A2／MBBR工艺除磷脱氮研究

A2／MBBR工艺除磷脱氮研究 A2,MBBR工艺除磷脱氮研究 化学工程师 ChemicalEngineer2009年第12期 环 境 工. 程 文章编号:1002—1124(2009)12—0037—05 A2/MBBR工艺除磷脱氮研究 霍天瑞,王海,董浩,郑枫,张欣 ? (1.内蒙古工业大学化工学院,内蒙古呼和浩特010051;2.呼和浩特市消防支队,内蒙古呼和浩特010010) 摘要:本文考察了AVMBBR工艺在长期运行下对模拟生活污水的净化效能,在水力停留时间为6.8h, 溶解氧为1.5,2.5mg?L的条件下,在厌氧,缺氧及好氧区内,C/P,DO,有无内回流设备对废水中N和P的去 除效果的影响. 关键词:M/MBBR;城市污水;脱P除N 中图分类号:TQ028.8文献标识码:A StudyontheA2/MBBRforremovdofNandP HU0Tian—rui,WANGHai,DONGHao,ZHENGFen,ZHANGXin' (1.InnerMongoliaUniversityofTechnology,Hohhot010051,China;2.HohhotFireDetach ment,Hohhot010051,China) Abstract:InvestigationofA2/MBBRforrecoverythecitywastewaterwereperformed.Thee ffectofC/P,DO andcircumfluenceontheremovalofNandPwerestudiedindetail.WhenHRTwas6.8h.DOw as1.5~2.5mg'L-. Keywords:AZ/MBBR;thecitywastwater;removalofNandP 城市污水脱N,脱P【l技术可以分为物理化学 法和生物法.对于物化法脱N,脱P,目前缺乏成功 的工艺设计知识,运行操作复杂,费用昂贵,难以推 广应用.而现有的城市污水二级处理系统很容易改 建成生物脱N系统.因此城市污水脱N,脱P主要 是生物脱N. 本文研究的目的是基于改善废水生物处理的 微生态系统,从而确定改善二级污水处理厂出水水 质的具有可操作性,高效节能的工艺流程及参数, 以改善污水处理厂的出水水质. 将二级处理系统的传统活性污泥工艺改造为 厌氧一缺氧一移动床(A2/MBBR)复合生物处理工 艺,使其在去除有机物的同时具备脱氮除磷的能 力,满足作为中水水源的需要. 1实验部分 1.1废水水样 (1)试验菌种试验用接种污泥取自大连付家 庄污水处理厂A2/0法的污泥浓缩池前的污泥. (2)试验用水污泥培养驯化和试运行阶段采 收稿日期:2009—10—2O 基金项目:内蒙古工业大学重点研究项目(ZD200705) 作者简介:霍天瑞(1966一),男,副教授,主要从事水污染治理技术的 研究. 用人工配水,是由葡萄糖,淀粉,NH4CI,KH2PO, NHHCO,MgSO,CaCO,,FeC1,等配制而成,进水的 pH值控制在7.0,7.5,COD浓度为306.9,400mg? 之间,NH:一N浓度在30.63,45.62mg?IJ_之间,TN 浓度在30.63,50mg?L『之间,TP浓度在3.2,8.1mg?IJ_ 之间. (3)中试用水正式试验取自营口市污水处理 厂的进水分配井,生活污水的水质指标:进水的pH 值控制在6.8,7.5,COD浓度为248.50,390.60mg? L『之间,NH:一N浓度在28.62,36.85mg?L之间, TN浓度在33.42,52.66mg?L之间,TP浓度在 2.54-7.84rag?L之间. 1.2实验方法 本试验的目的是考察A2/MBBR工艺对污水中 污染物的去除效果,试验工艺流程图见图1.厌氧反 应区接受来自沉淀池的回流污泥,在该区域完成磷 的释放;缺氧反应区,接收内部硝化液回流,主要作 用是反硝化脱N;浮动填料放在好氧反应区内,投加 比例为10%,20%,浮动填料为大连宇都环境公司 生产的黑色纳米配方技术改性的生物载体:直径为 10mm,高度为8mm的圆柱形填料,内部由三个翼板 构成,外部布满凹槽,比表面积为500,1100m2/m3,密度 接近于水;反应器底部安装一个微孔曝气装置,其 主要作用是降解有机物,去除COD,硝化以及磷的 吸收. 霍天瑞等:A/MBBR工艺除磷脱氮研究2009年第l2期 (I T匕][1112 1 4 I211一ooo~0OoOoOoOoL-出 122 嘴_j2..I………,p1c:0:? ? 1.原水水箱2.厌氧反应区3.缺氧反应区4.好氧反 应区(MBBR)5.沉淀池6.硝化液回流泵7.污泥回流泵 8.空气压缩机9.搅拌机lO.气体流量计l1.转子流量计 12.阀门l3.曝气头 图1试验工艺流程图 Fig.1SchematicdiagramofA2/MBBRexperimentation 2结果与讨论 本试验装置连续进水,外回流泵运行,根据需 要将62%的回流污泥从二沉池打回厌氧区,用搅拌 机进行机械搅拌使回流污泥与进水充分混合.回流 污泥中带回含有部分硝酸盐,在厌氧池中进行的是 硝酸盐的反硝化反应和反硝化除磷反应,硝酸盐的 含量在30min后几乎达到完整去除;厌氧阶段,溶 解氧平均在0.1mg?L『以下,磷被释放,随着循环的 进行,磷的释放在厌氧1h结束时达到最高的值30 mg?IJ_?.本阶段试验将厌氧区的MLSS浓度控制在 3600mg?【『. 2.1厌氧,缺氧及好氧区内磷的变化情况分 析 在实验过程中,为了进一步考察磷在反应器内 的变化情况,自开始回流起,在污水行进过程的整 个水力停留时间6.8h,每隔10min对厌氧,缺氧区 内流经反应器的混合液进行水质监测,TP及NH: 一 N的变化情况,见图2. 35 — 30 ?25 20 15 10 5 0 /min 时l司 图2反应器内厌氧,缺氧,好氧区硝酸盐和 TN浓度的变化曲线 Fig.2Curveofcongcentrationoftotalphosphorus andnitrateinanaerobic,anoxicandaerobicareaofreactor 由如图2可知,前60min为厌氧反应时段,后 120min为缺氧反应时段.在厌氧阶段开始TP的浓 度是在降低,30rain后以后迅速开始回升,在厌氧区 释磷完成后磷酸盐的浓度高达30mg?L-I,到了缺氧 区后,开始吸磷,磷随着剩余污泥的排出而降解. 回流污泥与厌氧状态结合后,缺少外部电子受 体(硝酸盐或氧)的其它生物则失去了活力,聚磷菌 在A/O或A2/O的循环系统中获得竞争优势,得以 进行P的释放与吸收.当外部电子受体达到一定量 时,聚磷菌在同其他异养/兼性生物对低级脂肪酸 的竞争中处于不利地位,致使聚磷生物的生长受到 抑制.当硝酸盐N浓度大于4.0mg?IJ_时,释P受到 明显抑制,小于4.0mg?IJ_.时影响很小.由于本工艺 中试采用回流在沉淀池直接抽取,有硝酸盐随回流 污泥进入厌氧区,反应器内产生了吸磷现象,磷的 含量降低了.从图2中可以看出,进入厌氧区的硝 酸盐N的浓度小于小于4.0mg?L『,所以对磷的释放 影响很/J,. 由于反硝化聚磷菌的作用,TP的含量在厌氧反 应阶段前一段一直在降低,15min时达到最低值,硝 酸盐的含量急剧下降至0.20rag?IJ_以下,由于硝酸 盐的浓度太低,反硝化除磷菌不再以硝酸盐做为电 子受体进行聚磷活动.在第15min开始,由于厌氧 条件的形成,产生了磷的大量释放.这段时间,由于 硝酸盐几乎完全耗尽,而且由于没有新的硝酸盐进 人该区,绝大部分的含碳有机物为聚磷菌利用,聚 磷菌在厌氧条件体内的多聚磷酸盐就会分解,以可 溶性单磷酸盐的形式释放到环境中,同时释放出能 量,为合成PHB提供能量来源.这样,随着磷的释放 的进行,越来越多的PHB被集聚起来.PHB的升高 可能有利于除磷菌的同时反硝化除磷,进人好氧区 后P被聚磷菌摄取. 由于本工艺提供了比较优越的厌氧及缺氧条 件,硝酸盐出现在厌氧时段,此时聚磷菌充分释磷 合成PHB,则能为反硝化聚磷菌氧化PHB聚磷提 供电子受体.国内外大量的研究成果表明,通过反 硝化除磷,碳源需求降低近50%.与普通的聚磷菌 相比,反硝化聚磷菌,反硝化菌和除磷菌之间对碳 源的竞争会大大降低,从而提高了磷的去除. 2.2环境因素对生物除磷效果影响的研究 2.2.1C/P对厌氧释磷及好氧吸磷的影响进水 C/P在生物除磷工艺中是十分重要的控制因素.聚 磷菌在厌氧阶段中释放磷产生的能量主要用于其 吸收溶液中可溶性低分子有机物并合成PHB而储 存在其体内,以作为其在厌氧环境中生存的基础. :A2/MBBR工艺除磷脱氮研究39 2009年第12期霍天瑞等 因此,系统中是否具有足够多的有机物提供给聚磷 菌合成足够的PHB,是关系到聚磷菌是否进行正常 生理代谢,成功实现生物除P的关键. 本实验分为5组,编号为A,B,C,D,E,其中进 水MLSS浓度为4500mg?IJ-,P的浓度为7.2mg?IJ_, 五组试验是相同的,取COD~P分别为40,5O,6O, 70,80,通过改变投加葡萄糖的浓度来改变进水的 COD值,进水COD分别为288,360,432,504, 576mg"L,,从而改变系统的有机负荷.试验进行的 温度为25?. 试验是从厌氧时段开始的,此段停留时间为 60min,此时DO保持在0.08mg?IJ_以下,通过搅拌 机的缓慢搅拌使混合液保持悬浮状态;缺氧时段停 留时间为120min,DO维持在0.2,0.4rag?L『;在好氧 时段,停留时间为114rain,DO维持在3.0,3.5mg? L『?.厌氧时段试验数据 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 时间每隔15min,缺氧及 好氧时段试验数据检测时间每隔30min,C/P对厌氧 释磷及好氧吸磷的影响见图3. 舞 时I司/d 图3C/P比对厌氧释磷及好氧吸磷的影响对比试验 Fig.3EffectofC/Ponphosphorusconcentrationinthewater 从图3中可以看出,在C/P为40时,此时污泥 的有机负荷比较低,P的释放在一个很低的速率下 进行;当C/P增加至50和60时,P的释放速率大大 提高且混合液中P的含量较高,由此,可以推断出 可能是由于c源的缺乏而导致了较低的释P速率 和释P数量.当G/P增加到70,80时,混合液的释P 速率和数量又有所提高,但是可以看出,增加的幅 度越来越小,此时二者的释P变化情况非常接近. 由此可知,当碳磷比增加到一定的程度时,有机物 就不是P的释放的限制性因素了.在本系统中,可 以认为厌氧磷释放的临界C/P为60,当COD/TP>60 时,TP的去除率几乎与C/N无关而保持恒定. 从图3中可以看出,在低的C/P的条件下,厌氧 及缺氧状态下P的释放基本是以线性方式进行的; 随着C/P的提高,混合液中的TP浓度在厌氧初期 升高速率都较快,随着厌氧时间的延长,混合液中 TP释放的速率逐渐降低,并最终趋于稳定.不同的 C/P下,聚磷菌的好氧摄磷速率也有所不同,随着释 P量的增加而增加.最后液相中的磷酸盐含量也低 于厌氧初期释磷的含量.从好氧摄磷曲线可以看 出,磷的摄取几乎是在好氧阶段的初期完成的.也 就是说,聚磷菌在厌氧阶段释磷越彻底,在随后的 好氧阶段开始就会有更大的未饱和储磷量,从而表 现出更快的吸磷速率.因此,彻底的厌氧释磷是后 续的好氧摄磷的前提和必要条件. 2.2.2DO对除磷效果的影响 由于厌氧区的DO宜控制在0.3mg?IJ_以下,方 可确保厌氧释磷顺利进行.本工艺厌氧时段只由搅 拌机进行缓慢的机械搅拌使混合液保持悬浮状态, 平均DO保持在0.Img?L『左右,从而保证了聚磷菌 的厌氧释P过程的顺利进行. 为了考察DO对TP去除效果的影响,首先将反 应器停止曝气,检测池内DO,当DO趋于0时,开始 试验.当气水比分别为3:1,4:1,5:1时,对运行 的反应器好氧区的DO对除P的影响做了连续6.8h 的连续观测,测量DO及TP随时间变化的关系,曲 线变化详见图4. 毒 时I司,ll 图4反应器好氧区的DO及TP随时间变化曲线图 Fig.4CurveofDOandTPwithtimechange inaerobicareaofreactor 从图4中可以看到,运行初期好氧池溶解氧几 乎是0,随着曝气时间的增加,DO急剧增加,1h后 趋于平稳,水中的DO随着曝气量的增加而增大;水 中P的浓度逐渐降低,约至5mg?L的时候趋于平 稳,此时,除P效果明显,停留时间约5h,TP的含量 在气水比为5:1及4:1时小于lmg?IJIt,两者相差 不大.在试验结束后出水TP的含量为0.3,0.35mg? L『,出水符合一级A 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 .此时水中的溶解氧为 1.52.0mg?L,,从节能角度出发,我们选择气水比为 4:1. 2.3厌氧,缺氧及好氧区内TN,NH:一N,硝 酸盐的变化关系 2.3.1无内回流设备 霍天瑞等:A/MBBR工艺除磷脱氮研究2009年第l2期 4O 35 ,3O 25 2O 5 O \一总氮??一氨氮 厌 一硝态氮 氧缺A 区氧好氧区 区 /'?... 060l2IJl80240300.360 时间/min 图5无内回流设备厌氧,缺氧,好氧区各种氮的曲线 Fig.5Cu~esofvariousnitrogenswithoutinternal circumtluenceinanaerobic-anoxicandaerobicareaofreactor 由图5可以看出,在厌氧区内,由于进水中几 乎不含有硝态氮,而且由于停止循环,没有硝态氮 进入该区,所以在厌氧时段NH:一N和TN的去除主 要是同化作用的结果.NH:一N在厌氧的状态下变化 很少,此时由于无分子态氧,硝化菌的生长和活动 受到抑制 无内回流时,缺氧区内NH:一N利用有限的DO 氧化成为硝态氮,当DO缺乏的时候,由于污水处理 系统中碳源不足,有较少的异养硝化菌生长,自养 硝化菌能利用亚硝酸氮氧化NH:一N产生N,使TN 降低,但由于异养硝化菌较少使降解速度缓慢.越 靠近好氧区,DO逐渐升高,NH:一N的降解速率逐渐 升高,硝态氮逐渐增加. 一 旦进入好氧阶段,硝化菌便活跃起来,最终 NH:一N得到了很好的去除,基本上全部转化为硝态 氮.在实验过程中,出水的NH:一N一直小于1.0mg? L『.在好氧区的中段开始,随着NH:一N的降解趋于 .发生这种 平缓,硝态氮开始减少,TN也随之减少 情况的原因之一是由于生物膜内部的缺氧区形成 的微观因素,另外由于曝气不均匀造成的宏观因素 形成了缺氧区域.这两种因素的存在为同步硝化反 硝化创造了条件.使同步硝化反硝化在好氧池发 生. 2.3.2有内回流设备 在有内回流时,进入缺氧区的硝态氮首先发生 反硝化,硝态氮减少,厌氧区有气体溢出,硝态氮及 TN减少,在缺氧区的后段,越靠近好氧区,DO逐渐 增加,此时,NH:一N缓慢被氧化,硝态氮缓慢增加, TN平缓降低. 进人好氧阶段,NH:一N全部转化为硝态氮.在 实验过程中,出水的NH:一N--i~/1,于0.50mg?L『?, 实验结果见图6.' 50 40 30 20 1O O H??-?- 厌,-L 妻氧缺===量区氧区. ,...?.一|一 O6012O1802403oo360 时间/min 图6有内回流设备厌氧,缺氧,好氧区各种氮的曲线 Fig.6Cu~esofvariousnitrogenswithinternalcircumfluenee inanaerobic,anoxicandaerobicareaofreactor 由图6中的TN变化曲线可以看出,好氧区后 部的TN一直处于15.0mg?L以下,TN得到了很好 的去除.在好氧区的中段开始,随着NH:一N的降解 趋于平缓,硝态氮开始减少,TN也随之减少.有同 步硝化反硝化现象的发生.其原因也是因为宏观的 曝气不均匀和生物膜内形成微观的厌氧环境造成 的. 由于有缺氧区的反硝化脱N的作用,系统的TN 得到了较高的去除效果,出水的TN一般处于15.0 mg?L以下. 通过以上的分析可知,系统通过多种途径实现 了脱N过程,本系统高效的N去除效果是复合反应 器内反硝化作用,同步反硝化除P作用和好氧区的 同步硝化反硝化共同去除的结果. 3'结论 (1)硝酸盐和溶解氧的存在会对厌氧时段磷的 释放产生干扰.当硝酸盐N浓度大于4.0mg?IJ-时, 释磷受到明显抑制,小于4.0mg?L『时影响很小;DO 控制在0.3mg?IJ_以下,方可确保厌氧释P顺利进 行. (2)P的释放速度随着CfP的升高而增加,但在 超过60以后就变化不大了.可以认为厌氧磷释放 的临界C/P为60,当COD/TP>60时,rI'P的去除率几 乎与C/N无关而保持恒定. (3)好氧区溶解氧控制在3.5,4.Omg?L-,脱N 及除P效果均很稳定.如水中含磷量很低或无生物 除磷要求(考虑化学除P)的工艺,可将DO参数控 制在0.9,1.Omg?. (4)随着C/N的升高,TN去除率也逐渐升高, (下转第59页) 2009年第12期刘桂芹:焦炉煤气的毒性与爆炸性分析与预防 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 59 控制工作地点的煤气浓度为了安全起见,在工作地 点至少备用两套防毒面具.消极防毒是使用呼吸保 护器具的办法,在煤气维修范围大的,使用的是软 管器具.它是通过一定节距,有一定弯曲度的输送 空气的软管,将新鲜的外界空气输送给使用者.使 用呼吸软管防毒面具者,可借助肺部的吸力从新鲜 空气处吸人所需空气,工作地点与新鲜空气问的距 离不可超过15m.输送空气的软管要迎风敷设,软管尾端一定要安全地固定好.压力软管防毒面具是 通过空气输送设备可以供给使用着新鲜空气. 2焦炉煤气的爆炸性及爆炸范围 2.1爆炸性 焦炉煤气不仅可以燃烧,而且是易爆的.如果 出现下列3种情况时,就可以产生爆炸: (1)煤气一空气混合气或煤气,O混合气达到 爆炸极限; (2)产生达到着火点温度的火源; (3)压力容器的压力达到爆炸极限. 煤气爆炸主要是由爆炸压力引起.发爆之前混 合气压力为1个绝对大气压,而爆炸压力约为8个 绝对大气压.考虑受损面积时,只需一般的计算就 可以清楚地看到焦炉煤气爆炸的破坏恶果.如果排 除了爆炸所需的必要条件,就可以避免煤气爆炸. 2.2对煤气爆炸范围的含氧 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 值的探讨 正因为焦炉煤气的可爆性,所以在炼焦制气,煤 气净化,输送,使用工艺指标上,一直保守着沿袭套 用以往的常规.我们从业人员都知道,在炼焦制气 技术上,负压流程要远远好于正压流程.比如说,煤 气净化的电捕焦油器的设置问题上,如果把它设在 负压段鼓风机之前要比设置在鼓风机之后的正压 段其效果要好得多.煤气管道,设备在负压状态下, 存在着空气吸人其内的可能,而且电晕极是炼焦制 气过程中唯一存在的火源,剩下唯一可以防止爆炸 发生的关键就是不能产生爆炸混合物.一般规定: 煤气一空气混合物的爆炸范围为5.5%,30%.可以 看出,焦炉煤气爆炸的低限为5.5%是较低的,所以 在焦炉煤气生产,净化,输送和使用场所要保证良 好的通风,以保煤气一旦外泄时不致引起爆炸,同 时应严格遵守其操作规程. 如果反观空气漏人煤气设备及管道内的情况, 爆炸可能发生在吸人空气时,随着空气浓度的增 高,达到爆炸范围的可能性增加.爆炸范围的空气 含量在焦炉煤气中占70%,94.5%(含O14.7%,19. 8%),笔者认为,一般情况下除非是灾难性事故或严 重违章,空气吸入浓度如此之高是不可能的,再说 煤气本身在不断地发生和流动.即使空气有所混入 也不一定就会爆炸的,距其爆炸范围还很远(当然 空气混入是正常生产操作所不应该发生的). 一 般《规范》规定和要求焦炉煤气含O指标小 于1%,但是在生产实践中测试及爆炸范围的低限 为空气浓度是70%1~11含0量为14.7%,与规定的含 0量小于1%,安全系数显然过大. 3结语 随着我国煤气能源的普及,给工业,日常生活 及环境保护带来了巨大的利益.同时也存在着危 险,这就要求我们在煤气制取,净化,输送,使用过 程中,要牢固地树立"安全第一"的思想,采取相应 的安全保障措施,保证安全稳妥地生产,输送,供 应,使用煤气. (上接第40页) 但是当C/N升高到15以后,TN去除率趋于平稳. 参考文献 [1]吕锡武,李峰稻,森悠平,等.氨氮废水处理过程中的好氧反硝 化研究[J].给水排水,2000,26(4):17—20. [2]J.B.Holman,D.G.Wareham.CODAmmoniaandDissolvedOxygen TimePm6lesintheSimultaneousNitrifieation/Denitrification Process[J』.BiochemicalEngineeringJoumal,2005,22:125—133. [3]齐唯,李春洁,何义亮.浸没式膜生物反应器的同步硝化反硝 化效应[J].中国给水排水,2003,19(7):8—11. 14JHyungseokYO0,Kyu—HongAHN,Hyung—JibLE.NitrogenRe— movalfromSyntheticWastewaterbySimultaneousNitrificationand Denitrifieation(SND)ViaNitrationIntermittently—AeratedReactor [J]_WaterRes.,1999,33(1):145—154.