宾馆生活污水的脱氮除磷

第33卷第3期水处理技术VoL.33 No.32007年3月TECHNOLOGY OF WATER TREATMENTMar,200755宾馆生活污水的脱氮除磷张继才'，胡文容',潘建强2(1.山东大学环境科学与工程学院，山东济南250100;2.济南十方环保有限公司，山东济南250101)摘要:在克服常规脱氮除磷与反硝化除磷技术缺点的基础 上将两者优势结合起来,设计了具有一个主反应池和两个较小污泥池的双泥SBR新工艺。处理某宾馆实际生活污水，试验结果表明:COD.TN和TP的去除率达到90%、82%、93%。出水水质指标满足现行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002 )-级标准的要求。同时讨论了DO、污泥龄对系统运行的影响。关键词:SBR;脱氮除磷;聚磷菌;反硝化除磷菌中團分类号:X703.1文献标识码:A文编号: 000-3770(200)03055504氮、磷是造成水体富营养化的主要原因。在传统1试验装置及方法生物脱氮除磷工艺中，脱氮和除磷是彼此独立的过1.1试验装i程，分别由不同的微生物完成，由于硝化菌、反硝化试验装置如图1所示。该试验装置用工程塑料菌和聚磷菌(Poly-Phosphate Accumulating Organ-制成，由一个SBR反应器和两个较小的污泥池组isms,缩写为PAO)之间存在着碳源和泥龄的竞争成。SBR反应器长、宽、高各80cm,底部泥斗为四棱等矛盾，工程实践中往往出现脱氮效果好而除磷效锥形，倾角为60度，总有效容积为500L。两个污泥果差或正好相反的情况。为了同时取得较好的脱氮池分别用来存放DPB污泥和硝化污泥，大小相等,除磷效果，污水往往需要在多个反应器之间反复流长、宽、高各60cm,底部泥斗为四棱锥形，总有效容积转和补充碳源,从而增加了动力消耗和处理成本。为200L。SBR反应器内设置曝气管和搅拌器，转速近年来，许多研究中发现一类可以在缺氧 (无100r/min,反应器底部设有污泥排放管,侧壁设有排O,存在NO;)条件下吸磷的反硝化除磷菌(Denitri-水管。进水和污泥的切换分别由水泵和污泥泵控制。fying Phosphorus Removing Bacteria,缩写为DPB)叼,排泥管、污泥回流管和排水管上均安装电动阀门。曝它们能以NO;为电子受体,利用内碳源，可以在反搅拌器硝化的同时进行缺氧吸磷，为污水脱氮除磷工艺的发展提供了新思路。但反硝化除磷工艺除磷效率比SR反应器进水泵好氧除磷相对低- -些， 进水中的氮和磷很难恰好满接水阀' oo足缺氧摄磷的要求，这给系统的控制带来了困难印。本试验研究采用双泥SBR工艺,将常规除磷原B理和反硝化除磷原理结合起来，可以消除常规脱氮空气压缩机| 污泥池除磷工艺存在的碳源和泥龄竞争的矛盾，同时SBR工艺具有投资少、效率高、操作简单、可在线控制等优点,适宜于中小水量的处理，通过合理地控制系统- t-运行，可以有效克服反硝化除磷工艺的缺点，从而使河泥回流泵圈1实验装置示意圈本工艺更适合低CIN比和高含P污水的处理。Fig.1 Schematic for experimental device收稿日期: 2006-03-10作者简介:张继才(1979-) ,男，硕士研究生，主要从事水处理技术的研究:联系电话: 13455130967; E-mail:zhjcai@126 com.56水处理技术第32卷第3期气设备采用空气压缩机,并通过流量计显示流量。1.5.分析项目及检测方法电器设备由控制柜进行控制，控制系统由手动控水质分析方法依据《水和废水监测分析方法》制和自动控制两种模式组成。自动部分采用可编程控(国家环保局第4版) ,详见表2。制器(PLC)作为控制核心，将试验装置的各开关信表2分析项目及检测方法号引入PLC,经过判别和计算输出控制动作;手动部Table2 Analytic items and test methods项目测定方法分可根据实际运行情况的需要改变装置的运行。)0溶解氧测定仪1.2 试验方法oD重铬酸钾标准法本试验具体操作流程如图2所示。NH5-N納氏试剂光度法NO:酚二磺酸光度法在一个周期内,SBR反应器依次处于状态:(1)TP钼锑抗分光光度法厌氧I。污水进入反应器与DPB污泥(含反硝化除MLSS称重法磷菌DPB)混合,然后厌氧搅拌;(2)静置换泥。反应器静置沉淀，沉淀下来的DPB污泥排入DPB污泥2结果与讨论池;(3)厌氧I。将硝化污泥泵入SBR反应器,厌氧2.1反应器各阶段的污染物的去除搅拌;(4)曝气阶段。打开空气压缩机进行曝气,硝化一个周期内污染物去除率及各阶段的变化情况菌将NHyN硝化成NO;-N。在曝气阶段结束前lh,见表3。将污泥池中经过充分沉淀的DPB污泥上清液移入衰3一个周期内污染物去除率及备阶段的变化情况SBR反应器,将DPB污泥中残留的NH-N硝化;(5)Table 3 Pollutant removal rate in a period and their change invarious phases静置换泥。曝气结束后静置沉淀,将沉淀下来的硝化原水厌氧段I厌氧段I好氧段缺氧段去除率(%)污泥排入硝化污泥池;(6)缺氧阶段。将DPB污泥泵1367898NH,-Nng/L 36.2 32.3728.540.82回SBR反应器与污水混合,然后缺氧搅拌。NO,(mg/L)TN(mgD 41.3321.3 污泥的驯化与培养TP(mg/LD15.26 16.412.69 0.48试验接种污泥取自济南市水质净化二厂氧化沟工艺过程，从2005年7下旬开始到2005年9月下2.1.1厌氧段I (DPB污泥)旬止，每天加入实际生活污水500L进行培养，每天本阶段的主要作用是去除有机物和DPB释放运行一个周期。由于硝化是实现反硝化除磷的前题，磷。反硝化菌DPB在厌氧条件下,将胞内的聚磷水污泥培养驯化的前30d,好氧曝气时间为5h,此后调解为正磷酸盐并释放到胞外，同时将环境中的有机整时间分别为4h,其它时间保持不变,分别为厌氧碳源吸收到胞内，以PHB的形式贮存。从表3可以段I为2h、厌氧段I为0.5h、缺氧段2.5h,此时水温看出,COD浓度从326mg/L下降到136mg/L，去除率在58%左右。伴随着COD的去除,逐渐出现磷的26~31C。释放现象，磷的浓度从进水的6.7mg/L上升到;1.4污水的水质试验原水为济南某宾馆生活污水，其水质特征15.26mg/L,磷的充分释放为缺氧阶段的吸磷创造了条件。由于微生物的同化作用，本阶段NH+也有部见表1.进水厌氧搅拌i 静置换泥厌氧搅拌i好氧曝气静置换泥缺氧搅拌静置排水圈2操作流程示意圈.Fig.2 Schematic for technological process餐1驯化期间污水水质Table1 Sewage quality during aclimation水质指标pHCOD(mg/L)BOD(mg/L)NH-N(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)数值范围6.9~8.4197~516100~18620~5422~653.2~10.5平均值7.63543546.2张继才等,宾馆生活污水的脱氮除磷57分去除,加上污泥的稀释作用,NH;的浓度下降约在从图3、4可以看出，虽然进水浓度变化较大,但10%左右。整个系统对TP的去除非常稳定，出水浓度大致在2.1.2厌氧段I (硝化污泥)范围为0.4~0.6mg/L，这是由于试验系统中好氧段本阶段的设置是为了充分利于厌氧段I后剩余对P的去除也有贡献，从而进入缺氧段后NO;总能的有机物，使其作用于吸磷。常规的聚磷菌PAO将满足NO;/P的要求。而出水TN的浓度虽然变化较胞内的聚磷释放到胞外，从中获得能量的同时将环大，但--般低于10mg/L,满足现行的《城镇污水处境中的有机碳源贮存到体内。但由于本阶段有机物理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) - -级 标准浓度较低，吸附的有机物较少，磷的释放数量有限，的要求。所以磷浓度的升高并不明显。相对于其它一些反硝化除磷工艺中该部分有机l0p00物没有被用于除磷，所以本工艺更适合含高磷污水30的处理。602.1.2好氧段污水中的NH↑在本阶段彻底地被硝化，浓度几主蠡。20乎降到0,相应地NO;浓度逐渐升高，由于污泥浓.00110120度较低(约1900m/L) ,所以NH:的硝化为零级反时间(d)应，NH+浓度的变化与时间几乎成线性关系。圈3运行期间TP去除情况Fig.3 TP removal condition during operation虽然好氧段的作用是NH:的硝化，但硝化污泥6换泥后0.5h的厌氧状态，常规的聚磷菌PAO吸附50. 80了有机物，所以进入好氧阶段后，出现好氧吸磷现象，磷的浓度迅速下降，但下降幅度有限，整个硝化污泥对进水TP的去除率贡献约在38%左右。主懿。进入好氧段后COD浓度已经较低，减少了氧10化有机物所需的氧气的量，相比于传统的活性污泥708090100110120法，可以大大降低曝氧量。好氧段结束后,COD浓度已经非常低，说明此时水中的COD为难生物降解圜4运行期间TN去除情况Fig.4 TN removal condition during operation的溶解性有机物。DPB污泥在好氧阶段处于静止状态从而得到2.3 DO 浓度对系统运行的影响充分沉淀，在好氧结束前1h将上清液移入曝气池，氧是硝化反应过程中的电子受体，所以溶解氧由于相对量较少，所以其中的COD.NH迅速地被浓度的高低将影响硝化反应的进程，一般应维持溶降解。解氧的浓度为≥2mg/L以。溶解氧浓度太低，电子受2.1.4缺氧段体不足，影响硝化反应的速率,如果浓度太高，则容在缺氧段,反硝化聚磷菌DPB以NO:作为电子易发生过氧化，实际表现为污泥量减少,反而对硝化受体氧化体内的PHB, NO;被还原为N2,产生的能反应不利。本试验中由于进入曝气段时, COD浓度量ATP大部分用以维持生命活动,-一部分则用于过已非常低，所以曝气开始后，溶解氧浓度很快由量摄取水中的无机磷酸盐并以聚磷的形式储存在细0.2mg/L以下升至5.7mg/L左右。因此双泥工艺可以胞体内。为硝化菌创造更好的生长环境，提高硝化菌在硝化缺氧阶段结束后,由于DPB污泥经过充分沉淀污泥中的含量，避免了常规工艺中硝化菌存在于生后上清液已被除去,污泥中可溶性污染物极少,所以物絮体内部，必须高溶解氧才能提高硝化速度的情COD、NH4+在厌氧段没有上升，基本保持好氧段结况。如果能够在线控制溶解氧浓度在2~3g/L之束时的水平，由此可以省去某些专门氧化COD、间，可以大大节约曝气量和动力消耗。NH:的后续工艺间。2.4 MLSS 及SRT2.2 系统运行期间TN、TP的去除通常DPB污泥系统中MLSS越大，其中含有的58水处理技术第32卷 第3期DPB量越多,从而在厌氧段吸附更多的有机物,可以好氧除 磷效率低，且在反硝化除磷时很难满足提高整个系统的脱氮效果。但MLSS过大将增加换NO3/P 的要求，如果P的浓度太高，则有可能P去除泥过程中的动力消耗和处理成本，同时,为维持较高不彻底。本工艺充分利用厌氧阶段DPB吸附后剩余的MLSS需要较长的污泥龄,较长的污泥龄会导致的有机物，将其用于除磷，使常规的聚磷菌PAO和排磷不畅，除磷效果下降。在本实验中,控制DPB污反硝化除磷菌DPB同时发挥作用,可以适用于高磷泥的MLSS在2800~ 3400mg/L左右，可以保证较好浓度污水的处理。相对于其它单纯应用反硝化除磷的脱氮除磷效果.对于硝化污泥，考虑到动力消耗和技术的工艺而言，本工艺更利于较低C/P比污水的除磷的需要,试验中硝化污泥MLSS控制在1700~处理。2300mg/L完全可以满足硝化反应的要求。在大多数反硝化除磷工艺中厌氧段DPB污泥污泥龄是脱氮除磷系统-一个很关键的参数。硝中夹带的NH+、COD会进入缺氧段叫，致使缺氧段化菌世代时间长，要求较长的污泥龄,而除磷菌(包结束后NH*.COD浓度升高。本工艺在好氧曝气时，括常规的聚磷菌和反硝化除磷菌)世代时间短,要厌氧污泥处于闲置状态从而得到充分沉淀，将其上求污泥龄也短。本试验系统采用双泥系统,可以建立清液再移入反应器进行硝化，解决了反硝化除磷工适合脱氮菌和除磷菌的生长环境。本试验系统进入艺缺氧段结 束后NH:、COD升高的问题。曝气阶段后,COD浓度已经比较低(约70~本工艺通过泥循环代替水循环，将工艺装置变80mg/L) ,有利于硝化菌的生长和繁殖,大大提高了为 -一个反应器和两个较小的污泥池，减小了反应器硝化菌在活性污泥中的比例。本试验的硝化污泥的体积。由于本工艺污泥浓度控制得较低泥循环代SRT控制在17d左右，可以满足硝化的同时可以达替水循环还可以降低能量的消耗。到部分除磷的效果。本试验DPB污泥的SRT控制在12d左右,如果SRT过长，将导致排磷不畅，除磷参考文献:效果下降;但是如果SRT太短，污泥浓度将变低，污[1] Kuba T, van Losdrecht M C M, Brandse F A, et al. Occurence of泥吸附的有机物少，导致反硝化除磷阶段电子供体deninifying phosphorus removing bacteria in modified UCT-typewastewater treatment plants [J.Water Research, 1997， 31(4):少，系统脱氮效率下降。777-786.3结论2] Kuba T, Van Loosdrecht M c M. Phosphorus and nitogenremoval with minimal COD requirerment by integration of本工艺可以克服常规脱氮除磷和反硝化除磷工nitrfcation a two-sludge system [].Wat Res,1996 42(1-2):艺的缺点，充分利用反硝化除磷技术的优势,减少动1702-1710.力消耗，提高脱氮除磷的效率。3] 傅钢,何群彪,周增炎.生物反硝化除磷技术及其研究进展[J]上双泥系统可以分别控制硝化菌和反硝化除磷菌海环境科学2022)88887.的泥龄,使两类细菌处于各自最佳的环境中生长,克4] 彭永臻,王亚宜.连续流双污泥系统反硝化除磷脱氮特性[D].同济大学学报(自然科学)204327):933-938.服了常规脱氮除磷工艺中存在泥龄和碳源竞争的矛5] 娄金生,谢水波,何少华,等生物脱氬除磷原理与应用[M.长沙:盾，利于脱氮除磷的高效性。国防科技大学出版社2002:81-82.大量的研究表明，反硝化除磷效率要比常规的NTTROGEN AND PHOSPHORUS REMOVAL OF HOTEL WASTEWATERZHANG Ji-cai', HU Wen-rong, PAN Jian-qiang?(L.School of Enwironmental Science and Enineering Shandong University, Jinan 250100,China;2.Shifang Enwironmental Protection Company, Jinan 250101,China)Abeto ot: On the basis of overcoming the shortages of conventional nitrogen and pbosphorus rermoval and deitifcation phosphorus removal, and inte-grating the both's superirities, a double sludge SBR new tchnique with a main reactor and two smaller sludge pool was put forward. Through treat-ment of practial domestic sewage from a hotel, it was shown that the removal rates of COD, TN and TP reached to 90%, 82%, 93% respectively; theeffluent indexes met the first class standard of the pessent Pollutant Discharge Standard of Urban Sewage Treatment Plant "(GB18918-2002).Eoywords: SBR; nitrogen and pbosphorus removal; poly-phosphate accumulating organisms; denitifing phosphate removing bacteria