一體化A/O生物膜反應(yīng)器處理生活污水

中國(guó)污水處理工程網(wǎng) 時(shí)間：2008-11-24 11:09:01

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1 試驗(yàn)條件

1.1 試驗(yàn)裝置和原水水質(zhì)
　　一體化A/O生物膜反應(yīng)器試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。
　　缺氧區(qū)采用70mm球形填料，其堆積體積約為20L；好氧區(qū)采用半軟性填料(高度為0.70m)。曝氣頭安裝在好氧區(qū)底部。
　　原水采用清華大學(xué)學(xué)生宿舍區(qū)生活污水，其COD為150～600mg/L、SS為100～400mg/L、堿度平均為350mg/L(以CaCO₃計(jì))，pH值為6.5～7.5，必要時(shí)添加工業(yè)用葡萄糖以提高原水COD值。

缺氧段反應(yīng)器接種污泥取自北京高碑店污水處理廠二沉池底泥，接種量為15g/L；好氧段污泥取自污水處理廠回流污泥，接種量為13g/L。
1.2 試驗(yàn)方法
1.2.1 反應(yīng)器的啟動(dòng)
　　啟動(dòng)初期采用高容積負(fù)荷、低水力負(fù)荷的運(yùn)行方式(進(jìn)水COD約為800mg/L，流量為50L/d)，啟動(dòng)3周后直接進(jìn)生活污水，并將進(jìn)水流量調(diào)至設(shè)計(jì)流量(100L/d)，此時(shí)出水COD 值平均為47mg/L，標(biāo)志著啟動(dòng)工作完成。
1.2.2 試驗(yàn)內(nèi)容
　　① 對(duì)有機(jī)物的去除
　　a.保持基本運(yùn)行工藝參數(shù)(見(jiàn)表1)不變且無(wú)回流，通過(guò)改變進(jìn)水COD濃度來(lái)改變系統(tǒng)容積負(fù)荷，分別研究各種濃度下反應(yīng)器對(duì)有機(jī)物的處理效果。
　　b.保持HRT、pH值、DO等參數(shù)不變(見(jiàn)表1)，在0～200%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)回流比，比較反應(yīng)器對(duì)COD的去除情況。

**表1 基本運(yùn)行參數(shù)**
項(xiàng)目	HRT(h)	回流比(%)	pH	DO(mg/L)
缺氧段	5	0～200	6～7	≤0.5
好氧段	3	0～200	7～8	≥2.0

　　② 對(duì)SS的去除
　　保持HRT、pH值、DO等參數(shù)不變(見(jiàn)表1)，考察不同回流比、不同容積負(fù)荷條件下反應(yīng)器對(duì)SS的去除效果。
　　③ 對(duì)氮的去除
　　a.保持HRT、pH值、DO等參數(shù)不變(見(jiàn)表1)，比較不同回流比(0～200%)下反應(yīng)器對(duì)氨氮和總氮的去除情況。
　　b.當(dāng)回流比為200%，保持表1中其他工藝參數(shù)不變，調(diào)節(jié)缺氧段、好氧段堿度以考察pH值和堿度變化對(duì)反應(yīng)器脫氮效果的影響。
1.3 測(cè)定項(xiàng)目
　　水樣為日平均樣，每天測(cè)定進(jìn)、出水的COD、SCOD、SS、pH值、堿度，不定時(shí)測(cè)定進(jìn)、出水的BOD₅，均采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì)有機(jī)物的去除
2.1.1 對(duì)不同濃度污水的處理效果比較
　　為考察不同進(jìn)水COD濃度下的處理效果，試驗(yàn)按低濃度(COD為190～380mg/L、SCOD為98～133mg/L)、中等濃度(COD為428～525mg/L、SCOD為288～440mg/L)、高濃度(COD為553～659mg/L、SCOD為423～518mg/L)3個(gè)階段進(jìn)行，其中低濃度時(shí)直接采用生活污水，中、高濃度時(shí)則在原水中加入工業(yè)葡萄糖。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2和圖2。

**表2 反應(yīng)器在不同進(jìn)水有機(jī)物濃度時(shí)的去除效果**
項(xiàng) 目		低濃度	中等濃度	高濃度
進(jìn)水(mg/L)	COD	281	476	606
進(jìn)水(mg/L)	SCOD	110	365	470
出水(mg/L)	COD	28	50	72
出水(mg/L)	SCOD	26	42	56
去除率(%)	COD	90.0	89.5	88.1
去除率(%)	SCOD	76.4	88.5	88.0

從表2和圖2可以看出，進(jìn)水有機(jī)物濃度的提高主要體現(xiàn)在溶解性有機(jī)物部分，隨著原水COD提高，出水的COD、SCOD濃度也相應(yīng)上升，但即使進(jìn)水COD在600mg/L左右，出水仍能保持在100mg/L以下。原水COD濃度與反應(yīng)器出水COD濃度經(jīng)過(guò)擬合得到一條曲線(表達(dá)式見(jiàn)式1)。通過(guò)這條曲線可以根據(jù)進(jìn)水有機(jī)物濃度初步預(yù)測(cè)在試驗(yàn)運(yùn)行條件下反應(yīng)器出水有機(jī)物的大致濃度。
　　　　　　y=0.000 2x²-0.033 6x+21.347　　　　　(1)
　　　　　　R²=0.989 2
式中 x——進(jìn)水有機(jī)物濃度，mg/L
　　　　　y——出水有機(jī)物濃度，mg/L
　　　　　R——相關(guān)系數(shù)
2.1.2 不同回流比對(duì)有機(jī)物處理效果的影響
　　將沉淀池出水回流至反應(yīng)器進(jìn)水口，考察COD去除率隨回流比變化的情況(見(jiàn)表3)。

**表3 不同回流比時(shí)COD的去除情況**
回流比(%)	進(jìn)水COD(mg/L)	缺氧段出水COD(mg/L)	缺氧段去除率*(%)	出水COD(mg/L)	好氧段去除率(%)	總?cè)コ?%)
50	357.8	257.0	31.7	49.1	54.1	85.8
100	313.4	166.9	8.3	50.6	75.5	83.8
150	430.8	193.8	18.8	46.3	70.5	89.3
200	371.8	189.1	8.2	40.2	81.0	89.2
注：*考慮了沉淀池污泥回流對(duì)原水的稀釋作用。

　　由表3可以看出，提高回流比有利于反應(yīng)器對(duì)有機(jī)物的去除，尤其對(duì)好氧段去除率的提高較為明顯，但對(duì)COD的總?cè)コ视绊懮跷ⅰＴ瓸OD₅值為100～160mg/L，出水BOD₅值為6～14mg/L(平均為8.3mg/L)，回流比的改變對(duì)出水BOD₅值的影響也不顯著。
2.2 對(duì)SS的去除
　　反應(yīng)器好氧段采用生物膜法保證了出水SS值較低。進(jìn)水SS為230～495mg/L(平均410mg/L)時(shí)，在正常運(yùn)行條件下出水外觀清澈良好，SS一般難以檢出(從未超過(guò)10mg/L)，絕大多數(shù)情況下對(duì)SS去除率能夠保證高于95%。
2.3 對(duì)氮的去除
　　將沉淀池出水回流到進(jìn)水口可形成“前置式反硝化生物脫氮系統(tǒng)”，污水中的含氮有機(jī)物在缺氧段被異養(yǎng)微生物氨化，在好氧段中由硝化菌將氨氮硝化，最后NO₂-和NO₃-隨沉淀池出水回流到缺氧段，再由反硝化菌將它們還原為N₂以提高脫氮效果。
2.3.1 回流比對(duì)氨氮去除效果的影響
　　試驗(yàn)過(guò)程中以生活污水為原水(COD平均為334mg/L，氨氮平均為32.3mg/L)，而氨氮的去除效果隨反應(yīng)器設(shè)置的回流比不同而有所變化(見(jiàn)表4)。

**表4 不同回流比時(shí)對(duì)氨氮的去除效果**
回流比(%)	進(jìn)水氨氮(mg/L)	出水氨氮(mg/L)	去除率(%)
0	34.4	10.9	68.2
100	39.0	10.0	74.4
150	29.2	8.47	71.0
200	32.0	8.22	74.3

　　由表4可以看出，將出水回流有利于氨氮的去除。回流比增加到100%，對(duì)氨氮的去除率比沒(méi)有回流時(shí)有明顯提高；繼續(xù)加大回流比對(duì)提高氨氮去除率沒(méi)有顯著效果。氨氮經(jīng)硝化、亞硝化產(chǎn)生的NO₃-、NO₂-在好氧區(qū)也有明顯增高(見(jiàn)圖3，取樣口的編號(hào)0代表原水，1代表缺氧區(qū)出口，2代表好氧區(qū)20cm處，3代表好氧區(qū)60cm處，4代表沉淀池出水)。

2.3.2 回流比對(duì)總氮去除的影響
　　有機(jī)氮在A/O反應(yīng)器的缺氧區(qū)降解為氨氮，并與原水中的氨氮一起在好氧段進(jìn)行硝化、亞硝化反應(yīng)。當(dāng)采用回流運(yùn)行時(shí)有占氮總量［R/(R+1)］的NO₃-、NO₂-隨沉淀池出水回流進(jìn)入缺氧區(qū)而被反硝化菌利用還原為N₂。假設(shè)以上過(guò)程中各種形態(tài)氮的轉(zhuǎn)化率都能達(dá)到100%，在此理想狀態(tài)下A/O工藝對(duì)總氮的去除率η為：
　　　　　η=R/(R+1)×100%　　　　　(2)
　　式中 η——去除率
　　　　　R——回流比
　　根據(jù)式(2)可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)于不同的回流比反應(yīng)器對(duì)總氮去除率的理論值，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的結(jié)果見(jiàn)表5。
　　從表5可以看出，隨回流比增大總氮實(shí)際去除率也隨之提高，這與理論值的變化趨勢(shì)相符。由于A/O工藝缺氧段的反硝化主要以回流水中的NO-₃、NO₂-為原料，所以好氧段的硝化反應(yīng)效率也會(huì)直接影響總氮去除效果。

**表5 不同回流比時(shí)的總氮去除效果**
回流比(%)	總氮理論去除率(%)η=R/(R+1)×100%	總氮實(shí)際平均去除率(%)	進(jìn)水總氮(mg/L)	出水總氮(mg/L)
100	50	40.4	40.8	25.4
200	66.7	57.3	45.4	20.9

2.3.3 pH值和堿度對(duì)脫氮效果的影響
　　按照生活污水中有40mg/L氨氮被氧化成NO₃-(堿度/氨氮=8.85)來(lái)計(jì)算，好氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)硝化反應(yīng)正常進(jìn)行需要堿度為354 mg/L(以CaCO₃計(jì))，而進(jìn)入好氧段的污水中堿度平均為210mg/L，可見(jiàn)原水經(jīng)過(guò)缺氧段處理后堿度不能滿足硝化反應(yīng)的需要，理論上生活污水中需要投加144mg/L的CaCO₃(相當(dāng)于153mg/L的Na₂CO₃)。當(dāng)回流比為200%時(shí)投加Na₂CO₃以滿足堿度需求的前后對(duì)照試驗(yàn)見(jiàn)圖4。

由圖4可見(jiàn)，堿度是硝化過(guò)程中的一個(gè)重要影響因素，如果堿度控制不當(dāng)會(huì)對(duì)氨氮去除產(chǎn)生不利影響。
　　除了回流比、pH值和堿度等因素外，DO濃度對(duì)脫氮效果也有著較大影響。因缺氧段的反硝化菌是異養(yǎng)兼性厭氧菌，所以缺氧區(qū)內(nèi)的DO濃度控制在0.5mg/L以下就不會(huì)影響其內(nèi)部微生物正常的繁殖代謝。對(duì)于好氧區(qū)，DO高有利于有機(jī)物降解和氨氮的硝化，因硝化菌是強(qiáng)好氧菌，應(yīng)保證好氧區(qū)DO濃度控制在2～4mg/L。

3 結(jié)論

　　① 升流式一體化A/O反應(yīng)器對(duì)城市生活污水的處理效果良好，在溫度為10～30℃、停留時(shí)間為8h的情況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)的反應(yīng)器對(duì)COD平均去除率為83%，BOD₅平均去除率為91%，對(duì)SS平均去除率＞95%，對(duì)氨氮平均去除率為71%。在回流比為200%時(shí)對(duì)總氮平均去除率為57%，隨著回流比增大則反應(yīng)器抗沖擊負(fù)荷能力增強(qiáng)，對(duì)有機(jī)物、氨氮、總氮的去除率有所增加。綜合考慮增大回流比帶來(lái)的能耗問(wèn)題，最佳回流比為200%。
　　② 為保證好氧區(qū)硝化菌的活性，DO應(yīng)保持在2～4mg/L，應(yīng)通過(guò)投加碳酸鹽堿度控制pH值在7.5～8.5；缺氧區(qū)DO應(yīng)保持在0.5 mg/L以下，pH值應(yīng)控制在6以上。
　　③ 該工藝結(jié)構(gòu)緊湊、占地小、處理成本較低。
　　④ 該工藝耐有機(jī)物沖擊負(fù)荷，工作穩(wěn)定簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理容易，而且可根據(jù)不同需要調(diào)整運(yùn)行方式，適應(yīng)性強(qiáng)。
　　⑤ 好氧區(qū)因采用生物膜法而無(wú)污泥上浮現(xiàn)象，污泥產(chǎn)量少，在污泥回流情況下沉淀池可數(shù)月不排泥。