阶段时间对CMICAO工艺低温运行特性的影响

2019-09-19 版权声明 举报文章

摘 要:研究了低温下多点交替进水阶式A2/O(CMICAO)工艺阶段运行时间对污染物去除率的影响,探讨了DO、ORP以及pH状态参数与污染物去除率之间的关系。结果表明,水温8~10 ℃,泥龄13 d,水力停留时间16 h,污泥浓度2 680~3 560 mg/L,污泥回流比30%,阶段1至6的运行时间为3、2.5、2、3、2.5、2 h时,工艺出水TN、氨氮、NO3--N和TP浓度的平均值分别为10.1、11、74和08 mg/L。硝化反应结束时,pH由下降转为上升,ORP上升趋于平缓,DO上升趋缓;反硝化结束时,ORP曲线明显跌落,pH由上升趋于平缓并略有下降;释磷结束后ORP曲线由下降趋于平缓。降低前好氧池DO浓度,有助于同步硝化反硝化作用的发生,从而提高脱氮效率,节省能耗。

关键词:多点交替进水阶式A2/O (CMICAO)工艺;硝化;反硝化;污水处理

中图分类号:X703.1 文献标志码:A

文章编号:16744764(2013)02011806

多点交替进水阶式A2/O工艺(Commutative multiinfluent cascade A2/O,CMICAO)是东南大学借鉴UNITANK与A2/O工艺的优点,基于传统的生物硝化反硝化脱氮、好氧吸磷、厌氧释磷原理,应用同步硝化反硝化、反硝化除磷等氮磷去除技术,研发的新型生活污水活性污泥脱氮除磷工艺[12]。该工艺在常温下的除磷率和脱氮率分别达到90%和74%以上[1],但实际进水水质波动较大,在低温下未实现高效脱氮除磷。

朱光灿,等:阶段时间对CMICAO工艺低温运行特性的影响

pH、ORP(OxidationReduction Potential)、DO(Dissolved Oxygen)以及OUR(Oxygen Uptake Rate)等控制参数通常用于营养物的生物去除过程[3]。通过监测这些控制参数,可以确定硝化和反硝化过程的终点[49]。Wang等[10]报道ORP、pH及DO的变化与营养污染物中的动力学变化有极好的相关性,因此可采用实时控制技术根据进水水质和反应进程进行自动调整,实现工艺的优化运行。

CMICAO工艺的各反应池从阶段1至阶段6执行不同功能[1],氮磷去除效果受阶段运行时间变化的影响较大,笔者研究低温下阶段运行时间的优化设置,探讨各阶段各反应池水质变化与pH、ORP、DO等状态参数的相关性,寻找各阶段反应始末对应的环境变量特征点,提出适合本工艺的优化控制策略,实现有效脱氮除磷。

1 实验材料与方法

1.1 实验用水与装置

试验用水取自常州市清潭污水处理厂进水集水井,COD、TN、氨氮和TP浓度分别为163.2~382.7、34.0~57.9、25.2~42.1和2.6~4.8 mg/L。

试验装置如图1,5个反应池容积均为47 L。装置运行由PLC控制,分上下2个对称的半周期,分别由阶段1至3和阶段4至6组成[1]。

1.2 实验方法

实验条件:水温8~10℃,水力停留时间16 h,泥龄13 d,气水比24,污泥浓度2 680~3 560 mg/L,污泥回流比30%。采用所设置的阶段运行时间(见表1),研究其对污染物去除率的影响,以及水质参数变化与状态参数变化的相关关系。每次调整实验方案,待系统运行稳定后,每隔30 min取各池混合液,用0.45 μm滤膜过滤后测定TN、氨氮、NO3--N和TP,分析水质随阶段1运行时间的变化,并记录各池DO、ORP、pH的变化。

1.3 分析方法

分析项目有COD、BOD5、TN、TP、氨氮、NO3--N、NO2--N、MLSS,采用国家标准分析法测定[11];DO 采用便携式溶氧仪(DO24P, DKKTOA Co., Japan)测定,ORP、pH采用便携式pH、ORP测量仪(HM21P, DKKTOA Co., Japan)测定。

2 结果与分析

2.1 阶段1和阶段4运行时间优化

1#池在阶段1进水、缺氧反硝化。如图2(a)所示,由于初始DO浓度高,发生硝化作用,氨氮上升较慢。当DO降到0.5 mg/L以下,氨氮上升趋势快于TN,且NO3--N浓度急剧下降,反硝化作用明显,并产生碱度,硝态氮被还原为氮气,pH曲线缓慢上升;反硝化结束时,NO3--N与pH变化趋于平稳,同时ORP明显跌落。由1#池阶段1运行曲线可知,1#池完成反硝化功能适宜的运行时间为150~180 min。

2#池在阶段1进水、厌氧释磷。如图2(b)所示,2#池进入阶段1后,DO始终为0,ORP下降并保持在-100 mV以下,释磷过程中ATP在有关酶的催化下水解生成ADP,放出H3PO4和能量。阶段末TP浓度稳定在6 mg/L左右,释磷结束,ORP曲线下降趋缓。由2#池阶段1运行曲线可知,2#池完成释磷功能较为适宜的运行时间为120~150 min。

3#池在阶段1的功能是好氧硝化及去除有机物。如图2(c)所示,在起始60 min内TN下降,氨氮也快速下降,发生同步硝化反硝化过程[1214]。之后由于2#池进水流入3#池,TN逐渐回升。但120 min后2#池TN、氨氮浓度仍不断提高,而3#池氮的3项指标基本保持稳定,说明阶段1后期进入的氮基本是通过同步硝化反硝化作用去除的。100 min左右NO3--N曲线上升趋缓,TP曲线下降趋缓,硝化和吸磷结束,pH曲线由下降转为逐渐上升,同时ORP和DO由上升趋于平稳。若以3#池完成硝化和吸磷为标准,阶段1的运行时间为90~120 min。

4#池在阶段1功能是进一步缺氧反硝化。DO为0.5 mg/L左右时,4#池硝化作用很弱,故4#池TN和氨氮浓度的同时降低主要是由于3#池推流进水的稀释作用,而非同步硝化反硝化作用。由于3#池推流进水中NO3--N 浓度后期稳定在6 mg/L以上,且回流污泥带入大量NO3--N,而4#池中NO3--N 浓度变化很小,故4#池中存在较强的反硝化作用。4#池ORP在阶段一持续稳定下降,缺氧条件较好。

综合考虑阶段1各池功能,并附加30 min左右的保护时间应对水质变化,在试验水质条件下,阶段1、阶段4较为适宜的阶段运行时间为3 h。

2.2 阶段2和阶段5运行时间优化

1#池在阶段2的功能为进水、厌氧释磷。如图3(a),DO保持为0,厌氧环境好,120 min TP曲线上升趋缓,基本完成释磷,ORP曲线由下降转为平缓,可作为释磷完成的标志。若以1#池释磷结束为功能完成标志,阶段2的时间应为120~150 min。

2#池在阶段2的功能为好氧硝化、去除有机物。在120 min前氨氮和TN浓度均迅速下降,如图3(b),且2#池中无TN积累,说明DO较高时仍可去除部分TN。故本工艺发生的同步硝化反硝化作用一方面可能是由于DO浓度低,导致污泥絮体内产生DO梯度,形成好氧缺氧微环境,在絮体外缘进行好氧硝化反应,同时在絮体内部进行缺氧反硝化反应[1516],另一方面也可能存在好氧反硝化菌[17]。120 min NO3--N上升趋缓,硝化基本完成。由于硝化作用时氨氮被氧化,并消耗碱度和DO,故硝化结束时,ORP和DO曲线由上升趋于平缓,pH也由下降转为缓慢上升。从2#池完成硝化的功能来看,阶段2的阶段时间应在120 min以上。

3#池在阶段2的功能是进水、缺氧反硝化。如图3(c)所示,由于上一阶段3#池好氧,阶段2初期池中DO较高,在起始30 min氨氮上升较慢,NO3--N浓度基本没有降低,故发生硝化作用。随着DO下降,硝化现象减弱,反硝化逐渐增强,大量NO3--N被还原为氮气,并产生碱度。120 min后NO3--N浓度基本不变,反硝化完成,ORP曲线明显跌落,pH曲线开始下降。若以3#池完成反硝化为阶段结束标志,则阶段2时间应在120 min以上。

4#池在阶段2的功能是厌氧释磷。由于有机物浓度很低,故释磷现象不明显。但在前90 min,氨氮和TN浓度均下降,而NO3--N浓度无明显上升,故存在同步硝化反硝化。当DO降至0,TN和氨氮浓度开始因3#池推流进水而缓慢回升。150 min TP上升趋缓,释磷结束,ORP和pH下降趋缓。若以4#池完成释磷为标志,则阶段2时间应在150 min左右。

综合考虑阶段2各池功能的要求,并附加30 min左右的保护时间应对水质变化,在试验水质条件下,阶段2、阶段5较为合适的阶段时间为2.5 h。

2.3 阶段3和阶段6运行时间优化

阶段3为过渡阶段,主要作用是使各池顺利转换到下半周期,并使1#池达到出水前池的状态和水质要求,为向阶段4转换做准备。

1#池在阶段4为出水前池,须在阶段3使水质指标和状态参数达到出水前池的要求。如图4(a),

由于1#池在此阶段不进水,通过曝气,氨氮、TP浓度迅速下降,TN也明显下降,说明出现同步硝化反硝化作用。各污染物指标在90~120 min趋于平缓,TN、氨氮、NO3--N、TP浓度分别与5#池各污染物浓度十分相近,故可转换为出水前池。90 min后NO3--N曲线上升趋缓,硝化基本结束,pH由下降转为平缓上升;DO和ORP达到了作为出水前池的标准,因此阶段3的阶段时间应大于90 min。

2#池在阶段3功能为进水缺氧反硝化。由于上一阶段2#曝气和本阶段1#池好氧,且回流污泥带入高DO的混合液,使得前60 min 2#池硝化作用较明显,如图4(b)。当DO降到0.5 mg/L 时,NO3--N下降速度增大,120 min后反硝化基本结束,ORP曲线突然跌落。2#池在本阶段主要是为了向下半周期转变,仅需要达到缺氧状态,故阶段时间控制在90~120 min左右。

3#池在阶段3的功能为厌氧释磷。如图4(c)所示,2#池推流进水中TN和NO3--N浓度高于3#池,但3#池氮的各指标浓度变化不大,故3#池中存在反硝化现象。由于上一阶段为进水池,积累的有机物对释磷较有利,但因池内仍有残余DO,故TP在60 min后才明显上升,120 min后基本完成释磷,ORP曲线由稳定下降趋于平缓,pH曲线缓慢下降。3#池在本阶段主要是为了向下半周期转变,仅需要达到厌氧状态,故阶段时间控制在90 min以上。

4#池在阶段3功能为厌氧释磷。但由于本阶段仅从2#池进水,4#池所能获得的有机物极少,故反硝化、释磷的作用在本阶段中均没有体现。各状态参数也基本处于平稳状态,无较大波动。但可顺利向阶段4的厌氧进水转变。

综合考虑阶段3各池向阶段4状态转换的要求,并附加30 min左右的保护时间应对水质变化,在试验水质条件下,阶段3、阶段6较为合适的阶段时间为2 h。

2.4 5#池在阶段1~3的水质变化

5#池在阶段1~3是沉淀池前的最后一个反应池,功能为好氧吸磷及进一步降解有机物。由图5知,在阶段1运行时间为3 h时,TN、氨氮、NO3--N、TP浓度分别为10.2、1.7、7.6、0.7 mg/L;阶段2运行时间为2.5 h时,TN、氨氮、NO3--N、TP浓度分别为10.0、1.4、7.6、08 mg/L;阶段3运行时间为2 h时,TN、氨氮、NO3--N、TP浓度分别为101、11、7.4、0.8mg/L。在上半周期内,5#池出水水质稳定,并且池内ORP、DO分别保持在120 mV和6 mg/L以上,沉淀池在不搅动情况下基本不释磷,保障出水水质。

3 结 论

1)水温8~10℃,在水力停留时间16 h、泥龄13 d、气水比24、污泥浓度2 680~3 560 mg/L、污泥回流比30%时,阶段1至阶段6的适宜运行时间为3、2.5、2、3、2.5和2 h。进水COD浓度163.2~382.7 mg/L、TN浓度34.0~57.9 mg/L、氨氮浓度25.2~42.1 mg/L、TP浓度2.6~4.8 mg/L,出水TN、氨氮、NO3--N和TP浓度的分别为10.1、11、7.4和0.8 mg/L左右。

2)装置中各池反应过程与状态参数相关性较好。硝化反应需要消耗碱度以及DO,反应结束时,pH由下降转为上升,ORP上升趋于平缓,DO上升到阶段内的第2个平台期。反硝化产生碱度,反应结束时,pH由上升趋于平缓并略有下降,ORP曲线明显跌落。释磷作用一般在ORP低于-100 mV时出现,释磷结束时ORP曲线由下降趋于平缓。故可根据状态参数的变化对本工艺进行阶段运行时间的优化控制,以达到更高的脱氮除磷效率。

3)降低前好氧池DO浓度,有助于同步硝化反硝化作用的发生,提高脱氮效率,并节省曝气能耗以及减小反应池所需容积。

参考文献:

[1]窦月芹, 吕锡武,徐洪斌. 六箱一体式反应器水力流态及其脱氮除磷性能[J]. 水处理技术, 2007, 33(2):6063.

Dou Y Q, Lyu X W, Xu H B. Water flowpattern and biological removal of nitrogen and phosphorus in integrative six tanks activated sludge reactor [J]. Technology of Water Treatment, 2007, 33(2):6063.

[2]徐洪斌,耿颖,吕锡武,等.多点交替进水五箱一体化活性污泥法脱氮除磷研究[J]. 中国给水排水,2007,23(1): 610.

Xu H B, Geng Y, Lyu X W, et al. Study on commutative multiinfluent activated sludge process with five tanks for nitrogen and phosphorus removal [J]. China Water & Wastewater, 2007, 23(1): 610.

[3]Won S, Ra C. Biological nitrogen removal with a realtime control strategy using moving slope changes of pH (mV) and ORPtime profiles [J]. Water Research, 2011, 45:171178.

[4]Pilsson S S, Capdeville B, Mauret M, et al. Realtime control of nitrogen removal using three ORP bending points: signification, control strategy and results [J]. Water Science and Technology, 1996, 33: 275280.

[5]Tanwar P, Nandy T, Ukey P, et al. Correlating online monitoring parameters, pH, DO and ORP with nutrient removal in an intermittent cyclic process bioreactor system [J]. Bioresource Technology, 2008, 99:76307635.

[6]Ga C H, Ra C S. Realtime control of oxic phase using pH (mV)time profile in swine wastewater treatment [J]. Journal of Hazardous Materials, 2009, 172:6167.

[7]Gao D W, Peng Y Z, Li B K. Shortcut nitrificationdenitrification by realtime control strategies [J]. Bioresource Technology, 2009, 100: 22982300.

[8]Ra C S, Lo K V, Shin J S, et al. Biological nutrient removal with internal organic carbon source in piggery wastewater treatment [J]. Water Research, 2000, 34:965973.

[9]Libelli S M. Control of SBR switching by fuzzy pattern recognition [J]. Water Research, 2006, 40: 10951107.

[10]Wang Y, Peng Y, Stephenson T. Effect of influent nutrient ratio and hydraulic retention time (HRT) on simultaneous phosphorus and nitrogen removal in a twosludge sequencing batch reactor process [J]. Bioresource Technology, 2009,100:35063512.

[11]国家环境保护局. 水和废水监测分析方法[M]. 4版.北京:中国环境科学出版社, 2002.

[12]Yang S, Yang F L. Nitrogen removal via shortcut simultaneous nitrification and denitrification in an intermittently aerated moving bed membrane bioreactor [J]. Journal of Hazardous Materials, 2011, 195: 318323.

[13]Rahimi Y, Torabian A, Mehrdadi N, et al. NOx monitoring of a simultaneous nitrifyingdenitrifying (SND) activated sludge plant at different oxidation reduction potentials [J]. Water Research, 2007, 41:397405.

[14]Hocaoglu S M, Insel G, Cokgor E U, et al. Effect of sludge age on simultaneous nitrification and denitrification in membrane bioreactor [J]. Bioresource Technology, 2011, 102: 66656672.

[15]Liu Y C, Shi H C, Xia L, et al. Study of operational conditions of simultaneous nitrification and denitrification in a Carrousel oxidation ditch for domestic wastewater treatment [J]. Bioresource Technology, 2010, 101: 901906.

[16]Li Y Z, He Y L, Ohandja D G, et al. Simultaneous nitrificationdenitrification achieved by an innovative internalloop airlift MBR: Comparative study [J]. Bioresource Technology, 2008, 99: 58675872.

[17]Wan C L, Yang X, Lee D J, et al. Aerobic denitrification by novel wasolated strain using NO2--N as nitrogen source [J]. Bioresource Technology, 2011,102 :72447248.

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