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随着水体富营养化对生态环境及人类生产和生活带来的危害越来越大,对于氮磷排放的标准也变的日趋严格[1]。传统A2O工艺具有运行方便、结构简单、工艺简洁等优势,是城镇污水厂脱氮除磷应用最广泛的一种生物处理工艺[2-3]。但传统A2O工艺属于单一活性污泥系统,存在碳源不足、硝化细菌及聚磷菌在污泥龄上存在矛盾及硝酸盐抑制等问题,在处理中国南方低C/N比城镇生活污水中极大限制了其对氮磷的高效去除[4-6]。有研究者通过增加A/O反应器段数来提高系统的脱氮效果,但这又会造成工艺更加复杂,基建成本更高的问题[7-8]。而仅通过硝化液回流的方式来改善系统反硝化段脱氮效果也是有限的[9-11]。近年来,随着氮磷排放标准的日趋严格,研究者们发现,多点进水配合混合液回流的生物脱氮工艺具有碳源利用率高、脱氮效果好、运行简单等优势,逐渐受到人们的关注。项敏等[12]通过研究回流比对分段进水A2O工艺脱氮除磷效果的影响,发现:随着混合液回流比的增加,系统对TN及TP的去除效率不断增加,但存在出水水质无法达标的缺陷。闫东等[13]通过研究回流比对分段进水循环A/O工艺脱氮除碳效果的影响,发现:适当的回流比可以提高TN的去除效率,但无法对TP进行有效的去除。李长刚等[14]通过研究混合液回流比对两段进水A/O工艺去除重油加工污水污染物去除的影响,发现:混合液回流比的增加可以提高系统对碳源的利用率及TN的去除率,但出水TN仍无法达标。因此,为了实现低C/N的城镇生活污水经生物处理后能够稳定达标排放,优化升级传统A2O工艺迫在眉睫。
针对中国南方城镇污水普遍具有低C/N比的特点,本研究研发了一种多点进水A1/O2/A3/A4/O5泥膜耦合工艺,通过增加混合液回流比,强化碳源利用率,以促进反硝化脱氮的进一步提高;同时,通过增加混合液回流比有利于缺氧段(A4)中反硝化聚磷菌(DPAOs)的富集,以强化脱氮除磷效果;通过向好氧段(O2/O5)投加悬浮填料强化硝化效果,以解决硝化菌与聚磷菌在SRT上的矛盾;此外,通过投加悬浮填料以促进同步硝化反硝化(SND)的发生,在有效利用碳源的基础上进一步强化脱氮效果。本文考察了不同混合液回流比对多点进水A1/O2/A3/A4/O5泥膜耦合工艺有机物去除及脱氮除磷性能的影响,以期为实现低碳氮比生活污水经生物处理后能够达标排放、强化污水脱氮除磷提供参考。
混合液回流比对多点进水新型A/O/A/A/O泥膜耦合工艺脱氮除磷的影响
Influence of mixed liquid reflux ratio on a new multiple-inflow A/O/A/A/O sludge-biofilm coupling process for denitrification and phosphorus removal
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摘要: 针对中国南方城镇低碳氮比(低C/N)生活污水的脱氮除磷问题,开发并设计了新型多点进水A1/O2/A3/A4/O5泥膜耦合工艺及中试装置。在进水点1和进水点2的进水流量比为4: 6的条件下,通过改变混合液回流比,研究了其对系统中有机物、氮、磷的去除影响及氮素的转化规律。结果表明:当平均进水低C/N比为2.09,混合液回流比为300%时,出水中COD、
${\rm{NH}}_4^ + $ -N、TN、TP的平均值分别为23.45、0.80、12.41、0.36 mg·L−1,平均去除率分别为86.88%、98.25%、77.68%、90.31%;相对于分段进水A/O/A/A/O泥膜耦合工艺,增加混合液回流比后系统对TN的去除率由68.28%增加到77.68%;对TP的去除率由75.22%增加到90.31%。本系统对于低碳氮比污水处理具有明显的脱氮除磷效果优势,解决了低碳氮比污水生物处理过程中磷出水较难低于0.5 mg·L−1的难题。Abstract: A new multiple-inflow A1/O2/A3/A4/O5 sludge-biofilm coupling process and its pilot facility were developed and designed for the denitrification and phosphorus removal from domestic sewage with low C/N ratio in the towns of South China. At the inlet flow ratio of 4: 6 between inlet point 1 and inlet point 2, the influence of the mixed liquid reflux ratio on the removal of organic matter, nitrogen and phosphorus in the system and the rule of nitrogen transformation were studied. The results showed that when the average C/N ratio was 2.09 and the mixed refluent ratio was 300%, the average values of COD,${\rm{NH}}_4^ + $ -N, TN and TP in the effluent were 23.45, 0.80, 12.41 and 0.36 mg·L−1, respectively, and the corresponding average removal rates were 86.88%, 98.25%, 77.68% and 90.31%, respectively. Compared with multi-stage inflow A/O/A/A/O sludge-biofilm coupling process, the TN removal rate of the system increased from 68.28% to 77.68% and the TP removal rate increased from 75.22% to 90.31% after the mixed liquid reflux increased. This system has significant advantages in denitrification and phosphorus removal from low carbon nitrogen ratio sewage, and solves the problem that the phosphorus effluent is difficult to be below 0.5 mg/L in the biological treatment of low carbon and nitrogen ratio sewage. -
表 1 进水水质
Table 1. Water quality of influent
数值 pH COD/(mg·L−1) BOD5/(mg·L−1) ${\rm{NH}}_4^ + {\text{-}} {\rm{N}}/({\rm{mg}} \cdot {\rm{L}}^{-1}) $ TN/(mg·L−1) TP/(mg·L−1) C/N 范围 7.0~7.9 148.6~199.5 100.1~126.9 36.5~49.9 41.8~54.4 1.8~3.9 1.7~3.7 均值 7.4 160.6 102.1 45.1 48.9 2.9 2.1 表 2 实验条件及运行工况
Table 2. Experimental and operational conditions of the process
工况 时间/d 进水量/
(m3·d−1)温度/ ℃ 混合液
回流比/%平均进水负荷/(kg·(m3·d)−1) COD ${\rm{NH}}_4^ + {\text{-N}} $ TN TP 1 1~10 0.91 18~24 0 0.552 1 0.151 8 0.184 3 0.011 7 2 11~20 0.91 18~24 100 0.557 9 0.162 7 0.186 8 0.012 7 3 21~30 0.91 18~24 200 0.541 4 0.162 1 0.187 4 0.013 3 4 31~40 0.91 18~24 300 0.608 9 0.165 9 0.190 2 0.012 8 5 41~50 0.91 18~24 400 0.607 8 0.165 6 0.190 8 0.012 7 表 3 有无填料对氮素的去除情况对比
Table 3. Comparison of nitrogen removal with or without fillers
条件 进水最高
浓度/(mg·L−1)进水最低
浓度/(mg·L−1)出水最高
浓度/(mg·L−1)出水最低
浓度/(mg·L−1)出水平均
浓度/(mg·L−1)出水平均
去除率/%有填料(氨氮) 49.8 36.59 1.15 0.15 0.83 98.32 无填料(氨氮) 48.85 37.21 6.23 4.23 4.89 91.22 有填料(总氮) 59.32 45.29 14.23 11.12 12.26 77.28 无填料(总氮) 57.23 44.12 18.33 13.25 14.78 73.22 -
[1] ZHANG W, JIN X, LIU D, et al. Temporal and spatial variation of nitrogen and phosphorus and eutrophication assessment for a typical arid river-Fuyang River in northern China[J]. Journal of Environmental Science, 2017, 55(5): 41-48. [2] ABYAR H, YOUNESI H, BAHRAMIFAR N, et al. Biological CNP removal from meat-processing wastewater in an innovative high rate up-flow A2O bioreactor[J]. Chemosphere, 2018, 213(12): 197-204. [3] JI B, ZHANG X, ZHANG S, et al. Insights into the bacterial species and communities of a full-scale anaerobic/anoxic/oxic wastewater treatment plant by using third-generation sequencing[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2019, 128(6): 744-750. doi: 10.1016/j.jbiosc.2019.06.007 [4] NATALIA R M, BADIA F M, GUISASOLA A, et al. Glutamate as sole carbon source for enhanced biological phosphorus removal[J]. Science of the Total Environment, 2018, 657(1): 1398-1408. [5] 李亚峰, 杨嗣靖, 于燿滏. 基于倒置A2/O工艺脱氮除磷存在问题的优化措施[J]. 工业水处理, 2019, 39(8): 15-18. [6] 马吴俊, 孙冬青, 纪荣平. 3段进水A/O工艺处理生活污水实验研究[J]. 水处理技术, 2013, 39(8): 71-74. doi: 10.3969/j.issn.1000-3770.2013.08.017 [7] BOYLE C A, MCKENZIE C J, MORGAN S. Internal recycle to improve denitrification in a step feed anoxic/aerobic activated sludge system[J]. Water Science & Technology, 2009, 60(7): 1661-1668. [8] 刘胜军, 杨学, 石凤, 等. 多段多级AO除磷脱氮工艺分析与研究[J]. 给水排水, 2012, S1(1): 191-194. [9] 姚学文, 罗斌, 邱家国, 等. 混合液回流比和外碳源对反硝化脱氮效能的影响[J]. 中国给水排水, 2019, 35(9): 58-62. [10] 刘牡, 杨培, 史彦伟, 等. 回流比对AAO中试脱氮除磷效果的影响研究[C]//中国城市科学研究会, 中国城镇供水排水协会, 海南省住房和城乡建设厅, 等. 第十二届中国城镇水务发展国际研讨会与新技术设备博览会论文集, 2017: 6. [11] 马骏, 查晓, 吕锡武. 硝化液回流比对缺氧-生物转盘工艺脱氮效果的影响[J]. 净水技术, 2018, 187(1): 59-63. [12] 项敏, 陈东辉, 黄满红. 回流比对分段进水A2/O工艺脱氮除磷影响的小试研究[J]. 广州化工, 2011, 39(12): 127-130. doi: 10.3969/j.issn.1001-9677.2011.12.046 [13] 闫冬, 何争光, 韩艳萍, 等. 内回流比对分段进水循环A/O工艺系统性能的影响研究[J]. 工业水处理, 2015, 35(6): 27-30. doi: 10.11894/1005-829x.2015.35(6).007 [14] 李长刚, 阎光绪, 郭绍辉. 内循环回流比和碳源投加量对两段进水A/O工艺去除重油加工污水氮污染物的影响[J]. 石油科学通报, 2018, 3(4): 113-120. [15] APHA. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater[M]. Washington: American Public Health Association, 1998. [16] 吴亚慧, 陆少鸣, 胡勇, 等. 一体化生物滤池处理农村污水硝化液回流比影响[J]. 水处理技术, 2019, 45(4): 93-95. [17] 舒敏玉, 陈俊鸿, 刘涛, 等. 硝化液回流比对MBBR一体化设备脱氮除磷的影响研究[J]. 广东化工, 2018, 45(17): 63-65. doi: 10.3969/j.issn.1007-1865.2018.17.029 [18] 陈伟敏. 硝化液回流比对印染废水总氮去除率影响的研究[J]. 中国资源综合利用, 2020, 38(6): 25-27. [19] 郭耀, 李志华, 李黔花, 等. 消除内回流液中溶解氧对反硝化过程影响的对策[J]. 中国给水排水, 2020, 36(1): 1-6. [20] 郑俊, 贺倩倩, 张德伟, 等. 硝化液循环比对DBF-BAF工艺处理焦化废水效能的影响[J]. 环境工程学报, 2017, 11(1): 317-321. doi: 10.12030/j.cjee.201508210 [21] 于燿滏, 范维利, 郭鑫. 硝化液回流比对改良型倒置A2/O系统脱氮除磷性能研究[J]. 建筑与预算, 2020(2): 47-50.