40卷第8期2哈尔滨工业大学学报JOURNALOFHARBININSTITUTEOF’rECHNOLOGYVoL40No・8008年8月Aug.2008A2/O氧化沟工艺中NO;对生物除磷影响彭永臻1,侯红勋1…,孙洪伟1,马娟1(1.北京工业大学环能学院北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室,北京100124,E-mail:best@emails.bjut.edu.cn;2.安徽国祯环保节能科技股份有限公司合肥230088)摘要:为研究NO,一对生物除磷的影响,采用A2/O氧化沟中试对城市污水进行4个月的研究,并结合静态试验和实际A2/O氧化沟污水处理厂运行结果,研究NO,一对厌氧释磷影响,首次全面研究NO,一对二沉池释磷的影响.中试试验反应器总有效容积为375L.结果表明,氧化沟出水P(NO,一)>5.0ms/L时,回流污泥带入的NO,一较多,不利于磷的释放,11P去除率随出水N03。的升高而降低;氧化沟出水P(NO,一)<5.0ms/L时,NO,一较低导致在二沉池中进行了内碳源释磷反应,11P去除率随NO,一的降低而降低;静态试验结果证明当P(N03。)>0.5mg/L时,N03一抑制磷的内碳源释放.N03一降低至0.5mg/L以下时,发生内碳源释磷,比内碳源释磷速率为0.18—0.47ms/(gVSS・h);某污水处理厂运行结果也证明,二沉池污泥停留时间过长,发生内碳源释磷致使出水TP升高.关键词:污水处理;A2/O;氧化沟;生物除磷;N0,一中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:0367—6234(2008)08—1311—04Effectofnitrateonbiologicalphosphorusremovalwithanaerobic・-anoxic・・aerobicoxidationditchprocessPENGYong.zhenl,HOUHong.xunl”,SUNHong—weil,MAJuanl●●(1.KeyLaboratoryofBeijingforWaterQualityScienceandWaterEnvironmentRecoveryEngineering,CollegeofEnvironmentalandEnergyEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China,E-mail:best@emails.bjut.edu.en;Sci.andTech.Co.,Ltd,Hefei230088,China)2.AnhuiGenozhenEnvironmentalProtectionAbstract:Inordertostudytheeffectofnitrateonthebiologicalphosphorusremoval,theanaerobic—anoxicadoptedtotreatthemunicipalwastewatercombinedwithan—aerobic(A2/0)oxidationditch(OD)pro.cessanalyzed.Theeffectofnitratewasthecaptivetestfor4months,meanwhiletheoperationdataofplantwereonA2/Ooxidationditchwastewatertreatmentzonephosphorusreleaseintheanaerobicandinthesecondaryclarifierwasstudied.ThevolumeofthewholereactorWas375L.TheresultindicatedthatwiththeeffluentN03一oftheODmorethan5.0ms/L,thephosphorusreleaseWasrestrainedbyN03一carriedbythereturnedactivatedsludge,resultinginthedecreaseofTPremovalratewiththeincreaseofN01一intheeffiuent.WhenN03。intheeffluentwaslessthan5.0mg/L,theTPl'emovalrateWasdecreasedwithtIledecreaseofN01一intheeffluentduetothephosphorusre]easehappenedinthelowN03一conditionwithinnercarbonresoumeact-ingasanelectronicacceptor.ThecaptivetestindicatedthatthephosphorusreleasewithinnercarbonresourceactingastheelectronicaceeptorWasrestrainedwhenN03一Wasmorethan0.5mg/Linthesecondaryclarifier,whilephosphorusWasreleasedwiththeinnercarbonbeingtheelectronicacceptorwhenN03一wasless收稿日期:2006一08—14.基金项目:国家自然科学基金海外青年学者合作研究基金资助项目(50628808),国家高技术研究发展计划资助项目(2004AA601060);北京市教委科技创新平台项目(PXM2008—014204—050843).作者简介:彭永臻(1949一),男,博士,教授,博士生导师.than万方数据 ・1312・哈尔滨工业大学学报thespecificphosphorusrelease0.18—0.47第40卷operationresultof0.5ms/L,andratewasms/(gVSS・h).ThethewastewatertreatmentplantindicatedthatretentiontimeoftheactivatedsludgeinthesecondaryclarifierwassolongthatitwouldincreasetheeffluentTPduetothephosphorusreleasewithinnercarb血resource.Keywords:wastewatertreatment;A2/0;oxidationditch;biologicalphosphorusremoval;nitrate近年来,生物除磷技术在工艺上和理论上均有了新的发展和突破,工艺上从如A/O除磷工艺,A2/O工艺,Bardenpho工艺到近几年新开发的UCT工艺和反硝化除磷工艺L1。3J,理论上有IWAQ开发的ASM2模型和随后的改进模型ASM2dH100%,其中30%回流至厌氧区,70%回流至缺氧区.进出水取样位置分别为进水水箱和二沉池出水.进水由水箱经蠕动泵与回流污泥混合进入前置厌氧区,混合液与70%回流污泥混合经缺氧区后流人氧化沟,厌氧区和缺氧区分别设搅拌器进行搅拌,氧化沟内设曝气装置和搅拌推流装置使活性污泥在氧化沟内循环流动,泥水经二沉池分离后上清液排出系统,大部分污泥回流人前置缺氧区,剩余污泥定期排放.在氧化沟的出水口处设置DO、ORP、pH在线测定仪.静态试验装置为SBR反应器,有效容积为10J.关于NO,一对生物除磷的研究也有相关报道,NO,一对释磷的影响通常有两种解释,一为反硝化菌以NO,一为电子受体进行反硝化反应与聚磷微生物(PAOs)在厌氧区竞争易降解碳源,使PAOs在厌氧区释磷不充分;另一解释为NO,一能够抑制PAOs释放磷¨-3j.BerilS.”1用SBR工艺研究生物同时脱氮除磷,结果发现NO,一能够影响P的释放,大多研究认为NO,一是导致生物除磷效率降低的主要因素¨'5J.目前关于NO,‘对生物除磷的研究多限于NO,一对厌氧释磷的分析和反硝化除磷的研究帕t7J,而关于NO,一对于二沉池的影响系统的研究较少.目前,各国新制定的污水处理厂排放标准对于氮磷的排放要求日益严格,而同时脱氮除磷的污水处理工艺污泥沉降性能往往较差,这样活性污泥在二沉池中实际停留时间较长,污泥在二沉池中释放磷在所难免.1L,静态试验装置图略.本研究在北京市某大型氧化沟工艺污水处理1.2活性污泥和试验用水厂进行,接种污泥来自该水厂的回流污泥,试验用水取自该水厂的曝气沉砂池.用水为城市生活污水,COD质量浓度为166~545ms/L;BOD,质量浓度为95~321ms/L;NH。+质量浓度为29~52ms/L;TN质量浓度为37—73ms/L;TP质量ms/L.浓度为3.8~10.41.3检测指标及分析方法检测指标及分析方法见表1.表1试验分析项目与检测方法测试指标分析方法重铬酸钾快速测定法纳氏试剂光度法麝香草酚光度法碱性过硫酸钾消解光度法抗坏血酸一铝蓝分光光度法’nw在线监测仪试验CODc..NH4+N03一TNTP1.1试验装置A2/O动态试验装置由进水水箱,带前置缺氧、厌氧选择区的氧化沟反应器和二沉池组成,3部分有效容积分别为200装置示意图如图1所示.搴压机L、280L和95L,试验DO、ORP、pH22.1结果与讨论NO,一对厌氧释磷的影响NO,一对厌氧区释磷影响静态试验2.1.1为研究NO,一对厌氧区释磷影响,取氧化沟回流污泥静置2h,使内碳源反硝化除去剩余的泵回流污泥泵DO仪ORP仪pH仪NO,一,然后分为2等份,均按1:l比例加入原水,一份同时加入KNO,使反应初NO,一质量浓度为15图1氧化沟系统实验装置示意图ms/L,缓慢搅拌2h,二者分别为厌氧状态和缺前置厌氧区、缺氧区和氧化沟的水力停留时间(Ⅲ订)分另0为0.5h,1.5氧状态,其液相中PO。3。和缺氧状态NO,一质量浓度如图2所示.h和18h,总污泥回流比为万方数据 第8期彭永臻,等:A2/0氧化沟工艺中NO;对生物除磷影响・1313・由图2可见厌氧状态下30min能够快速释放磷,30min平均比释磷速率为13.2ms/(gVSS・h),30min后几乎不再释放磷.而缺氧状态下前15min释放磷,随后吸收磷.15rain平均比释磷速率为12.8m∥(gVSS・h).缺氧过程,N03一质量浓度一直降低,液相中PO。卜也在降低,进行的是缺氧反硝化吸收磷反应,平均比吸磷速率为1.88ms/(gVSS・h),比反硝化速率为1.54ms/(gVSS“).缺氧状态下,由于大量NO,一的存在,反硝化菌与PAOs竞争易降解碳源进行反硝化反应,使释磷不充分.在碳源不足PAOs释磷结束后,开始发生PAOs利用NO,一作为电子受体吸收磷反应,PAOs能够利用NO,一吸收磷说明了NO,一能够抑制PAOs释放磷.勰M加M坦840020406080100120图2厌氧和缺氧(NO;15mg/L)状态下Po:一和NO;变化曲线2.1.2A2/O氧化沟工艺中试试验4个月A2/O氧化沟工艺中试EBPR试验中,氧化沟皿去除率与出水NO,一的关系如图3所示.冰\姗蟹犏台∞∞印加印∞∞如加mOU24O810121416P(NO:)/(mg・L-1)图3氧化沟1甲去除率和出水NO,一的关系在出水P(N03一)<5.0ms/L时,TP的去除率随着出水的NO,一质量浓度降低而降低,但是在出水P(N03一)>5.0ms/L时,1'P的去除率随着出水NO,一的升高而降低.拟舍曲线为TP%=79.0+2.8xP(N03一),(p(N03一)<5.0ms/L,R=0.77).(1)万 方数据TP%=112.8—4.6xP(N03一),(p(N03一)>5.0ms/L,R=一0.90).(2)在P(N03一)>5.0ms/L时,随着N03一的升高,回流污泥携带入厌氧区的NO,一增加,导致反硝化菌与聚磷菌(PAOs)竞争易降解碳源,由于反硝化菌能够优先夺得易降解碳源进行反硝化反应,致使PAOs得不到足够的碳源释放磷,从而使得释磷不充分,最终导致,rP去除率下降.另外,NO,一还会抑制PAOs释放磷.2.2NO,一对二沉池释磷的影响2.2.1二沉池释磷静态试验为研究富磷污泥在二沉池中停留时间过长的释磷规律,取二沉池进水(氧化沟出水)缓慢搅拌8h,考察活性污泥内碳源反硝化和内碳源释放磷过程,其结果如图4所示.6p65■誉44≤3d22己lqof6÷詈4∑呈2iot/h彻p66■5詈44∑3占22己1气0Ol234567帆∽p6.。事■.5姿彗4.4学≤.3薹占2邑q彳蠢0整o1234567璧_t/h(d)图4内碳源释磷过程NO;和比释磷速率变化曲线・1314・哈尔滨工业大学学报第40卷图4中ABCD分别为4次平行试验的试验结果,A,B,C,D的初始条件为:温度18一19℃.VSS在3.4—3.5g/L.图4中A,B,C和D的初始N03一分别为66mg/L,4.6mg/L,27mg/L和Q7mg/L,其内碳源释磷时间分别为5h,3h,2h和1h.初始N03一质量浓度越低,内碳源释磷开始时间越短.p(N03一)>0.5mg/L,比释磷速率很低,为o.05—0.08,,唱/(gVSS.h),而在N03一降低至0.5mg/L以下,PA0s利用内碳源呼吸释放磷,比释磷速率迅速升高.A,B,C和D中平均内碳源释磷速率分别为0.18rag/(gVSS・h),0129mg/(gVSS・h),0.47,,e/(gVSS.h)和0.43ms/(gVSS・h),7h时液相中P04卜的质量浓度分别为26mg/L,60mg/L,9.4mg/L和10.9111∥L图4说明当p(NO,一)>0.5mg/L时,NO:一抑制磷的内碳源释放.在NO,一较高时,PAOs不能利用内碳源释放磷,只有NO,一接近完全消耗时,内碳源释磷才能够得以进行.NO,一越高,反硝化NO,一消耗的内碳源也越多,内碳源的消耗也会影响随后内碳源释磷量.试验A、B、C和D结果对比也证明了在二沉池中NO,一的存在能够有效防止磷的内碳源释放.以上结果说明在EBPR系统,二沉池中污泥停留时间不宜过长.在二沉池中,内碳源反硝化和内碳源释放磷将会顺序发生.在二沉池中NO,一的存在能够有效防止磷的内碳源释放.2.2.2A2/O氧化沟工艺二沉池释磷结果’在某大型污水处理厂,2006年3—5月份由于污泥膨胀导致二沉池泥位过高,污泥在二沉池中平均停留时间超过5h,致使出永TP经常超标.图5为该污水处理厂2006年4月28133个二沉池A、B和C的进出水(二沉池进水为氧化沟曝气池处理后的活性污泥)和3个池子对应的回流污泥液相中NO,一和PO。3一的检测结果.・2.0皂1.5Ej二沉池出水区囚回漉污泥导1.o呈0.5q0虞象陷隐池A池B池C,■普≤^・o邑巨,CL呖层鋈匡E^',t==池A池B冀池C冀图53个二沉池进出水和回流污泥NO;和P戎’万 方数据由图5可见,在二沉池中发生了内碳源反硝化反应和内碳源释磷反应.3个二沉池A,B和C进水的PO。卜分别为0。47mg/L,0.13mg/L和0.28mg/L,而该污水处理厂进水1'P为6~8mg/L,可见该水厂具有良好的生物除磷能力,但是由于二沉池的泥位过高致使富磷污泥在二沉池中将磷释放出来,从而使出水rI'P超标.活性污泥沉降能力较差,在二沉池中停留时间过长,加之进入二沉池中NO,一质量浓度较低(均在2.0mg/L以下),所以在二沉池中NO,一较快被还原,在二沉池下方,污泥平均停留时间更长,反硝化更加彻底,3个二沉池回流污泥中的NO、一均在0。2mg/L以下.二沉池A,B和C出水的PO。卜的质量浓度分别为3个二沉池进水PO。3。的1.9,15.9和4.9倍,而回流污泥中的PO。卜的质量浓度分别为3个二沉池进水PO。”的8.9,39.9和19.3倍.图5中的二沉池A释磷量与其他两个对比相对较少,其进水活性污泥中NO,一质量浓度高于其他两者,这也证明了当二沉池污泥停留时间较长时。NO,一能够减缓二沉池中污泥释放磷,起到一个“释磷抑制”的作用.2.2.3A2/O氧化沟工艺中试试验考察4个月A2/O氧化沟工艺中试EBPR试验TP去除率和出水N03一,在出水p(NO,一)<5.0mg/L时,氧化沟工艺TP去除率随出水NO,一质量浓度的降低而降低,如图2所示.其原因为二沉池中磷的释放导致表观1lP去除率下降.若以曝气池出水NO,一为参考而不是以二沉池出水N03一为参考则P(N03一)<5.0mg/L状态下,TP去除率维持在90%以上.在污泥沉降性能较差时,一方面可采取加大污泥回流比,降低污泥在二沉池中停留时间;另一方面适当加大曝气量,提高进入二沉池中NO,一的质量浓度,从而抑制在二沉池中磷的释放.3结论与建议‘1)在本工艺试验状态下,氧化沟出水P(N03一)>5.0mg/L时,回流污泥带入较多的NO,一不利于生物除磷,rI’P去除率随出水NO,一的升高而降低..2)本工艺试验状态下,氧化沟出水p(N03一)<5.0mg/L时,’I.P去除率随N03一的降低而降低,其原因为在二沉池中PAOs利用内碳源进行释磷反应,使出水11P含量升高.(下转第1328页).1328・哈尔滨工业大学学报69—72.第40卷著,NO:一一N的去除率可高达75%以上,TN的去除率可达52%左右,便于后续达标处理.3)控制进水pH为l。5—3。0,水力停留时间为60min,m(Fe)/m(C)为1.1:1.0,混凝pH为8.5—9.0和沉降时间为40min时,处理效果最佳.4)微电解法对各种高含氮、高浓度难降解有机物的废水处理经济可行,该工艺占地面积小,投资和运行费用低,用废刚玉粉末取代活性炭,不仅能有效地处理焦化行业等毒性强、有机物难降解、含氮高的工业废水,而且可以废物利用,获得以废治废的环境效益和经济效益.[3]顾毓刚,黄雪娟,刘东航.微电解法处理工业废水技术的试验[J].上海环境科学,1998,17(3):26-27.[4]JOHNSONTL.Kniticsofhalogenatedorganiccompoundirondegradationbymetal[J].EnvironSeiTechnol,1996,30:2634—2640.[5]JINXie.Applicationofironchipsinindustrywastewater[J].IndustryWasterTreatment,1989,9(6):73-76.[6]CHINPao-huang,HUANGWen—wang,CHIUPei—ehun,Nitratereductionbymetalliciron[J].WatRes,1998,32(8):2257—2264.[7]耿艳楼,钱易,顾夏声.简捷硝化一反硝化过程处理焦化废水的研究[j].环境科学,1993,14(3):2-6.[8]袁林江,彭党聪,王志盈.短程硝化一反硝化生物脱氮参考文献:[1]朱虹.印染废水处理技术[M].北京:中国纺织出版社,2004.[2]王永广,杨剑锋.微电解技术在工业废水处理中的研究与应用[J].环境污染治理技术与设备,2002,3(4):[J].中国给水排水,2000,16(2):29—31.[9]高大文,彭永臻,郑庆柱.SBR工艺中短程硝化反硝化的过程控制[J].中国给水排水,2002,18(11):13—18.(编辑刘彤)(上接第1314页)3)静态试验结果证明当P(NO,一)>0.5ms/祝贵兵,彭永臻,译.北京:中国建筑工艺出版社,200.[2]ROBERTJ,MINOT,ONUKIM.Themicrobiologyofsys—L时,NO,一抑制磷的内碳源释放.在NO,一较高时,PAOs不能利用内碳源释放磷,只有NO,一接近完全消耗时,内碳源释磷才能够得以进行.NO,一越高,反硝化NO,一消耗的内碳源也越多,内碳源的消耗也会影响随后内碳源释磷量.在二沉池中NO,一的存在能够有效防止磷的内碳源释放.4)实际污水处理厂结果也证明污泥膨胀时期,二沉池的泥位过高,污泥停留时间过长,富磷污泥在二沉池中将磷释放出来,致使出水rI’P超标.建议在污水处理实际运行过程中,充分利用NO,一与生物除磷的关系,缓解同时脱氮除磷的矛盾,化害为利.根据同时脱氮除磷工艺的实际情况,将出水NO,一控制在一定范围内,既要防止过量的NO,一对厌氧释磷产生抑制和减弱反硝化菌与PAOs在碳源上的竞争,又要防止进入二沉池中NO,一过低,使二沉池中发生内碳源释放磷.biologiealphosphornsremovs]inactivatedsludgeterns[J].FEMSMicrobiologyReviews,2003(27):99—127.[3]Metcalf&Eddy,Ine.WastewaterandEngineerTreatmentReuse(FourthEdition)[M].NewYork:McGraw—Hill,2003.[4]HENZEM,GUYERW,MINOT,eta1.Activatedsludgemodelno.2d,ASM2D[J].WatSeiTech,1999(39):165—182.[5]BERILonSA,AYSENURU.Theeffectofaananoxiczonebiologicalphosphorusremovalbysequentialbatchreactor[J].BioresoureeTechnology,2004(94):1—7.[6]王亚宜,彭永臻,甘一萍.A:N反硝化除磷脱氮系统处理生活污水研究[J].高技术通讯,2004(1):83—86.[7]HUJY,ONGSL,NGWJ,eta1.Aphosphorusnewmethodforcharacterizingdenitrifyingremovalbacteriabyusingthreedifferenttypesofelectronacceptors[J].WaterResearch,2003(37):3463—3471.(编辑刘彤)参考文献:[1]JANSSENPMJ,著.生物除磷设计与运行手册[M].万方数据 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作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
彭永臻, 侯红勋, 孙洪伟, 马娟, PENG Yong-zhen, HOU Hong-xun, SUN Hong-wei, MA Juan
北京工业大学,环能学院北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室,北京,100124哈尔滨工业大学学报
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