一体 化组合系统对污水中主要污染物去除的 影响。研究发现，混合液回流比的改变 对 COD 去除效率的影响不大，平均去 除率分别为 83.07%、84.61%、87.69% 和 87.28%，出水 CO