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一体化间歇曝气多级生物膜反应器处理低温、低浓污水

第23卷第7期2007年4月

中国给水排水

CHINAWATER&WASTEWATER

V01.23No.7

Apr.2007

—体化间歇曝气多级生物膜反应器处理低温√氐浓污水

周健,林明波,龙腾锐,姜文超,王国冬

(重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400045)

摘要:采用新型一体化间歇曝气多级生物膜反应器处理低浓度小城镇污水,重点考察了冬季低温(5~8℃)对反应器处理效能的影响,以及采用分级间歇曝气方式能否解决连续流生物膜反应器除磷效能低的问题。试验结果表明:在水温为5~8℃、有机负荷为0.5kgCOD/(m3?d)、氮负荷为0.12kgN/(m3?d)、DO为6.0mg/L、HRT为6.0h、挂膜密度为30%,以及第一、二级生物膜反应区的停曝与曝气时间比均为1.011/2.0h的条件下,处理平均COD为120mg/L、TN为30mg/L、NH[一N为27mg/L、POi一一P为1.9mg/L的低浓度城镇污水,可使出水COD≤35mg/L,NtV—N≤3.31TIIg/L,TN≤19mg/L,POi一一P≤o.8mg/L,达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918--2002)的一级B标准。

关键词:低浓度城镇污水;多级生物膜反应器;间歇曝气;低温;脱氮除磷

中图分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:1000—4602(2007)07—0040—04

PerformanceofIntegrativeIntermittentlyAeratedMultistageBiofilm

ReactorforLow?-concentrationandLow--temperatureWastewater

Treatment

ZHOUJian,LINMing—bo,LONGTeng—mi,J1ANGWen—chao,WANGGuo—dong(MOEKeyLaboratoryofThreeGorgesReservoirRegion’SEco-Environment,Chongqing

University,Chongqing400045,China)

Abstract:Aninnovativeintegrativeintermittentlyaeratedmultistagebiofilmreactorfortreatmentoflow—concentrationwastewaterinsmallcitiesandtownswasstudiedwithemphasisontheinfluenceof

low

temperatureof5℃to8℃inwinterontheperformanceofthisreactor.Onthesametime.theprob—lemoflowphosphorusremovalefficiencywithcontinuousflowbiofilmreactorwassolvedbymultistagein-termittentaerationmode.Theresultsindicatethatundertheconditionsthatwatertemperatureis5℃to8℃,organicloadingis0.5kgCOD/(m3?d),nitrogenloadingis0.12kgN/(m3?d),DOis6.0mg/L,HRTis6。0h,bioflmdensityis30%andtheratioofaerationtimetopausetimeforthefrstandsecondstagebiofilmreactorsis1.0h/2.0h,thelowconcentrationinfluentwith120mg/LCOD,30mg/LTN,27mg/LNH4+一Nand1.9mg/LPOi一一PcanbedegradedtoCOD≤35mg/L,NH4+一N≤3.3mg/L,TN≤19mg/L,POj一一P≤o.8mg/L,whichcanmeettheI-gcriteriaspecifiedintheD/s—charge

StandardofPollutantsforMunicipalWastewaterTreatmentPlant(GB18918—2002).Keywords:low—concentrationmunicipalwastewater;multistagebiofilmreactor;intermittentaeration;lowtemperature;nitrogenandphosphorusremoval

基金项目:“十五”国家科技攻关课题(2003BA808A17—02—02)

周健,等:一体化间歇曝气多级生物膜反应器处理低温、低浓污水第23卷第7期

当采用生物膜工艺处理低浓度小城镇污水时,冬季低温下的脱氮成为难点。同时,对于生物膜工艺,无论是按A/O模式还是按A2/O模式运行,由于是在空问上创造厌氧、缺氧或好氧的环境,微生物只能持续地处于厌氧、缺氧或好氧的单一状态,而不能处于厌氧、缺氧或好氧交替的状态,不充分具备生物除磷的条件。目前,对于生物膜反应器除磷的报道,仅限于间歇流序批式生物膜反应器。1、2J,尚未见连续流生物膜反应器除磷的报道。

笔者研发了一种新型一体化问歇曝气多级生物膜反应器,该反应器采用连续流,由三级生物膜反应区、沉淀区和消毒区组成,各反应区内设半软性组合填料,第一级、第二级生物膜反应区采用问歇曝气方式运行。

1试验装置及方法

1.1试验装置

试验装置如图1所示。

a.平面图

241451561613817

20191l18181920

b.立面图

1.池体2.进水管3.出水管4、5、6.反应区7.过渡区

8.沉淀区9.消毒区10.填料11.曝气装置12.斜板

13.隔板14、15.出水管16.出水孔17.出水管

18.泥斗19.排泥管20.闸阀21.出水阀门

图1试验装置

Fig.1

Schematicdiagramofexperimentalequipment反应器由塑料制成,容积为1m3,采用曝气机通过砂头充氧,由时间控制器控制间歇曝气的时间。1.2试验水质

试验采用校区生活污水模拟低浓度小城镇污水,其水质见表1。

表1试验水质

Tab.1Qualityofinfluentinreactor

mg?L项目CODNH4+一NTNp。3一一P

范围90~16323~2927~351.1~3.6

均值12027301.91.3试验方法

1.3.1反应器的脱氮效能研究

反应器采用连续进、出水和连续曝气方式运行,挂膜密度为30%,DO为6.0mg/L,采用3组反应器进行平行试验,考察有机负荷分别为1.0、0.7、0.5kgCOD/(m3?d),对应的氮负荷为0.27、0.18、0.12kgN/(m3?d)时反应器的脱氮效能,待反应器运行稳定后,取样测定COD、NH4一N、POi一一P及TN等指标。

1.3.2反应器的除磷效能研究

采用2个反应器进行平行对比试验,其中反应器1用作对比,反应器2的第一级、第二级生物膜反应区采用问歇曝气的方式,以便在时问上形成厌氧、好氧的交替,使其具备生物除磷的条件,停、曝气时问比为1h/2h,每周期为3h,第三级生物膜反应区采用连续曝气;同时,考察排泥对除磷效能的影响。试验工况参数见表2。待反应器运行稳定后,分别取样测定COD、NH4一N、Poi一一P及TN等指标。

表2除磷试验工况参数

Tab.2Controlparametersinbiologicalphosphorus

removalexperiment

有机负荷/DO/

HRT/

项目(kgCOD?(mg?

排泥曝气方式m~.d一1、L1

反应器10.56.O6.0否连续曝气反应器20.56。O6.0是间歇曝气2试验结果及讨论

2.1冬季脱氮效能

试验过程中对COD、NH4一N及TN的去除效果如图2~4所示。

由图2~4可知,有机负荷为1.0kgCOD/(m3?d)时,反应器出水COD、NH;一N及TN分别为40、13.5和26.3mg/L,对COD、NH;一N及TN的去除

第23卷第7期中国给水排水

率分别为69.8%、55.4%和15.1%,出水COD及

NH4+一N达到了《城镇污水处理厂污染物排放标

准》(GB18918_2002)的一级B标准,但TN未能达

标;当有机负荷为0.7kgCOD/(m3?d)时,出水

COD、NH4+一N、TN分别为35、8.4和23.4mg/L,对

COD、NH;一N及TN的去除率分别为70.3%、

68.4%和26.6%,TN仍未能达标;当有机负荷为

0.5kgCOD/(m3?d)时,出水COD、NH4+一N及TN

分别为35、3.3和19mg/L,去除率分别为71.1%、

88.4%及37.1%,达到了GB18918--2002的一级B

标准。

图2对COD的去除效果

Fig.2

Effect0fCODi℃inoys.1

图3对NH;一N的去除效果

Fig.3EffectofNH4+一Nremoval

图4对TN的去除效果

Fig.4EffectofTN1.emoval

反应器沿程的TN浓度逐渐降低,同步硝化反

硝化效果显著,这是由于在反应器内的生物膜中构

建了良好的微环境,生物膜中同时存在硝化菌和反

硝化菌,使其具备了同步硝化反硝化能力,从而使总

氮浓度沿流程逐渐降低。在第二级生物膜反应区

内,对TN的去除速率沿流程逐渐降低,而硝化速率

逐渐增加,分析原因是:COD/TN值仅为2左右,可

供反硝化利用的碳源不足;有机物浓度较低,使自养

硝化菌占优势,因而表现出较高的硝化速率,硝化能

力强。

综上所述,当有机负荷由1.0kgCOD/(m3?d)

减小至0.5kgCOD/(m3?d)时,反应器对NH4+一N

的去除率由55.4%提高至88.4%,增加了33%;对

TN的去除率由15.1%提高至37.1%,增加了22%。

经分析原因是:反应器负荷的降低有利于自养硝化

菌生长,硝化效能增强;在温度及硝化和反硝化速率

一定的条件下,反应器对污染物的去除能力恒定,氮

负荷越低则出水NH4+一N及TN浓度越低。

2.2冬季除磷效能

冬季的除磷效果见表3。

表3生物强化除磷效果

Tab.3Resultsofenhancedbi0109icalPremovalexperiment

项目CODNH4+一NPO:一一PTN

进杉(mg?L。)12128.31.630.2

反一级出7JG/(mg?L。1)5022.21.427.4

二级出杉(mg?L。1)4211.41.322.4

1三级出杉(mg?L‘1)353.31.219.0

总去除率/%71.188.325.037.1

进杉(mg?L。1)12327.41.829.4

反一级出彬(mg?L。1)6623.91.327.1

二级出杉(mg?L。)4811.61.021.4

2三级出杉(mg?L。)353.30.819.0

总去除率/%71.588.055.635.4

由表3可知,在试验条件下,采用间歇曝气和排

泥方式运行的反应器2对COD、NH4+一N、TN及

POi一一P的去除率分别为71.5%、88.o%、35.4%

及55.6%,相应的出水浓度均达到了一级B标准:

而对于采用连续曝气和不排泥方式运行的反应器

1,出水COD、NH4+一N、TN及POj一一P浓度分别为

35、3.3、19.0和1.2mg/L,去除率分别为71.1%、

88.3%、37.1%和25.o%,出水POi一一P浓度未能

达到一级B标准。可见,在上述两种运行方式下,

对COD、NH4+一N和TN的去除率相差不大,但对磷

周健,等:一体化间歇曝气多级生物膜反应器处理低温、低浓污水第23卷第7期

的去除率提高了约31%,即通过强化生物除磷,使反应器的除磷效能得到了较大的提高,分析原因是:对生物膜反应器的第一级、第二级分别采用间歇曝气的方式运行,为聚磷菌的吸磷和释磷创造了条件;通过排放脱落的生物膜将磷及时排出了系统,经测定反应器的污泥产率为0.195gMLSS/(gCOD?d),排除的脱落生物膜量为6.1g/a。

由表3还可知,间歇曝气和排泥对硝化过程无显著影响。分析认为,虽然反应器采用间歇曝气的方式运行,但反应器中的DO浓度高达6.0mg/L,这扩大了生物膜的好氧硝化区域,强化了硝化效能;另一方面,反应器内的生物膜较厚实,微生物浓度高(经测定,三级反应器中的平均微生物浓度高达12.2∥L),因而排泥对反应器硝化性能的影响也较小。

3结论

①在水温为5~8℃、有机负荷为0.5kgCOD/(m3?d)、氮负荷为0.12kgN/(m3?d)、DO为6.0mg/L、HRT为6.0h、挂膜密度为30%,以及第一、二级生物膜反应器停、曝气时间比均为1.0h/2.0h的条件下,处理平均COD、NH4+一N、TN、POi一一P分别为120、27、30、1.9mg/L的低浓度城镇污水,可使出水COD≤35mg/L,NH4+一N≤3.3mg/L,TN≤19.0mg/L,POi一一P≤o.8mg/L,达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级B标准。

②通过问歇曝气及排泥控制,强化了连续流生物膜反应器的除磷效果,与连续曝气相比对磷的去除率提高了约31%,解决了连续流生物膜反应器除磷效率较低的问题。

参考文献:

[1]李军,王宝贞,聂梅生.淹没序批式生物膜法除磷工艺特性研究[J].中国给水排水,2001,17(7):1—4.[2]ElisabethVMunch.Simultaneousnitrificationanddeni—trificationinbenchscalesequencingbatchreactor[J].

WaterRes,1996.30(2):277—284.

作者简介:周健(1964一),女,江苏常州人,博

士,教授,研究方向为水污染控制。

电话:(023)66357572

E—mail:zhoujiantt@126.corn

收稿日期:2006—10—20

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一体化间歇曝气多级生物膜反应器处理低温、低浓污水

作者:周健, 林明波, 龙腾锐, 姜文超, 王国冬, ZHOU Jian, LIN Ming-bo, LONG Teng-rui, JIANG Wen-chao, WANG Guo-dong

作者单位:重庆大学,三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆,400045

刊名:

中国给水排水

英文刊名:CHINA WATER & WASTEWATER

年,卷(期):2007,23(7)

引用次数:2次

参考文献(2条)

1.李军.王宝贞.聂梅生淹没序批式生物膜法除磷工艺特性研究[期刊论文]-中国给水排水 2001(07)

2.Elisabeth V Munch Simultaneous nitrification and denitrification in bench scale sequencing batch reactor 1996(02)

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论文以开发高效、低能耗的小城镇低浓度污水处理技术为目标,针对低浓度污水水质特征,研制出连续流多级生物膜反应器,在反应器中构建了微生物同时硝化反硝化环境,大大简化缩短了脱氮工艺流程,并获得了高效同时硝化反硝化的关键参数及控制条件。通过间歇曝气和及时排泥强化提高了生物膜反应器的生物除磷的效能;并采用生物除磷和填料物化除磷相结合,保证了冬季低温除磷的稳定性。通过对有机负荷(OLR)、氮负荷(NLR)、进水方式、DO、温度等因素对反应器脱氮效能的影响研究,确定了反应器处理低浓度小城镇污水的工况参数,特别是在冬季低温条件下适宜的运行工况参数。与同类生物膜工艺相比,反应器具有效能高、投资运行成本低、管理简便的特征。研究得出如下主要结论:

① 负荷影响试验表明:反应器在25℃,有机负荷Nv≤1.44kgCOD/(m3?d),氮负荷≤0.36 kgN/(m3?d),DO=4.0mg/L,HRT=2.0小时,挂膜密度为30%时,可使进水COD浓度为120mg/L,NH4+-N为27 mg/L,TN为30.0 mg/L的低浓度小城镇污水,出水COD为17~34 mg/L,NH4+-N为0.6~6.4mg/L,TN为10.8~19.2mg/L,NH4+-N去除率为73.3%~97.8%,TN去除率为31.4%~67.1%,达到一级排放标准,反应器具有较强的同时硝化反硝化能力。比同类反应器脱氮效能提高30%。

② 进水方式影响试验表明,当有机负荷Nv≤0.36 kgCOD/(m3?d),氮负荷≤0.09 kgN/(m3?d)时,生物膜反应器进水宜采用分点进水方式,可提高碳源的利用率。

③ DO影响试验表明:反应器DO最佳范围为4.0 mg/L~6mg/L,不同负荷及温度对应的最佳DO不同。

④ 冬季脱氮试验表明:生物膜反应器在冬季(5~8℃)低温条件下,当有机负荷0.48 kgCOD/(m3?d),氮负荷

0.12kgN/(m3?d),DO=6.0mg/L,HRT=6.0小时,可使进水COD浓度为120mg/L,NH4+-N为27 mg/L,TN为30.0 mg/L的低浓度城镇污水,出水

COD≤35mg/L,NH4+-N≤3.3mg/L,TN≤19mg/L,达到一级排放标准。

⑤ 除磷试验表明:通过间歇曝气及排泥,强化了连续流生物膜反应器的除磷效果,与连续曝气时相比磷去除率提高25%,改善了连续流生物膜反应器除磷效率较低的问题。

⑥ 在冬季(t=5~8℃),采用“多级生物膜反应器+填料层”组合工艺的较佳工况为:进水有机负荷0.48kgCOD/(m3?d),氮负荷

0.12kgN/(m3?d),DO=6.0mg/L,第一、二级反应器间歇曝气(每级A/O时间比为1.0h/2.0h、好氧时DO=6.0mg/L),第三级反应器连续曝气,HRT=6.5小时(其中生物膜反应器HRT=6.0h,填料层HRT=0.5h),以及及时排出脱落生物膜的方式,出水COD、NH4+-N、TN 、PO43- -P浓度分别为38mg/L、3.2

mg/L、18.8 mg/L、0.7 mg/L,其去除率分别为69.1%、88.3%、36.1%及61.1%,均能达到有关排放标准。

研究结果,将为低浓度小城镇污水处理的工程实践提供新途径,具有广阔的应用前景。

引证文献(2条)

1.王胜智.张平低温污水强化处理工艺研究[期刊论文]-环境科学与管理 2008(9)

2.邹平.陈良才.魏宏斌.王志海.贾志宇悬浮填料活性污泥法处理低温地区综合污水[期刊论文]-中国给水排水2008(12)

本文链接:https://www.doczj.com/doc/1a12001093.html,/Periodical_zgjsps200707010.aspx

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