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UCT工艺的活性污泥特性及稳定性研究.pdf

UCT工艺的活性污泥特性及稳定性研究

nininini
2013-03-15 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《UCT工艺的活性污泥特性及稳定性研究pdf》,可适用于工程科技领域

UCT工艺的活性污泥特性及稳定性研究张园罗固源许晓毅(重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室重庆)摘要:通过试验考察了UCT工艺中活性污泥的特性及进水COD浓度、SRT和故障停运对其运行稳定性的影响。结果表明:UCT工艺的SVI值介于~mLg之间污泥粒径多在.~.mm的范围内属于小颗粒污泥且沉降性能良好。污泥的比硝化速率约为.mg(g·h)比厌氧释磷速率为.mg(g·h)比好氧吸磷速率为.mg(g·h)比缺氧吸磷速率为.mg(g·h)对N、P有较好的去除能力。UCT工艺的脱氮效率受SRT的影响较小但受进水COD浓度的影响较大除磷效率受进水COD浓度的影响较小具有一定的抗SRT冲击能力系统在经过h的停运后污泥沉降性、脱氮与除磷效果都有较大降低但基本在一周内就可恢复至停运前的水平。关键词:UCT工艺活性污泥特性CODSRT中图分类号:X文献标识码:A文章编号:-()--StudyonCharacteristicsofActivatedSludgeinUCTProcessandItsStabilityZHANGYuanLUOGuyuanXUXiaoyi(KeyLaboratoryofThreeGorgesReservoirRegion’sEcoEnvironment<MinistryofEducation>ChongqingUniversityChongqingChina)Abstract:ExperimentswereconductedtoinvestigatetheactivatedsludgecharacteristicsandtheeffectofinfluentCODSRTandsystemshutdownontheoperationstabilityofUniversityofCapeTown(UCT)process.TheresultsshowthatSVIofUCTprocessisbetweenmLgandmLgthesludgeparticlediameterisintherangeof.to.mmitbelongstosmallsludgeparticlesandhasagoodsettleability.TheSNRis.mg(g·h)SPRRis.mg(g·h)ASPURis.mg(g·h)NSPURis.mg(g·h)andthesludgehasagoodremovalabilityofNandP.NitrogenremovalinUCTprocessisaffectedslightlybySRTbutseriouslybyinfluentCOD.PhosphorusremovalinUCTprocessisaffectedslightlybyinfluentCODandhasacertainresistancetoSRTshockload.Afterthesystemshutdownforhthesludgesettleabilityandnitrogenandphosphorusremovalefficiencyaregreatlyreducedbutrecoveredtothelevelbeforeshutdowninlessthanaweek.Keywords:UCTprocessactivatedsludgecharacteristicsCODSRT基金项目:科技部国际合作项目(DFA)重庆市科技攻关计划项目(CSTCAA、BB)活性污泥是生物反应系统中生化反应的主体其特性直接关系到对污染物的去除效果[、]。UCT工艺[]是由南非开普敦大学在AO工艺的基础上研究开发的一种污水处理工艺其对氮、磷都有较好的去除效果[]且在缺氧反应器和好氧反应器内可分别发生明显的吸磷和同步硝化反硝化(SND)现··第卷第期年月中国给水排水CHINAWATER&WASTEWATERVol.No.Jan.象[]。笔者对UCT工艺的活性污泥特性和稳定性进行了研究。试验材料与方法试验设备与用水UCT工艺流程见图。图UCT工艺流程Fig.SchematicdiagramofUCTsystem采用螺旋升流式反应系统[](SUFR)来实现UCT工艺反应器总有效容积为L其中厌氧反应器的有效容积为L缺氧反应器的有效容积为L好氧反应器的有效容积为L。进水流量为Lh左右水力停留时间(HRT)为h污泥龄(SRT)为d好氧反应器中上部的DO为.~.mgL缺氧反应器的DO为.mgL污泥回流比为~缺氧至厌氧反应器的混合液回流比为~好氧至缺氧反应器的回流比为~。试验用水根据城市生活污水水质由校园生活污水和自来水稀释而成同时加入奶粉、葡萄糖、碳酸氢钠、磷酸二氢钾和氯化铵等营养物质。试验污水水质见表。表试验污水水质Tab.Rawwastewaterquality项目COD(mg·L-)TN(mg·L-)TP(mg·L-)pH范围~~~.~.分析方法与检测设备COD:重铬酸钾法TP:过硫酸钾消解钼锑抗分光光度法TN:过硫酸钾氧化紫外分光光度法氨氮:纳氏试剂光度法MLSS和MLVSS:重量法SV:min沉降法。试验所需设备有HP-型紫外分光光度计、YSI型溶解氧测定仪、XSZ-G型光学显微镜、高压灭菌锅、电子天平、ORP-型pH测定仪等试验药剂购于重庆东方化玻有限责任公司。结果与分析污泥特性沉降性能在UCT工艺稳定运行期间测定各反应器中活性污泥的活性及沉降性。一般认为正常的SVI值介于~mLg之间[]而各反应器的SVI值为~mLg表明活性污泥的沉降性能良好。此外各反应器的MLVSSMLSS值均在.以上表明污泥活性也较好。各反应器内的污泥大多具有相对规则的球形、椭球形外观污泥边缘与外部悬液界限清晰通过测量颗粒的长、宽再根据Sauter活性污泥粒径计算公式[]计算得到污泥的直径多在.~.mm之间属于小颗粒污泥。根据Alphenaar的研究小颗粒污泥由更多的幼龄细胞组成有更强的生命力与生物活性此外其孔隙率为~这样的结构也有利于基质的吸附和气态物质的逸出[]。比硝化速率(SNR)从缺氧反应器出口处取一定量的泥水混合液在rmin下离心min用生理盐水洗涤后再离心min重复次然后将离心后的污泥转移至L的烧杯中加入配制好的微量元素营养液以及NHCl使初始氨氮浓度为mgL并用molL的NaOH和HCl溶液调节其pH值至.左右同时进行曝气每隔.h取样分析氨氮浓度。对氨氮浓度与时间的关系进行拟合结果表明其线性关系良好(y=.-.xR=.)。测得MLVSS为mgL据此可得活性污泥的比硝化速率约为.mg(g·h)表明该污泥具有很好的硝化性能。比厌氧释磷速率(SPRR)于UCT工艺好氧反应器末端取.L混合液过滤后去除上清液并用生理盐水清洗离心次再移至锥形瓶中加入配制好的微量元素营养液和醋酸钠使初始COD>mgL然后密封瓶口使其处于厌氧状态并通过磁力搅拌保持瓶内泥水混合均匀。在.h后取样测定磷酸盐浓度以考察释磷效果。通过上述试验得到比厌氧释磷速率为.mg(g·h)污泥的厌氧释磷性能较高。在UCT工艺的日常运行中由于回流污泥进入缺氧反应器减··www.watergasheat.com张园等:UCT工艺的活性污泥特性及稳定性研究第卷第期少了厌氧反应器受回流污泥携带DO和硝态氮的影响此外由于UCT工艺厌氧反应器的水力停留时间为.~.h保证了PAOs的充分释磷从而使其释磷能力得到强化。比好氧缺氧吸磷速率将经过充分厌氧释磷的泥水混合液过滤并用生理盐水清洗离心次再移至锥形瓶中加入.L微量元素营养液并加入KHPO和NaNO使初始TP为mgL、硝酸盐氮为mgL然后密封瓶口并通入氮气以提供缺氧环境缺氧吸磷h后打开瓶口开始曝气(DO约为.mgL)进行好氧吸磷h。分别取样测定缺氧和好氧条件下的TP浓度变化和MLVSS。试验测得比好氧吸磷速率(ASPUR)为.mg(g·h)比缺氧吸磷速率(NSPUR)为.mg(g·h)。故通过计算[、]可得反硝化除磷菌占聚磷菌的比例约为.表明UCT工艺中活性污泥的反硝化除磷能力较强。稳定性分析进水COD对稳定运行的影响保持其他营养物质的浓度不变使系统进水COD分别为(~)、(~)、(~)、(~)和(~)mgL研究进水COD浓度对系统运行的影响结果见图、。图不同进水COD浓度下对氮的去除Fig.NitrogenremovalatvarietyofinfluentCOD图不同进水COD浓度下对磷的去除Fig.PhosphorusremovalatvarietyofinfluentCOD由图可知对氨氮的去除率在进水COD为~mgL时较高从整体来看对氨氮去除率的波动较TN的小但在试验期间也发现持续性的高COD浓度进水最终使TN和氨氮的去除率都大幅降低这可能是由于微生物种群发生改变硝化菌受到异养菌的抑制所致[]。此外同步硝化反硝化(SND)脱氮量占总去除量的百分比在进水COD为~mgL时可达而当COD为~mgL和~mgL时均跌至左右同时对TN的去除率也基本呈同样的变化趋势只是在较高进水COD浓度时的降幅比SND脱氮率的要小很多。较低的进水有机负荷对脱氮的影响主要是以下三个方面:①由于反硝化菌为异养菌有机物为反硝化过程提供电子故较低的进水COD浓度会抑制系统的反硝化作用②在好氧反应器内由于进水COD浓度较低污泥不得不利用内源呼吸形成的碳源进行反硝化使污泥解体破坏了发生SND的缺氧微环境所以SND脱氮率及对TN的去除率都较低③活性污泥在缺少碳源时进行内源呼吸产生了部分氮气导致沉淀池中出现污泥上浮现象也使处理效果变差。从图可以看出缺氧反硝化吸磷量随着进水COD浓度的升高呈先增大后减小趋势在进水COD为~mgL时达到最大。当进水COD>~mgL时缺氧反应器内的COD浓度普遍升至mgL以上外碳源浓度较高的情况下会优先支持反硝化脱氮[]。但在试验的COD浓度范围之内缺氧反应器都有一定程度的吸磷作用这表明缺氧段的反硝化吸磷作用有一定的抗COD冲击能力。此外厌氧释磷量和好氧吸磷量都随着进水COD浓度的升高而增加在进水COD>mgL后对TP的去除率普遍高于。可见UCT工艺的除磷效果受进水COD浓度的影响较小。SRT对稳定运行的影响在SRT分别为、、、d及不排泥(记作∞)的条件下系统的脱氮除磷效果如图、所示。由图可以看出对TN的去除率基本随着SRT的延长而呈现缓慢增长的趋势同时对氨氮的去除率和SND脱氮率也随之增长。这是由于较长的SRT有利于世代周期长的硝化菌的增殖[]因此强化了系统的硝化及SND作用。但这种增长在SRT>d后明显减弱甚至有小幅下降分析原因可··第卷第期中国给水排水www.watergasheat.com书书书能是在较长的SRT下污泥老化严重导致沉降性变差使得回流污泥浓度偏低。图不同SRT时的脱氮效果Fig.NitrogenremovalatvarietyofSRT图不同SRT时的除磷效果Fig.PhosphorusremovalatvarietyofSRT由图可知随着SRT的延长缺氧反硝化吸磷量有所下降原因是较长的泥龄会导致糖原累积进而促进非聚磷微生物的增长同时污泥趋于老化自身的氧化又使体内的磷释放到水中。此外随着SRT的延长厌氧释磷量和好氧吸磷量及对TP的去除率也都有所下降。但对TP的去除率在不排泥的条件下仍然可以达到以上这说明UCT工艺的除磷效果对SRT的变化有一定的抗冲击能力同时也和UCT工艺的污泥产率较低有关。此外还考察了系统长期在SRT为d情况下运行时的处理效果结果发现一周后各反应器内的MLSS普遍降低至mgL以下好氧反应器的MLSS仅有mgL左右对TP的去除率也降低到约。由于UCT工艺的污泥产率不高长期在较低SRT下运行会使系统内的活性污泥量急剧降低进而导致处理效果下降。突发故障对稳定运行的影响在试验期间有数次因水泵检修或装置故障等原因而将系统短期停运此间微生物依靠内源呼吸存活。为此利用一次维修水泵的机会将系统停运约h考察再次运行后系统的恢复能力。系统开始运行之后各营养物质的进水浓度保持与停运之前相同。在刚开始的h内在同样曝气量的情况下好氧反应器内的DO浓度最高为.mgL左右并不能达到停运之前的水平。当加大曝气量后好氧反应器内的紊流加强对活性污泥絮体的冲击较大因此依旧维持原来的曝气量。此外由于停运期间部分颗粒污泥因内源呼吸而解体系统内MLSS较低为使其尽快恢复在恢复运行后的h内适当减少排泥量。经过h的停运之后活性污泥的活性下降较大而MLSS也跌至mgL左右在启动之后的第天活性污泥的浓度就有较大幅度的提高SVI值也从开始的.mLg增加至.mLg第~天污泥浓度和SVI值分别逐渐稳定至mgL和mLg左右此时污泥的活性和沉降性基本都恢复到之前的水平。镜检发现活性污泥絮体在恢复运行前结构松散且较小而在第天絮体大小就已基本恢复至之前的水平。在恢复运行初期对氨氮和TN的去除率都较低SND脱氮率只有左右且对TN和氨氮去除率的波动幅度较大而在运行d后SND脱氮率达到.与停运之前相比仍较低可见停运对去除氮的影响较大。恢复运行之后系统对TP的去除率较低在第天时恢复到.。可见系统停运对聚磷菌的活性有一定影响此外好氧反应器内DO浓度的恢复较为缓慢也影响到对TP去除能力的恢复。结论①UCT工艺的SVI为~mLg活性污泥的沉降性能良好污泥粒径多在.~.mm之间属于小颗粒污泥。活性污泥的比硝化速率约为.mg(g·h)比厌氧释磷速率为.mg(g·h)比好氧吸磷速率为.mg(g·h)比缺氧吸磷速率为.mg(g·h)对氮、磷有较好的去除能力。②在进水COD持续较高时UCT工艺的脱氮效果将大幅度下降当COD为~mgL时效率最高。较长的SRT有利于硝化菌的增殖而使SND和脱氮效果都有所加强但当SRT>d后污泥老化严重且沉降性变差使脱氮效率有所下降。③UCT工艺的除磷效果受进水COD浓度的影响较小且有一定的耐SRT冲击能力但长期在··www.watergasheat.com张园等:UCT工艺的活性污泥特性及稳定性研究第卷第期较低SRT下运行会使活性污泥量急剧降低导致处理效果下降。④UCT工艺在经过h的停运之后恢复运行脱氮效率下降较多同时SND脱氮率也大幅下降但经过将近一周的恢复脱氮率能基本达到停运前的水平。另外停运对聚磷菌的活性和好氧反应器内DO的恢复也有影响这些都使对TP的去除率有所下降但运行至第天时对TP的去除率也基本恢复到停运前的水平。参考文献:[]SchwarzenbeckNBorgesJMWildererPA.Treatmentofdairyeffluentsinanaerobicgranularsludgesequencingbatchreactor[J].ApplMicrobiolBiotechnol():-.[]李志华张勇王晓昌.不同有机负荷和含盐量下丝状菌颗粒污泥的特性[J].中国给水排水():-.[]罗固源.水污染控制工程[M].北京:高等教育出版社.[]豆俊峰罗固源罗富金.新型反应器(SUFR)去除城市污水中氮和磷的试验研究[J].上海环境科学():-.[]豆俊峰罗固源季铁军.SUFR脱氮除磷系统中反硝化聚磷菌的性能研究[J].水处理技术():-.[]罗固源豆俊峰.螺旋升流式反应器脱氮除磷效果及其特性研究[J].环境科学学报():-.[]徐亚同史家樑张明.污染控制微生物工程[M].北京:化学工业出版社.[]曾国敏马邕文.常温下IC反应器启动过程中的颗粒污泥性能研究[J].环境工程学报():-.[]AlphenaarA.Thecharacterizationofanaerobicgranularsludge[J].ApplMicrobiolBiotechnol():-.[]WachtmeisterAKubaTVanLoosdrechtMCMetal.Asludgecharacterizationassayforaerobicanddenitrifyingphosphorusremovingsludge[J].WaterRes():-.[]MeinholdJFilipeCDMDaiggerGTetal.Characterizationofthedenitrifyingfractionofphosphateaccumulatingorganismsinbiologicalphosphateremoval[J].WaterSciTechnol():-.[]侯红娟王洪洋周琪.进水COD浓度及CN值对脱氮效果的影响[J].中国给水排水():-.[]郝晓地戴吉兰荔等.控制BNR工艺好氧、反硝化除磷效果因素实验研究[J].环境科学学报():-.[]徐伟锋顾国维陈银广.SRT对AO工艺脱氮除磷的影响[J].水处理技术():-.作者简介:张园(-)女山东平阴人博士研究生研究方向为水污染控制理论与技术。电话:E-mail:windy.com收稿日期:櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵--(上接第页)[]高大文彭永臻郑庆柱.SBR工艺中短程硝化反硝化的过程控制[J].中国给水排水():-.[]周少奇周吉林范家明.同时硝化反硝化生物脱氮技术研究进展[J].环境技术():-.[]HeSBXueGWangBZ.Factorsaffectingsimultaneousnitrificationanddenitrification(SND)anditskineticsmodelinmembranebioreactor[J].JHazardMater(-):-.[]叶建锋.废水生物脱氮处理新技术[M].北京:化学工业出版社.[]VadiveluVMKellerJYuanZG.EffectoffreeammoniaontherespirationandgrowthprocessesofanenrichedNitrobacterculture[J].WaterRes():-.作者简介:王燕(-)女北京人硕士研究生研究方向为高氨氮垃圾渗滤液的生物处理技术研究与应用。电话:()E-mail:wangyanemails.bjut.edu.cn通讯作者:王淑莹收稿日期:--··第卷第期中国给水排水www.watergasheat.com

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