铝盐化学除磷对SBR工艺生物脱氮除磷的影响

1、R秀彬等铝盐化学除磷对SBR 丁艺生物脱氮除磷的影响#水处理技术R秀彬等铝盐化学除磷对SBR 丁艺生物脱氮除磷的影响#R秀彬等铝盐化学除磷对SBR 丁艺生物脱氮除磷的影响#DOI： 106796/ki.l 000-3770.2016.06.013铝盐化学除磷对口工艺生物脱氮除磷的影响吕秀彬I，杨志宏2,付佳丿，陈宏平 '，杨雅云'（1.太原理工大学环境科学与工程学院，山西太脈030024：2.山曲疋阳污水净化仃限公司，山西晋中030600：3.介肥丁业大学土木与水利T程学院安徽介肥230009）摘 要：通过小试实脸和污水处理厂（SBR工艺）的现场实验研究了投加聚合氯化佬（PAC

2、）对生物脱氮除畸的彭 响 结旻显示，铝盐.对生物释畴和吸磷过程有显著的影响，硝化过程中铝盐主要对氨氧化细茵（AOB）产生短时影 响。小刑量PACXt生物硝化作用彭响较小，投加量大于100mg/L时硝化作用几乎完全消失 但加药一段时间后硝化 作用恢复到正常水平 化学药刑在活性污泥中的积累会产生持续的影响，因此化学辅助除确时推荐采用间歇加药方 式Hid为一个周期、其中7d投加PAC.4天停止投加药剤.关置词:PAC :辅助除磷;硝化作用；抑制作用中图分类号:TQ424;X703.1文献标识码:A文章编号:1000-3770（2016）06-0059-005R秀彬等铝盐化学除磷对SBR 丁艺生物脱氮

3、除磷的影响#R秀彬等铝盐化学除磷对SBR 丁艺生物脱氮除磷的影响61收稿H KU：2O15-OS-23娠金项I：山西省冋国田学人员科研资助项I （2014.02）人社厅帀学冋国人员科技活动择优资助项Fl（2014-95）:太踰理工大学校歴金贯助项目（9OO1O3-O3O2O775） : AKiill住房和城乡建设委M会基金项目（201201作者冊介:吕秀彬（1989-）.男，硕上研究生，研究方向为污水处理:联系电话电十邮件:lvxiubin!008 联系作者:陈宏平副教授：电f邮件:hongpingch某污水处理厂采用SBR工艺，要求出水由原设 计的城市污水处理厂污水

4、污泥排放标准（CJ 3025 93）二级标准提高到城镇污水处理厂污染物排放标 准（GB 18918-2002） 一级 A 标准（0.5 mg/L）。现行 工艺处理水质除TN、TP外，氏他指标均可达标 氏 中,TN可以通过生物脱氮的方法实现达标冋,TP拟 匸用同步化学除磷实现达标。同步化学除磷作为生 物除磷的补充是一种控制污水处理厂TP达标排放 而广泛川用的技术，化学除磷通常通过投加金属盐离 子（F曰、FeAP）来实现H。很多研究提出了化学除 磷的运行条件并且提供了反应机理的分析，研究了金 属盐的投加位亘（前置除磷、协同式除磷和后置除 磷），进水pH和浊度对除磷的影响鬥。通过现场实验得出叫投加聚

5、合氯化铝（PAC） 进彳J：化学辅助除磷，投加届为100 mg/L.化学和生物 除磷包倉着多种化学和物理化学机制，该过程极为 复杂铁盐对牛物除磷和对硝化作用的影响,化学除 磷和牛物除磷Z间的竞争作用已经令很筋研究冋。 然向，关J：铝离子对磷的释放、対硝化作用的影响分 析的研究较少，因此,此次主要针对PAC辅助化学 除磷时铝盐对生物除磷及硝化作用的影响进行研 究在小型SBR反W器中进行实验并在污水处理厂 进行生产性试验。通过对比小试实验和生产性实验 來发现潜在的影响机制。1实验部分1.1实验装置实验采用小申传统SBR处理装宣SBR反应器 总容枳130 LM效容积120 Lo厌氧时开心搅拌器, 好

6、氧时川空压机曝气 污水处理厂采川SBR处理工 艺，口处理吊为2OxlO5 m3/d0本次实验在汚水处理 厂坤反应池进行，反应池尺寸为35 mxl8mx5.5m, 有效容积3 000污泥取自污水处理厂SBR反应池°在SBR排 水结束厉取泥，污泥J1仃硝化功能，眞SBR反应器 内闷曝24 h后进水 污水处理厂的平流沉砂池出水 作为实验用水，化学药剂PAC以AhOi计含最M 29.0%。实验期间进水水质为:COD为317.4601.8 mg/L, BOD5 为 133.7231.1 mg/L,NHJN、TN、TP、 SS 质帚浓度分别为 43.12-60.34.54.2274.45、 4.

7、12-6.57.73280 mg/L,水温 1523 °C,pH 为 7.5 &2。1.2实验方法水质分析根据国家坏保总局水和废水监测分 析方法（第4版）规定的标准方法进行。在运行的污水处理厂和SBR实验箱（不同药 剂投加彊的平行实验）进行实验，运行时序如表1 所示。当运行至曝气3 h时投加PAC。通过小试进行 投药前后TP质鼠浓度的对比研究在SBR平行实 验中，一个投加铝盐另外一个为参照细（不投加药 剂）,测出由化学沉淀引起的TP质量浓度的不同, 作为这两个除磷系统的区别。通过测定OUR探究 PAC对硝化作用的影响机理。表1运行时序Tab.) The program of

8、SBR operation工序反应过程反应器运行时间/h污水处理厂 运行时何/h进水瞬时1.0前搅搏反硝化、释舞1.01.0厚气降解有机物、硝化、吸硯4.04.0沉淀悬浮物及汚泥沉淀1.01.0排水持放处理后的水1.01.013实验参数SBR反应器和污水处理厂运行参数见表2 表2运行参数Tab.2 The parameters of operation参数反应群汚水处理厂艸反应池周期进水St40L1 000 m3排水比1/31/3BOD5汚泥负荷/（kgk計（T）0.04-0.20.04 0.2p(MLSS)/(mg-L')3 500-4 5003 5004 5002结杲与讨论2.1

9、PAC不同投加量对生物除磷的影响化学药剂投加駅对生物除磷影响如图1所示。 在实验的初始阶段，随着化学药剂投加量的增加TP 的质量浓度明显I、降，与未投加药剂相比分别降低 7 1.58 J.74该现象表明药剂的投加造成TPFi& 1 The influence of chemical dosing on biological phosphorus removal(LmuMdt=的快速去除，在初始阶段后,TP质吊:浓度曲线随看 药剂投加G不同而变化，投加50、100mg/L的PAC 时厌氧释磷就分别降低了 25%、77%。由此可知，投 加化学药剂対厌氧释磷有明显的影响，并冃.比影响 随着P

10、AC1投加量的増加而增强,投加PAC后好氧 过程吸磷届分别为5.79 2 25 mg/L，吸磷彊分别降 低了 34%、74% 由此可知,PAC对生物厌氧释磷和 好氧吸磷均产生不利影响，使牛物除磷作用明显减 弱,究其原因，町能是由投加化学药剂造成嶙的缺 乏或者PAC对微生物抑制作用。有研究指出叫由于 磷的缺乏造成的生物除磷的降低平均不会超过 20%,由此可知生物除磷的降低主要是PAC对融t 物的抑制作用造成的而这种抑制作用町能是由 金属盐刈碱性磷酸酶产生了抑制作用冋。2.2长期化学除磷对生物除磷的影响为进一步探究长期投加化学药剂対生物除磷的 抑制特性，通过小试SBR装置连续监测厌氧阶段结 束时T

11、P质量浓度，结果见图2。PAC投加量为100 叫几,在初始的7 d连续投加化学药剂，在厌氧阶段 结束时TP质录浓度明显减小，由10.85 mg/L降至 3.71 mg/L,连续投加化学药剂15 d后TP的质彊浓度 儿乎为0出水TP在加入PAC Z后的第3大出水达 到一级A排放标准（0.5 mg/L） ,Z后- 口达标排放。山10 4864o庆氯结来时TP-一岀水TP0 3 6 9 12 15 1821 24 27 303336 39424548投加犬数/d图2长期投加化学药剂与生物除确关系Fig.2 The relationship between chemical dosing and bi

12、ologicalphosphorus removal in long-term operation实验期间监测了液体和污泥屮铝离子的质吊浓 度，如图3所示 在污泥中铝盐的质吊浓度随着持续 投加药剂而积累，当污泥中积累的铝盐质量浓度达到 40.33 mg/L时液体屮铝盐的浓度也开始积累。如图 2在格个过程中随着污泥中铝盐质帚浓度的增加厌 氧释磷的浓度逐渐降低，肖投加药剂第15犬液体中 铝盐质啟浓度开始枳累时厌氧释磷的浓度儿乎为 0,这些结果农明铝盐对厌氧释磷的影响随着活性汚 泥中铝盐的积累而加剧这也表明为铝盐在系统屮积累到很高水半时，庆氧阶段生物释磷儿乎完全消火70 *60 -50 S40 &l

13、t;302010001020304050投加天数/d图3长期投加化学药剂与铝离子关系Fig.3 The relationship between chemical dosing and Alv concentration in long-term operation不仅如此肖第30犬时粋停投加铝盐厉的一段 时间厌氧末TP质吊浓度仍维持在0表明当停止投 加铝盐时，铝盐对厌氧释磷仍仃影响。停止加药后液 体中积累的化学药剂浓度很快宙6.9 mg/L减小至0,汚泥屮积累的化学药剂浓度显著减少,但出水TP 仍能维持在达标水'卜停止加药后随着污泥中铝离 子质量浓度的减少(见图3)出水TP、厌氧结束

14、时TP质鼠浓度(见图2)均逐渐升高。这些结果表明 铝盐來门J：活性污泥中的化学沉淀，化学沉淀对厌 氧释磷产生了持续的抑制作用。长期投加化学药剂对生物除磷影响的研究在污 水处理厂进彳亍。污水处理厂1#反应池采用了 PAC 辅助除磷工艺，在曝气进行至3 h时投加PAC,投加 最为100 mg/Lo进行了投加PAC前、投加PAC 7 d 后、投加PAC 15 d后对生物除磷影晌的対比，如图Fig.4 The relationship between PAC dosing and TP concentration in a fiilhscale WWTP(“ulMdJLW实验表明：投加药剂7d后厌氧释

15、磷杲明显降 低，这也验证了前面小试中投加PAC对生物除磷的 影响。投加化学药剂15d后厌氧释磷几于比全消 失,但投加PAC的出水TP可达标排放 同步化学 除磷可能对生物除磷有负面影响 表明投加PAC对 生物除磷抑制的持续作用,并且符合前面小试中的 发现。该现象可能是由于化学污泥中含有铝盐的胶 体物质.在连续运行的1»况下活性污泥中沉淀的盐 类的数杲逐渐增多，磷的去除通过铝离子和磷酸根 离fZ间的结合來实现，并H胶体铝是由活性污泥 中的铝盐释放出來的存在r混介液中，和生物释出 的磷形成沉淀生物释放的磷和污水中的磷由铝的 胶体吸附并H附在活性污泥上，因此持续投加药剂 后造成厌氧释磷和好氧

16、吸磷的消失。2.3 PAC对硝化作用的影响通过在SBR中连续的实验研究好氣时铝盐对硝 化反应的影响，实验结果见图5 PAC投加駅由0升至 60 rng/L的过程中，氨氮去除率卜降较缓慢，由93.75% 降至6&72%。PAC投加磺由60 mg/L升至100 mg/L 的过程中,氨氨去除率急剧下降,由68.72%陆亍 6.25% ,以上结果表明，小剂童PAC对硝化作用影响 较小，随着PAC投加秋的增加氨氮去除率急剧卜降6()Fig.5 The relationship between different chemical dosage and ammonia nitrogeno,o0 1

17、0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 PAC 投加 M/dng.L4)图5 PAC化学药剂不同投加呈与氨氮关系102010O进水 出水 亠£除奉¥遂79080605040305040302010()为了研究化学药剂对硝化作用影响机理，对活 性污泥进行了 OUR测定，结眾如衷3所示。在活性 污泥混介液中添加不同浓度的PAC后，随着投加 PAC浓度的増加OUR卜降明显，表明PAC投加量 越人对活性污泥的抑制作用越强 投加100mg/L的 PAC时 OUR 减少了 0.469 mg/(L-min)然而投加 20 mg/L的 PAC 时 OUR 只减少了 0.

18、076 mg/ (L-min) 随看投加的铝盐浓度的增加,OUR的降低是很明显 的，这个结果与前面的实脸数据相符。并II铝盐对不 同菌屈抑制作用的实验对比分析衷明，投加一定彊 浓度的铝盐使OUR(AOB)明显卜降 投加100mg/L 的PAC和不投加PAC相比OUR (AOB)降低了 0.289 mg/(L-min)降低了 75.3%。投加 PAC 后亚硝 酸盐氧化菌属好氧速率OUR (NOB)几乎不变，说 明投加PAC对亚硝酸盐氧化偏影响较弱 以匕表 明，在硝化过程中主耍是PAC对AOB的抑制作用 导致硝化过程受到明显抑制。表3化学药剂对活性污泥影响Tab.3 The influence o

19、f chemical dosing on activated sludgePAC投加St/(mg-L1)OUR/(mg Lamin)OUR/(mg L min )AOBNOB00.8230.3840.301200.7470.3470.343000.5580.2920.3251000.3540.09503182.4长期投加化学药剂对生物硝化作用的抑制特征长期投加PAC与氨氮关系如图6所示,第一个 周期开始投加PAC,投加磺为100 mg/L。氮氮去除 率随着侶盐的持续投加而变化.前3个周期氨氮上 除率急剧卜降，由96.98%降至报低点9.57%,出水 氨氮由1.41 mg/L升高至42.18 m

20、g/L,同时TP去除 率由65.32%升高至93.48%,说明投加PAC使TP 去除率最高时氨氮玄除率最低，因此第3周期时 PAC才充分发挥作用 以上结果表明投加PAC对 硝化作用有明显的抑制作用，儿乎使活性污泥的硝 化作用完全消火。但第3周期Z后氨氮公除率开始 回升，至投加PAC的第10个周期氨氨去除率升高 至93.14%,出水氨氮降至3.27 mg/L. ®*恢复至加 药应水T。Z后持续投加PAC氨氮去除率可维持在 90%以上，出水氨氮可维持在达标水'卜。由以上数据 可知，投加PAC会对硝化作用造成较强抑制作用， 证实了上文铝盐对氨氧化细菌冇抑制作用的结來。 但经过一定时

21、间后硝化作用可恢复至正常水平,可 能是由J活性汚泥被驯化的结果。不仅如此,出水屮 亚硝酸盐并未出现积累，印证了上文铝盐对亚硝化 细繭影响较小的结论长期投加化学药剂对硝化作 用的影响在污水处理厂的牛产性实验现象与小试实图0长期投加PAC与氨氮关系Fig.o The relationship between PAC dosing and ammonia nitrogen in long-term operation为进一步探究投加PAC后出水氨氮先升高后 降低的机理，利用OUR (AOB)进行测定 収连续投 加PAC药剂的活性汚泥进彳f OUR (AOB)实验。结 果表明,PAC 投加ft为 0、

22、20、50、100、120、150、200 mg/L 时,OUR (AOB)相应为 0.372、0.363、0.367、 0.361.0331、0.283、0.074mg/(Lmin)。可以看出，PAC 投加鼠由0升高至120 mg/L时,OUR (AOB)变化 仅降低0.032 mg/(L-min),由此可知PAC对氨氧化 细菌影响较小。当PAC投加量从120 mg/L升高至 200 mg/L时,OUR (AOB)明显卜降，说明PAC对 氨氧化细菌开始产生抑制作用。综合表1、表2分析 可知,污泥经驯化前、后对PAC的耐受能力从20 mg/L升高至120 mg/L ,该结呆衷明投加PAC虽然

23、会对硝化作用产生抑制作用，但纟仝过驯化后这种抑 制作用可慢慢消失。而之前的研究结论冋认为投加 铝盐会对硝化作用产生抑制作用，当停止投加PAC 时这种抑制作用才会消失。2.5同步化学除磷时谥佳运行方式如图7所示，化学药剂对牛物除磷和硝化作用 的抑制是由汚泥中化学药剂的积累。由污水处 理厂进水TP浓度的变化，因此持续恒定的化学药 剂投加量对于活性污泥系统来说可能是过量的。这 会导致化学药剂在污泥中逐渐枳累，当铝盐积累到 一定浓度时,化学药剂会对生物反W产生影响。3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 时间/d图7最佳运行方式201816141210860Fig.7 The best o

24、peration mode(LdEr一 vWo2 0X6420(LdwMdJJQ在污水处理厂进行了间歇加药的实验，经过现 场实验当PAC投加量小J* 100 mg/L时出水TP不 能稳定达标，因此投加彊选择为100 mg/L,前7d连 续投加PAC,投加航为100 mg/L第7人开始停止 投加药剂，榕个过程中污泥中铝离子浓度、厌氧结束 时TP浓度、出水TP浓度见图7可以看出，投加 PAC的第3犬出水TP可达标排放。投加PAC的7 d内污泥屮铝离子浓度迅速升高，灰氧结束时TP质 届浓度由10.85 mg/L降至3.71 mg/L,说明生物除磷 H秀彬等，铝盐化学除磅对SBR 丁艺主物脱氮除磷的影

25、响63作用未完全消失 停止加药后铝离子浓度迅速卜降, 厌氧结束时TP质彊浓度、出水TP质啟浓度开始升 高，第11天出水TP仍达标排放，说明由J PAC的枳 累作用使得出水TP在停止加PAC时仍可达标排放 I大I此，将间歇加药的时序定为11 d 个周期，其中7d 连续投加PAC,4d停止投加药剂 按照该加药时序 进行为期半年的实脸表明出水TP可穏定达标。间歇加药仃以F原因:避免污泥中过多积累化 学药剂，减少化学药剂使用1;避免牛物除磷作用的 消失,实现真止的化学生物协同除磷。因此，间歇加 药对生物反应和同步化学除磷过程來说是较为仃 效的运行方法。3结论PAC对生物厌氧释磷和好氧吸磷均产生抑制 作

26、用，并H.随着投加PAC浓度的増加对牛物除磷抑 制作用逐渐增强，生物除磷作用明显减弱长期投加 PAC除磷时化学药剂会在汚泥中积累，连续投加化 学药剂一段时间后厌氧结束时TP的浓度几乎为0 .投加PAC对硝化作用的影响:硝化过程中铝盐 主耍对AOB产生抑制作用，小剂5： (<40mg/L) PAC对硝化作用影响较小。随着PAC投加彊的增 加氨氮去除率急剧下降。投加人J- 100 mg/L的 PAC时硝化作用儿乎完全消失。但加药一段时间厉 活性污泥通过驯化可使硝化作用恢复正常水平。通 过实验找出针对本工艺的间歇加药时序为11 d为 一个周期,艮中7 d投加PAC,4d停止投加药剂，可 使出水

27、TP达标排放'建议：1)今后的实验需耍在冬季低温条件卜化 学药剂对生物脱氮、除磷影响进行深入研究：2) M 前汚水厂在备个季节均采川相同的运行时序和投药 最，今后可根据不同水温研究制定相应温度卜的加 佳运行时序和投药帚，以利J 节约成本。参考文献：1 谢卩.丿虬畅念宏，等.序批式活性汚泥I-艺生物脱氮现场试验耳环 境污染与防 if；.2014.30(7):40-54.2 赵水彬城帀汚水处理厂SBR I艺脱氮调试打试验研究D.人 檢:太隊理丁大学.2013.3J胡曹军，等化学除紳辅助A：O匸艺处理城帀汚水脱凰除隠研 究J环境 TFfLDOI: 10.13205/j. hjgc.20140

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