粪便污水与城市污水混合脱氮试验

第35卷第4期兰州理工大学学报Vol 35 No. 42009年8月Jourmal of Lanzhou University of TechnologyAug 2009文章编号: 1673 51962009)04-0065-05粪便污水与城市污水混合脱氮试验石明岩'，莫东华',冯兆继'，余建恒"，王少林”，夏耿东2(1.广州大学土木工程学院，广东广州50006 2.广州市大坦沙污水处理厂,广东广州510163)摘要:采用广州市D污水厂倒置A*/O工艺的模拟装置合并处理粪便污水与城市污水脱氮结果表明,HRT是脱氦和有机物去除最主要的影响因素,污泥回流比对脱氮影响最小.水温28~35 C时，最优工况确定为氨氮污泥负荷0.018 0 kg NHs -N/kg MISS. d .SRT 20 d.HRT 8.0 h.DO2.0 mg. L-.R 80%、r 150% ,COD.NHs- -N和TN平均去除率分别达到85. 5%、98.5%和63.7%,且出水浓度均可满足(城镇污水处理厂污染物排放标准)(GB18918- -2002)一级A标准.关键词:倒置A*/O工艺;合并处理;粪便污水;城市污水;脱氮; HRT中图分类号: X703. 1文献标识码: ADenitrogenation test for mixed fecal and municipal wastewaterSHI Ming yan' , MO Dong -hua' , FENG Zha-ji' , YU Jian-heng2WANG Shao-lin2 , XIA Geng dong2(1. School of Civil Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China; 2. Guangzhou Datansha Sewage Treatment Plant, Guan-gzhou 510163, China)Abstract: A simulation device of inverted A2 /0 process in Guangzhou D-Sewage Treatment Plant wasused to treat the mixed fecal and municipal wastewater with denitrogenation. The result showed that HRTwas the key influencing factor on organism and nitrogen removal efficiency and the sludge backflow ratiohad minimal influence on nitrogen removal. In conditions of water temperature from 28 to 35 C, the opti-mum operation parameters of nitrogen and organism removal were as follows: the average of ammoniasludge load was 0. 018 0 kg NH3- N/kg MLSS. d, SRT 20d, HRT 8.0h, DO2.0 mg.L-', R 80%,r 150%. The average removal rate of COD, NH3- N and TN was 85. 5%，98. 5% and 63. 7%, respective-ly. The concentration of the effluent was fully agreeable to Discharge standard of pollutants for munici-pal wasteruater treatment plant (GB 18918- -2002 IA).Key words: inverted A2 /0 process; consolidated treatment; fecal wastewater; municipal wastewater; de-nitrogenation; HRT粪便污水以粪便处理厂集中处理或输送到污水厂处理，与城市污水合并处理则是一条经济、简捷的厂处理为主2.集中处理难度大、成本高(30.据预途径 进入城市污水厂处理的粪便污水来源主要有测[] ,2010年粪便清运量为4 400~5 700万t,而我2个:一是无害化处理厂;二是市政排水管网.广州国的预期目标是2010年无害化处理量达到3 500~市D污水厂运行实践表明，当来自无害化厂的粪便4 600万t5].若完全由粪便处理厂完成,则至少需污水进入时,污水中有机物浓度瞬间提高,微生物的建100 t/d的粪便处理厂1 000座以上.即使是大城耗氧量瞬间增大,曝气段微生物的硝化反应受到严市,在相当长时期内也不可能实现完全由粪便处理重影响[6.因此,混合污水稳定、高效脱氮是实现粪中国煤化工达标的关键和需首收稿日期: 2009-03-31要HCN M H效、经济、简捷、合基金项目:广州市科技计划项目(2007J10411),广州市属高校理、司门的胖伏买使行小处且具有较好的借鉴和应科技计划项目(08C058)用价值,对减轻水环境污染负荷具有积极的促进作作者简介:石明岩(1972-),女,辽宁辽阳人，博士,副教授66，兰州理工大学学报第35卷用,对实现水环境保护可持续发展具有较为重要的DO和pH分别采用HACHscl00型溶氧仪和现实意义.CYBERSCAN510型pH计测定.1试验部分2结果与分析1.1 试验装置与流程2.1影响因素分析试验装置为模拟D厂倒置A2/O处理系统设2.1.1氨氮污泥负荷计,如图1.装置前设调节池，池内设搅拌装置,有效水温为28~33 C ,控制试验条件:水力停留时体积500 L.装置为有机玻璃材质,长X宽X高为间(HRT)8 h、好氧区溶解氧(D0)1.5 mg.L-1、污800 mmX 600 mmX 600 mm,有效水深420 mm,有泥回流比(R)100%、混合液回流比(r)200%、泥龄效体积200 L,缺氧/厌氧/好氧区体积比1: 1:2. (SRT)15 d,改变粪便污水与城市污水体积混合比，缺氧/厌氧区设搅拌装置,电机转速20~30 r/ min;得不同氨氦污泥负荷下的试验结果,如图2.好氧区用隔板分成2格,每格底部设曝气装置.装置氨氮污泥负荷末端为沉淀区,长X宽600X200 mm,有效水深5000.018 0 | 0.01980.024 0mm,泥斗高250 mm,有效体积55 L,底部设排泥管00和污泥回流管. .30一8- 曲825留20+进水氨氮↓40年15+出水氨氮族10+氨氨去除半士0135791113151719212325运行时间/da)1.进水蠕动泵;2.电磁式空气压缩机;3.玻璃转子流量计;4.污泥回流螺杆泵;5.混合液回流蠕动泵;6.电动搅0.0240 |拌机;7.曝气设备;8.在线DO仪;9.排泥管;10.出水管.3:I.调节池; I.缺氧区;I.厌氧区;IN.好氧I区;V.好氧I区;V.沉淀区.图1工艺流程内代。e 20Fig 1 Technological proess姓I进水由粪便污水与城市污水混合而成.粪便污士出水氨氨水为广州市某无害化处理厂出水,城市污水取自D士氨鼠去除率厂沉砂池出水,水质见表1.接种污泥取自D厂二沉135791113151719212325池回流污泥.(b表1用水水质图2氨氮污泥负荷对脱氮的影响Tab.1 Quality of raw waterFig 2 Inflvence of NH,- N sludge load on denitrogena-水质指标COD/NHa-N/tionmg.L-1TN粪便污水13500~20600 664~1200 835~1500 13.7~16.2结果显示,随氨氦污泥负荷增加,NH,一N和城市污水50~20010~3012~334.2~6.1粪便污水TN去除率均出现明显下降.特别是当氨氮污泥负与城市污水63.0~250.0 11.1~31.6 14.4~36.5 4.4~6.8荷为0.0240kgNH3一N/kgMLSS.d时,出水氨混合污水氮浓度已超过国家-级排放标准,说明粪便污水的1.2分析项目及方法接入|中国煤化工险条件下的临界氨分析项目:COD(重铬酸钾法)、NH3 -N(纳氏氮YHCNMHG:N/kg MILSS. d,在试剂光度法)、TN(碱性过硫酸钾消解紫外分光光度此负何内，叫以有双利用贼m行水的稀释作用以及法)、MLSS(重量法).处理系统的抗冲击负荷能力,保证出水NHs-N和第4期石明岩等:粪便污水与城市污水混合脱氮试验TN的达标排放.可以促进硝化.分析原因是,对于同时去除有机物和2.1.2水力停留时间脱氮工艺中,活性污泥中约有5%左右的硝化菌,且在水温29~33 C DO1.5 mg. L-1.R 100%、大部分处于生物絮体内部,DO的增加将提高DOr200%、SRT15d、氨氮污泥负荷0.0180kg对生物絮体的穿透力,使整个生物絮体保持好氧状NHs -N/kg MILSS. d时,不同HRT对脱氦效果的态,从而提高硝化反应速率和氧的传质速率,增强硝影响如图3. .化效能[°7.随哨化率的提高,反硝化底物增加,硝态氮的脱除加强,TN平均去除率也随之上升.当DO100由1.5mg. L-升高到2.0 mg. L-'时,NH3-N》5 5平均去除率仅增加0. 4%,而TN平均去除率略有)0s5 t+ 5.6h下降,表明DO升至一定水平,硝化已接近完全,继0t+6.6h续增加DO对去除氨氮作用不大,反而会导致随好士8.0h氧区混合液回流至缺氧区的氧增多,抑制反硝化.70 t3100 p+1.0 mg/L运行时间/d+ 1.5 mg/L(a)950r士20mg/L.ss50 t+ 6.6h+ 8.0h123.i0 t(a;270 r+1.0 mg/L+1.5 mg/L(b)+ 20 mg/L65图3 HRT 对脱氮的影响Fig3 Influence of HRT on denitrogenation学60结果表明,当HRT由5.6 h提高至6.6 h时，NHs - -N平均去除率由73. 9%增至90. 7%,继续延长HRT,硝化程度更高,NH3- N去除率更完全5(平均去除率可达96. 9%). TN去除率也呈现随HRT增长的规律,特别是在6.6~8.0 h范围内，TN平均去除率出现明显增幅(由53. 0%.上升到围4好氧区DO对脱氨的影响63. 3%)..上述规律说明,在5.6~8.0 h的范围内,rig 4 Influence of DO on deaitrogenation氮对HRT的变化比较敏感;延长HRT可增加污水2.1.4污泥回流比的处理周期,有效提高脱氮效果.从脱氮角度,试验水温29~33 C、HRT 8h、D01.5mg.l7、条件下HRT至少应保证8.0 h.r 200%、SRT 15 d、氨氦污泥负荷0. 018 kg2.1.3好氧区溶解氧NH3 -N/kg ML Ss. d时,不同污泥回流比下的处理在水温28~32 C时,控制HRT为8.0 h.R为效果如图5所示.100%.r为200%、SRT为15 d.氨氮污泥负荷为由图5可知R的提高有利于脱氮在试验选择0. 018 0 kg NH3- N/kg MLSS. d,研究好氧区DO的R范围内(60% ~100%),NH3-N去除效果良对系统脱氮效能的影响.好,中国煤化，工说明试验条件下，分析试验结果(如图4所示)得,当DO从1.060MHCNMHGR由60%提高到mg. L-1增至1.5 mg●L-1时,平均硝化率由100%时，十与明比平促向」o. o% ,平均脱氮率增88. 5%上升到96. 3%,说明提高DO在一定程度上加了11. 1%,说明R的增加对反硝化的促进作用更●68.兰州理工大学学报.第35卷泥龄下的脱氮效果.100 r+ 60%表2 SRT 对脱氮的影响+ 80%Tab.2 Influence of SRT on denitrogenation十100%NH3-NTN泥龄进水/出水/平均进水/出水/95L-1)TLE率/%1529.3 5.083.131.3 14.154.92029.32.990.331.2 13.57.030 29.494.031.3 12. 759. 5”12运行时间/d由表2得NHs-N去除受SRT的影响较为明(a显.当SRT由15d延长到30d时,NH3-N平均去70 r除率增加10.9%.当SRT超过20d时,系统的好氧硝化功能均较强, NH3 -N平均去除率稳定在90%65以上,变化不明显.说明泥龄为20 d已能维持系统: 60中足够的硝化菌量,再增大也不能显著提高工艺的硝化率.在15~30 d的SRT范围内,TN去除效果i ss变化不明显,其出水浓度仅增加1.4 mg.L-.2.2 最佳运行参数的确定50在水温28~35 C、泥龄20 d.氨氮污泥负荷0.0180kgNHs-N/kgMLSS.d时,通过正交试(b)验确定最佳运行参数.以HRT.DO、R和r为因素，图5 R对脱氮的影响因素与水平见表3,试验结果见表4.Fig5 Influence of R on denitrogenation表3正交试验设计大.原因是R的增加，随污泥回流的硝态氮量随之Tab.3 Scheme of orthogonal test增加,从而为反硝化提供更多反应底物,促进脱氮.水平A:HRT/h B,DO/ (mg.L-1) C; R/%D:r/%2.1.5泥龄.1.0100在水温15 C、HRT 8.0h.D01.5 mg. L-1、62.080150r200%、R100%、氨氮污泥负荷0.018kg3.00oNHs -N/kg MLSS. d的条件下,得到表2所示不同表4正交试验结果 :Tab.4 Results of orthogonal test项目试验号 A;HRT/h B,DO/( mg"L-I) CrR/% D:x/%NHs-N平均TN平均去COD平均去去除率/%除率/%95.959.385.198.563.785.599.468. 786.186. 366.084. 7试验结果95.081.193.862.780.670.150.364.678.452.871. 183. 646.972.9按表4的试验结果,对考察指标进行直观分析，影响最小 据每个因素的最佳水平,得理论最优工艺见表5. NH3-N去除率,各因素由主到次的顺序是参 数A:B2C2D3,即HRT 8.0 h.DO3.0mg.L-、A>B>D>C;TN去除率,主次顺序是A>D>B> R 80中国煤化工，COD、NHs-NC;COD去除率,主次的顺序是A>C>D>B. HRT和 TfYHcNMHG.97.1%和69.9%对脱氮和有机物去除效果影响最为显著,是运行优(见图6),与工况2的处理效果接近.基于节约运行化的重点;R是有机物去除的第二影响因素,对脱氮能耗考虑,选择工况2做为系统的最优工况,即水温第4期石明岩等:粪便污水与城市污水混合脱氮试验●69●28~35 C、SRT 20 d.氨氮污泥负荷0.0180 kgmg. L-1.R 80%、r 150%,该工况,COD.NHs-NNHs-N/kg MLSS. d、HRT 8. 0 h、好氧区DO2. 0和TN平均去除率为85. 5%、98.5%和63. 7%.表5直观分析结果Tab.5 Results of visual analys考察指标项目影响因素的主次顺序主一次因素HRT/h DO/(mg. L-I)r/%R/%NH- -N去除率较佳水平310080相对极差20. 588.154.051.33.HRT/hDO/(mg.L-1)TN去除率825013. 939.042.53.1.12r/% DO/(mg.L-I)COD去除率3.016.03. 783. 736)为保证较高的硝化率,泥龄宜控制在20 d95|以上.泥龄在15~30d变化时,对总氮去除影响不90 t明显.+总氮7)水温28~35 C时，倒置A2/0法处理混合女COD污水脱氮的最佳运行参数为SRT 20 d.氨氮污泥负75+荷0. 018 0 kg NHs -N/kg MILSS. d. HRT 8.0 h、70好氧区DO 2.0 mg. L-1、R 80%、r 150%.该工况65 F下,COD、NHs-N和TN平均去除率分别为.6085. 5%、98.5%和63. 7%,且出水浓度均可满足《城运行时间/d镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918- -2002)图6理论最优工况下的脱氮效果Fig6 Denitrogenation effect in theoretically optimum一级A标准.condition致谢:本文得到广州大学新苗计划(20071002)项目的资助,在此表示感谢.3结论1)试验条件下,处理粪便污水与城市污水临界参考文献:氨氮污泥负荷为0.019 8 kg NH3- N/kg MLSS. d,[0] BUT EP.MORSEG K,GUY J A.etal. Coreyeling of sludgeand municipal waste: a cost-benefit analysis [J]. En-viron在此负荷内，可以充分利用城市污水处理系统的抗Technol, 1998, 19; 163-1175.5冲击负荷能力,保证出水NHs-N和TN的达标排[2]周彦,濮文虹,杨昌柱,等. 动态膜-生物反应器对化粪池废水放.的处理[].环境科学与技术，2007 ,305)75-77.2)水力停留时间是混合污水脱氮最主要影响[3] 李刚,樊耀被,吴琳琳,等.气升循环分体式膜生物反应器处因素.试验条件下,水力停留时间不宜少于8.0 h.理厕所污水[].水处理技术，2006,32(3);49-53.3)在1.0~1.5mg. 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