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 42090年8月 Journal of lanzhou University of fechnologyAug 2009文章编号:16735196(2009)04006505粪便污水与城市污水混合脱氮试验石明岩1,莫东华1,冯兆继,余建恒2,王少林2,夏耿东2(1.广州大学土木工程学院,广东广州510006;2.广州市大坦抄污水处理厂,广东广州510163)摘要:采用广州市D污水厂倒置A2/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是脱氮和有机物去除最主要的影响因素污泥回流比对脱氮彩响最小.水温28~35℃时,最优工况确定为氨氮污泥负荷0.0180kgNH3-N/ kg mlss. d,SRT20dHRT8.0h、DO2.0mg·L1、R80%、r150%,COD、NH3一N和TN平均去除率分别达到85.5%、98.5%和637%,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:側置A2/O工艺;合并处理;龚便污水;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 Zhaoji, YU Jian-hetWANG Shaolin, XIA Geng-dong'(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 A/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 optimum operation parameters of nitrogen and organism removal were as follows: the average of ammoniasludge load was 0.018 0 kg NH3-N/kg MISS d, SRT 20 d, HRT 8.0 h, DO 2.0 mg.L-,R%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 municipal wasterwater treatment plant (GB 18918-2002 IA)Key words: inverted A2/0 process; consolidated treatment; fecal wastewater; municipal wastewater; denitrogenation; 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1.集中处理难度大、成本高.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4400~5700万t,而我2个:-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3500~市D污水厂运行实践表明,当来自无害化厂的粪便4600万四.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10td的粪便处理厂10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.因此,混合污水稳定高效脱氮是实现粪便污水与城市污水同时处理同时达标的关键和需首收稿日期:20090331要解决的问题,该问题的研究对高效、经济、简捷、合藟金项目;广州市科技计划项目(20071Q1,广州市属高校理、可行的解决粪便污水处置具有较好的借鉴和应科技计划项目(080058用价值,对减轻水环境污染负荷具有积极的促进作作者筒介: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 HACH sC00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.L.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℃,控制试验条件:水力停留时体积500L装置为有机玻璃材质,长×宽×高为间(HRT8h好氧区溶解氧(DO)1.5mg·L2污800mm×600mm×600mm,有效水深420mm,有泥回流比(R)100%混合液回流比(r)200%泥龄效体积200L,缺氧厌氧/好氧区体积比1:1:2.(SRT)15d,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20~30r/min;得不同氨氮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×宽600×200mm,有效水深5000018010019800240mm,泥斗高250mm,有效体积55L,底部设排泥管和污泥回流管出水氨氮氨氮去除率13579l113151719212325运行时间/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.电动搅氨氮污泥负荷001801001900240拌机;7.曝气设备;8.在线DO仪;9.排泥管;10.出水管I.调节池;Ⅱ.缺氧区;Ⅲ.厌氧区;Ⅳ.好氧I区;V.好氧Ⅱ区;Ⅵ.沉淀区.图1工艺流程0040进水由粪便污水与城市污水混合而成粪便污进水氨氮出水氨水为广州市某无害化处理厂出水,城市污水取自D←氨氮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池回流污泥运行时间/d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 Infuence of NH3-n sludge load on denitrogen水质指标CODy理gLm·LODy粪便污水13500~204~1200835~150013.7~16.2城市污水10~34.2~6.1结果显示,随氨氮污泥负荷增加,NH3一N和粪便污水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630-200-316144-36544-6.8荷为0.0240kgNH3-N/ kg mlsS. d时,出水氨混合污水氮浓度已超过国家一级排放标准,说明粪便污水的1.2分析项目及方法接入对硝化有较明显的冲击试验条件下的临界氨分析项目:COD(重铬酸钾法)、NH3-N(纳氏氮污泥负荷为0.0198kgNH3-N/ kg mlss. d,在试剂光度法)TN(碱性过硫酸钾消解紫外分光光度此负荷内,可以有效利用城市污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NH2-N和第4期石明岩等:粪便污水与城市污水混合脱氮试验67TN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、DO1.5mg·L-1、R100%、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NH3-N/ kg MlsS.d时,不同HRT对脱氮效果的态,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.随硝化率的提高,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DO由1.5mg·L1升高到2.0ng·L-时,NH3N平均去除率仅增加0.4%,而TN平均去除率略有下降,表明DO升至一定水平,硝化已接近完全,继6.6h续增加DO对去除氨氮作用不大,反而会导致随好05080h氧区混合液回流至缺氧区的氧增多抑制反硝化13m几运行时间- 20 mg/L城56h80h运行时闻/d运行时间/d+20 mg/L图3HRT对脱氮的影响Fig 3 Influence of HrT on denit60结果表明,当HRT由5.6h提高至6.6h时NH3一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(平均去除率可达96.9%.TN去除率也呈现随12345678HRT增长的规律,特别是在6.6~8.0h范围内,运行时间/dTN平均去除率出现明显增幅(由53.0%上升到图4好氧区DO对脱氨的影响63.3%)上述规律说明在56~8.0h的范围内Fig 4 Influence of do on denitrogenation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℃、HRT8h、DO1.5mg·L-条件下HRT至少应保证8.0hr200%、SRT15d、氨氮污泥负荷0.018kg2.1.3好氧区溶解氧NH3N/ kg mlss.d时,不同污泥回流比下的处理在水温28~32℃时,控制HRT为8.0h、R为效果如图5所示00%r为200%、SRT为15d、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0.0180kgNH2-N/ kg MLSS. d,研究好氧区DO的R范围内(60%~100%,NH2-N去除效果良对系统脱氮效能的影响好,平均去除率稳定在90%以上说明试验条件下,分析试验结果(如图4所示)得,当DO从1.060%的R可满足硝化要求当R由60%提高到呕g·L-增至1.5mg·L时,平均硝化率由100%时,平均硝化率提高了5.6%,平均脱氮率增85%上升到96.3%说明提高DO在一定程度上加了1.1%,说明R的增加对反硝化的促进作用更兰州理工大学学报第35卷泥龄下的脱氮效果表2SRT对脱氮的影响Tab 2 Influence of SRT on denitrogenation况龄进水/出水/平均进水/出水/平均/d去除去除率/%L1)L-1)率/%29.35.03].390.331.213.457.0302.41.8940313127559.5运行时间/d由表2得NH3N去除受SRT的影响较为明(a)显.当SRT由15d延长到30d时,NH3一N平均去除率增加10.9%当SRT超过20d时,系统的好氧100%硝化功能均较强,NH3一N平均去除率稳定在90%以上,变化不明显.说明泥龄为20d已能维持系统中足够的硝化菌量,再增大也不能显著提高工艺的硝化率在15~30d的SRT范围内,TN去除效果变化不明显,其出水浓度仅增加1.4mg·L-12.2最佳运行参数的确定在水温28~35℃、泥龄20d氨氮污泥负荷运行时间/d0.0180kgNH3-N/ kg MLSS.d时,通过正交试验确定最佳运行参数以 HRT DO、R和r为因素,图5R对脱氮的影响Fig 5 Infuence of r on denitrogenation因素与水平见表3试验结果见表4大原因是R的增加随污泥回流的硝态氮量随之表3正交试验设计增加,从而为反硝化提供更多反应底物,促进脱氮Tab 3 Scheme of orthogonal test2.1.5泥龄A: HRT/h B: DO/(mgL-1)C:R/%在水温15℃、HRT8.0hDO1.5mg·L-150r200%、R100%、氨氮污泥负荷0.018kg34NH3-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/hB:DO/(mg·L-1)cR/%D:r/%NH2N平均TN平均去COD平均去去除率/%除率/%除率/%98.56385.568.766.054.981.193.862.7752.871.1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AB2C2D2,即HRT8.0h、DO30mg·LA>B>D>C;TN去除率,主次顺序是A>D>B>R80%、r250%在此工况下试验, COD NH3-NC;COD去除率主次的顺序是A>C>D>B、HRT和TN平均去除率分别为88.0%97.1%和699%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:类便污水与城市污水混合脱氮试验28~35℃、SRT20d氨氮污泥负荷0.0180kgmg·L、R80%r150%,该工况,COD、NH2NNH3N/ kg MLss.d、HRT8.0h、好氧区DO20和TN平均去除率为85.5%985%和63.7%表5直观分析结果Tab. 5 Results of visual analysis考察指标影响因素的主次顺序因素HRT/hDO/(mg·L-)x/%%H3N去除率较佳水平相对极差20.588.151,33因素HRT/hr%DO(mg·L-)R/%TN去除率较佳水平9.042.531.12因素/hR/%r/%DO/(mg·1L-1)OOD去除率较佳水平相对极5)为保证较高的硝化率,泥龄宜控制在20d以上泥龄在15~30d变化时,对总氮去除影响不90明显7)水温28~35℃时,倒置A2/O法处理混合污水脱氮的最佳运行参数为SRT20d氨氮污泥负荷0.0180kgNH3-N/ kg MIss.d、HRT8.0h好氧区DO2.0mg·L1、R80%、r150%该工况下,COD、NH3-N和TN平均去除率分别为123456789运行时间/d85.5%98.5%和63.7%且出水浓度均可满足《城图6理论最优工况下的脱氮效果镇污水处理厂污染物排放标准》(GB189182002)Fig 6 Denitrogenation effect in theoretically optimum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,在此表示感谢结论参考文献1)试验条件下,处理粪便污水与城市污水临界氨氮污泥负荷为00198kgNH3-N/ kg mlss. d,[]BrEP, MORSEG K, UYJA,et ai. Co-recycling of sludge在此负荷内,可以充分利用城市污水处理系统的抗and municipal waste: a cost-benefit analysis [J]. EnvironTechnol,1998,19:1163-1175.冲击负荷能力保证出水NH2-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处理[J环境科学与技术,2007,30(5):7577.2)水力停留时间是混合污水脱氮最主要影响3]李刚,樊耀波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8.0h理厕所污水D.水处理技术,2006,32(3):49533)在1.0~1.5mg·L范围内提高溶解氧有[4]周磊魏好程陈朱赏厌氧折流板反应器处理粪便污水的试验研究[]亚热带资源与环境学报,2006,1(2):8891利于混合污水脱氮超过15mgL2,继续增加溶[5]周敬,李冠峰,李艳萍我国便处置现状与治理对策的研究解氧对去除氨氮作用不大,反而会影响反硝化[]环境污染治理技术与设备2003,4(3);9-14)污泥回流比是对出水氨氮和总氮影响最小[6]何康生余建恒,叶恒朋等粪便水对大坦沙污水厂生产运行的因素在60%~100%范围内递增时,硝化率没有的影响及控制措施[]中国给水排水,2007,23(24):9294.明显变化,脱氮率有一定提高[7]石明岩莫东华一体化活性污泥工艺特性[J]广州大学学报:自然科学版,2008,7(3):55595)混合液回流比在100%250%变化时,对[3)郑兴灿,李亚新污水除碘股氮技术[M北京,中国建筑NH3-N去除没有明显影响对TN去除影响相对出版社,1998明显.