新型一体化氧化沟除磷脱氮试验研究

新型一体化氧化沟(MIOD)除磷脱氮试验研究

邓荣森,钟仁超,王涛,朗建,张贤彬,童唯忠,陈江伯

(重庆大学 城市建设与环境工程学院,重庆400045)

摘  要:将倒置A2/O工艺的思想应用在一体化氧化沟中,设计出一种新的工艺模型(MIOD),并对其的脱氮除磷性能进行了考察。结果表明:低碳源条件下,该工艺能够稳定地取得较好的除磷脱氮效果。在夏季水温较高的条件下,10天泥龄且缺氧区进水分配比r=0.8时,氨氮的去除率能够保持在85%左右,TP的去除率可达到70%左右,出水TP可达到1mg/l左右。在试验研究范围内,较好的工艺控制参数为:泥龄=10天,缺氧区进水分配比r=0.8,好氧区水力停留时间HRT=12h。另外,完全以水力内回流代替机械回流是本模型试验是成功的。

关键词:脱氮除磷,污泥回流,模型

Experiments And Study On Denitrification and Phosphorus Removal in Modified Intergrated Oxidation Dith(MIOD)

DEN Rongsen, ZHONG Renchao,  WANG Tao,  LANG Jian,  ZHANG Xianbin,     TONG Weizhong,  CHEN Jiangbai

(School of Urban Construction and Environmental Engineering,Chongqing University,Chongqing 400045,China)

Abstract The inverse A2/O progress was applied in integrated oxidation ditch to form a new wastewater system(MIOD). The capacity of biological denitrification and phosphorus removal was studied in the experiment. The results show that in the condition of low carbon sources, the efficiency of denitrification and phophorus removal is fine and steady. When the water temperature is high in summer, the removal ratio of NH4+-N is no less than 85%, and the removal efficiency of TP can come at 70%. In the limits of experimental study, the optimal control parameters for the modified IOD model are that  equals to 10d, the influent ratio of anoxic area equals to 0.8, and HRT of aerobic area equals to 12h.

Key words:  Biological denitrification and phosphorus removal, The return of sludge,Mode

1试验的工艺流程、设备及试验方法

1.1试验的工艺流程和模型

为寻求一种简易的强化除磷脱氮措施,本试验将倒置A2/O工艺的思想应用在一体化氧化沟中,并通过厌氧区和缺氧区按比例进水的方式实现碳源分配,设计出一种新的污水处理工艺模型(见图1)。污水按一定比例分别进入缺氧区和厌氧区,最后在好氧区内固液分离器出水。基于模型自身结构的特征,泥水混合液在厌氧、缺氧以及好氧区之间能够实现自动的水力内回流。

本试验在新都环境工程专业设备厂内进行。试验用水取自流经厂区的新都县城市污水管道,为了试验方便,模型设计进水量为2m3/d。

图1 一体化氧化沟模型

1.2试验污水水质

试验用水系新都县城部分住宅区生活污水,其各项水质指标见表1。

表1  原水水质指标(mg/l)

项 目 范 围 均 值 项 目 范 围 均 值
CODcr 112.61~213.08 146.35 TP 1.16~6.20 2.97
BOD5 46.71~105.60 64.40 PH 6.5~7.0 6.7
NH4+-N 13.64~32.55 22.68 ALK 272.8~327.0 303.6
NOX-N 0.11~0.20 0.17 / / /

从表中数据分析,原水的平均BOD5 /CODcr=0.44,可生化性较好。但营养比例相对失调,CODcr∶N∶P=50∶8∶1,碳源相对不足。

2试验方法及内容

2.1试验方法

试验用的活性污泥取自四川省污水处理示范工程——成都市城北污水处理厂一体化氧化沟中的混合液。本试验以好氧区水力停留时间HRT、污泥龄SRT以及进入缺氧区的原污水在总进水中的比例r为三个控制参数,以进出水的NH4+-N 、NOX-N 和TP为考察指标,以确定倒置A2/O氧化沟的同步除磷脱氮性能和较好的运行工况。分析项目及方法见表2。

表2 分析项目及方法

分析项目 分析方法
MLSS 烘干称量法
CODcr 标准重铬酸钾氧化法
NH4+-N 纳氏试剂比色法
NOX-N 酚二磺酸分光光度法
TP 钼锑抗分光光度法

2.2试验内容安排

本试验的三个控制参数各取三个水平进行8个工况的正交试验:缺氧区进水分配比r取1.0、0.8、0.6;好氧区 HRT取8h、10h、12h;污泥龄取10d、15d、20d。

3试验结果及分析

3.1 脱氮试验结果分析

三个控制参数对该模型脱氮试验结果分别如图2、图3、图4所示:

图2  缺氧区进水分配比对出水硝氮的影响

图3  泥龄对出水氨氮的影响

图4  好氧区水力停留时间对出水氨氮的影响

从试验结果图2可以看出:当缺氧区进水量占总进水量的80%以上时,模型的脱氮效果是理想的并且再加大到100%也没有更明显的优化,出水硝氮在1.5mg/l左右;当缺氧区进水分配比小于60%时,氮的强化去除效果明显下降,出水硝氮在4.0mg/l以上。这说明了模型缺氧区的反硝化过程对碳源的需求在进水80%的比例上是足够的并基本达到饱和。

由图3可知,即使在泥龄只有10天的条件下,系统的硝化效果也是可以接受的,出水氨氮均值为3.5mg/l,氨氮的平均去除率达到86%。泥龄为20天时,出水氨氮的均值为1.88mg/l,氨氮的平均去除率为91%。可见10天的泥龄已能够保证满意的硝化效果;泥龄为20天时,出水水质较好。

如图4所示,当好氧区水力停留时间在8~12h之间时,出水氨氮均值的浓度范围为2.2~2.5 mg/l,变化幅度不大,可以看出水力停留时间对硝化反应过程的影响相对较小。工艺兼有有倒置A2/O工艺和氧化沟工艺的优点:一方面是入流必须至少循环一周才能出流,这就基本杜绝了短流;另一方面循环的混合液又可提供很大的稀释倍数对入流进行稀释,提高了对冲击负荷的缓冲能力。试验结果表明,当好氧区水力停留时间在8~12h变化时,系统的硝化处理效果都可以接受,系统具有较强的抗冲击能力。

3.2 除磷试验结果分析

本试验认为,好氧区HRT对系统得除磷影响不大。因此主要分析污泥龄和缺氧区进水分比,试验结果如图5所示。由于厌氧区硝态氮浓度对除磷有显著影响,因此本试验还考察了缺氧区进水分配比对厌氧区硝态氮含量的影响,图6所示。

 

图5除磷效果图

图6 缺氧区进水分配比对厌氧区硝态氮含量的影响

试验结果表明,在系统泥龄一定的情况下,适当地增加厌氧区的进水分配比(1-r)能够改善系统的除磷效果。在泥龄保持10天不变的情况下,原污水全部进入缺氧区时(r=1),系统对TP的平均去除率为51.2%,出水TP的均值为1.70mg/l;当缺氧区的进水分配比为80%时(r=0.8),TP的平均去除率为70.6%,系统出水TP的均值为1.00 mg/l。厌氧区进入20%的原污水,系统对TP的去除率增加了37.9%,且出水TP的浓度能够稳定地保持在1.0 mg/l左右。

但是当缺氧区的进水分配比降低到60%时,系统的除磷效果并没有随之升高,反而有所下降,此时系统TP的去除率为60.4%。其原因主要是缺氧区的碳源不足导致的反硝化不完全,从而导致厌氧区内的硝态氮浓度过高影响了厌氧区内磷的释放而造成的(如图6所示)。

生物除磷系统主要是通过排除剩余污泥去除磷,剩余污泥量的多少将决定系统的除磷效果。试验结果表明,在缺氧区进水分配比一定的条件下,泥龄是影响系统除磷效果的重要因素。如图5A所示,r=1.0,泥龄10天时,TP去除率达到51.2%;泥龄20天时,系统的TP去除率只有29.8%。

3.3工况比较

表7  各工况试验结果汇总

工 况

NH4+-N平均

去除率(%)

出水NOX―N

均值(mg/l)

TP平均去除率

(%)

备  注

1 87.4 1.48 51.1 r=1.0、HRT*=8hθc=10d
2 91.5 1.36 41.3 r=1.0、HRT=10hθc=15d
3 90.2 1.06 31.2 r=1.0、HRT=12hθc=20d
4 92.9 1.58 33.6 r=0.8、HRT=8hθc=15d
5 84.6 0.78 58.6 r=0.8、HRT=10hθc=20d
6 89.3 1.65 72.1 r=0.8、HRT=12hθc=10d
7 89.3 4.07 49.4 r=0.6、HRT=8hθc=20d
8 88.8 4.74 61.4

r=0.6、HRT=12hθc=15d

*注:标内HRT指的是好氧区水力停留时间

由表可以看出,由于氧化沟具有耐冲击负荷的特点,在试验选定的好氧区水力停留时间范围内(8、10和12h),HRT对试验结果的影响并不显著,但是考虑到本试验模型缺氧区的特殊作用,水力停留时间较长为宜。

通过前面的讨论可以得知,缺氧区进水分配比越高,泥龄越长,系统的脱氮效果就越好;反之则利于除磷。如何处理好二者之间的矛盾关系是本部分试验的研究目的之一。试验结果表明,在不影响脱氮的前提下,适当地减少缺氧区进水分配比,向厌氧区分流碳源;适当地降低污泥龄,增加排泥量,照顾除磷的需要是可行的。

综合试验结果及前述分析过程,对于模型而言,系统控制参数的最佳值为r=0.8,泥龄为10天,好氧区HRT=12h。此条件下,系统的处理能力最强,处理效果最好,TP去除率可达到70%以上,出水NOX―N均值为1.65 mg/l。

4结论

① 低碳源条件下,MIOD工艺能够稳定地取得优异地脱氮效果, 10天泥龄且缺氧区进水分配比r=0.8时,氨氮的去除率也能保持在85%左右。

② MIOD工艺中缺氧区前置,反硝化彻底,厌氧区内的硝态氮的影响可以忽略不计。在各种运行参数及环境条件都适宜的条件下,在试验研究范围内,系统的除磷效果可达到70%左右。

③ 对于本模型而言,在试验研究范围内,最优的工艺控制参数为:泥龄=10天,缺氧区进水分配比r=0.8,好氧区水力停留时间HRT=12h。

本试验兼顾除磷脱氮的需要,从控制碳源、泥龄和进水分配比等因素的方法寻求脱氮与除磷之间的平衡点,并取得了较好的试验效果,最大限度的开发系统同步除磷脱氮的潜力;同时该模型以完全的水力内回流代替了普通的机械回流,工艺系统简洁并达到了节能的目的。从这两点上看, MIOD工艺具有重要的理论价值、工程意义,具有开发价值。

参考文献

[1] 邓荣森等. 城市污水处理与一体化氧化沟技术. 给水排水,2000,26(11):30

[2] 王涛. 侧沟式一体化氧化沟试验研究. 硕士学位论文,1995,12

[3] 郑兴灿等编. 污水除磷脱氮技术. 中国建筑工业出版社,1998

备注

☆本文所涉及课题系四川省“十五”攻关项目“中小城市污水处理关键技术及设备”下的一个子课题“一体化氧化沟污水处理技术及配套设备的优化”。

①邓荣森,重庆大学城市建设与环境工程学院教授、博士生导师

电话:023-68704247 Emai1:dengrongsen@263.net

②张贤彬,四川华健环保产业有限责任公司总工程师

电话:028-83974451

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