小流量分散型污水處理生物反應(yīng)器試驗(yàn)研究

環(huán)保網(wǎng)訊:1引言(Introduction) 分散污水是指農(nóng)村社區(qū)、軍隊(duì)駐地、高速公路服務(wù)區(qū)、機(jī)場(chǎng)、獨(dú)立別墅區(qū)、旅游風(fēng)景區(qū)等地處郊區(qū)，分布分散，無法納入市政管網(wǎng)覆蓋范圍的特定區(qū)域產(chǎn)生的污水，這類污水具有水量小、排放分散、水質(zhì)水量波動(dòng)較大、可生化性好等特點(diǎn)(陳書雪等，2011;呂錫武，2012;陳呂軍，2014;陳汗龍等，2015).分散污水不適宜進(jìn)行集中處理，應(yīng)進(jìn)行就地處理，就地回用.

根據(jù)水量及收集方式的不同，分散式污水處理有不同的處理規(guī)模，如在農(nóng)村污水處理中，可分為單戶污水分散收集處理模式、聯(lián)戶污水分散收集處理模式和村落污水集中收集處理模式(Libralatoetal.,2012;王陽等，2015).由于當(dāng)?shù)鼐幼顩r和經(jīng)濟(jì)情況不同，對(duì)污水處理設(shè)施的選擇也不相同.

當(dāng)前小流量分散污水常用的生物膜法、穩(wěn)定塘、氧化塘、人工濕地等處理工藝，對(duì)污染物的削減有一定的作用，但也面臨著諸多問題.比如，穩(wěn)定塘占地面積大、污泥容易淤積(劉云國等，2014);人工濕地一般不宜直接處理較高濃度的生活污水，并存在水力負(fù)荷低、占地面積大、易受氣候和溫度影響等問題(劉峰等，2010;孫宗建等，2007);凈化槽工藝雖對(duì)污水中COD、BOD和NH4+-N等具有較好的處理效果，但設(shè)計(jì)中較少考慮TN和TP的去除(王昶等，2009);而生物接觸氧化法的填料造價(jià)高，增加了投資，另外對(duì)生物接觸池內(nèi)布水、布?xì)獾木鶆蛐杂幸欢ㄒ?趙賢慧等，2010).隨著更嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，對(duì)總磷、總氮等污染物的處理要求也進(jìn)一步提升，以往分散式污水處理設(shè)施很難滿足新的要求.

連續(xù)流間歇曝氣工藝在國內(nèi)外均有研究，相對(duì)于傳統(tǒng)活性污泥工藝，間歇曝氣工藝可以減少反硝化過程中對(duì)碳源的需求，適用于低C/N污水的脫氮(Haoetal.,1996;Fulazzakyetal.,2015).Insel等(2006)研究認(rèn)為，曝氣停曝的循環(huán)時(shí)間和其中曝氣時(shí)間的占比對(duì)整個(gè)反應(yīng)脫氮的過程有重要影響.國內(nèi)對(duì)間歇曝氣工藝的研究多集中在現(xiàn)有污水處理廠的提標(biāo)改造及處理過程中的控制參數(shù)上，如張?chǎng)┑?2013)研究了間歇曝氣和連續(xù)曝氣對(duì)完全混合反應(yīng)器脫氮性能的影響，指出間歇曝氣時(shí)，由于厭氧階段有利于異養(yǎng)型兼性厭氧菌的代謝活動(dòng)，故反硝化進(jìn)行得較為徹底，對(duì)總氮的去除率可以維持在70%以上.金春姬等(2003)對(duì)低C/N污水進(jìn)行間歇曝氣工藝處理，考察了間歇曝氣周期對(duì)污水脫氮的影響，認(rèn)為曝氣時(shí)間應(yīng)根據(jù)進(jìn)水氨氮負(fù)荷保持在0.5h以上，攪拌缺氧的時(shí)間應(yīng)該控制在1h左右.喬海兵等(2006)通過對(duì)連續(xù)流間歇曝氣氧化溝的研究，指出循環(huán)周期越小，好氧和缺氧交替頻率越高，系統(tǒng)中的DO水平相對(duì)較高，有利于硝化，同時(shí)也有利于消除停氣期的短流影響;隨著曝氣時(shí)間占比的降低，停氣時(shí)間的增加，進(jìn)水中的有機(jī)物進(jìn)入溝內(nèi)，作為反硝化的外加碳源，從而使反硝化速率加快.然而，對(duì)于分散式的間歇式曝氣活性污泥工藝應(yīng)用于分散式污水處理還鮮有報(bào)道.由于處理成本及水量水質(zhì)條件的制約，研究處理量小、能耗較低的間歇曝氣反應(yīng)器的處理效能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

本文通過對(duì)應(yīng)用于分散型污水處理的間歇曝氣生物反應(yīng)器進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)研究，考察生物反應(yīng)器去除COD、氮、磷的效果，以期為其在分散式污水處理過程中的應(yīng)用提供建議.

2材料與方法(Materialandmethods)

2.1實(shí)驗(yàn)裝置

連續(xù)流間歇曝氣前缺氧生物反應(yīng)器(以下簡(jiǎn)稱“生物反應(yīng)器”)根據(jù)課題組前期研究成果設(shè)計(jì)加工(Liuetal.,2017;Liuetal.,2017)，具體如圖1所示.生物反應(yīng)器整裝在一個(gè)集裝箱內(nèi)，總?cè)莘e為27.6m3，其中，混合池為3.2m3，間歇曝氣池為19m3，污泥截留池為2.2m3，終沉池為1.9m3.污水進(jìn)入混合池進(jìn)行混合后進(jìn)入間歇曝氣池.間歇曝氣池運(yùn)用溶氧儀在線控制裝置和中控電路(PLC)控制曝氣強(qiáng)度和曝氣時(shí)間比.間歇曝氣池與混合池之間通過內(nèi)回流管路相連，通過調(diào)節(jié)回流流量控制混合液回流比.污水流經(jīng)間歇曝氣池后，經(jīng)折板或細(xì)管與污泥截留池相連，泥水混合物在截流池進(jìn)行泥水分離澄清后，上清液流入終沉池進(jìn)行進(jìn)一步澄清并外排，截留的污泥通過污泥回流裝置返回到間歇曝氣池，可使間歇曝氣池保持較高的污泥濃度.終沉池設(shè)置污泥排出裝置，將所有沉淀的剩余污泥排出.可通過控制排泥時(shí)間，達(dá)到控制污泥停留時(shí)間的目的.

圖1生物反應(yīng)器示意圖

生物反應(yīng)器間歇曝氣池通過PLC自動(dòng)控制曝氣和停曝時(shí)間，實(shí)現(xiàn)間歇式曝氣.曝氣階段溶解氧濃度由溶氧儀(型號(hào)：WTWIQSensorNet2020XTController)控制.當(dāng)曝氣后溶解氧的濃度達(dá)到設(shè)定上限值(如2.5mg˙L-1)時(shí)，曝氣風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止曝氣，此時(shí)混合裝置自動(dòng)開啟，生物反應(yīng)器中生物消耗溶氧.當(dāng)溶解氧濃度下降到設(shè)定下限值(如0.5mg˙L-1)時(shí)，曝氣風(fēng)機(jī)自動(dòng)開啟，進(jìn)行鼓風(fēng)曝氣.本研究中通過調(diào)節(jié)曝氣時(shí)間比、混合液回流比、HRT等組合工況條件，考察了該生物反應(yīng)器去除COD、氮、磷效果.每個(gè)工況維持至少15d，其中，工況Ⅵ維持30d以上，工況Ⅶ維持3個(gè)月.工況條件如表1所示.

2.2實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)污水取自山東省日照市某市政生活污水處理廠曝氣沉砂池，經(jīng)提升泵進(jìn)入反應(yīng)裝置.生物反應(yīng)器接種污泥取自此污水廠氧化溝.反應(yīng)器進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)如表2所示.

2.3分析項(xiàng)目及方法

污水進(jìn)出水樣品混合均勻后測(cè)定其總COD、總氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、硝酸鹽氮(NO3--N)、總磷(TP)，上述各指標(biāo)所采用的Hach水質(zhì)分析法的序號(hào)分別為8000、10072、10031、10020、8190.反應(yīng)池中污泥濃度(MLSS)采用重量法測(cè)定，pH使用便攜式pH計(jì)(WTWMulti3220)測(cè)定.

3結(jié)果與討論(Resultsanddiscussion)

3.1生物反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度變化

生物反應(yīng)器間歇曝氣池中溶解氧在一個(gè)間歇曝氣周期隨時(shí)間變化情況如圖2所示.曝氣階段，池中平均溶解氧濃度由圖中水平虛線標(biāo)示.以工況Ⅰ為例，曝氣開始時(shí)，池中溶解氧濃度上升，當(dāng)達(dá)到曝氣上限2.5mg˙L-1時(shí)，曝氣泵停止工作;當(dāng)溶解氧達(dá)到設(shè)定下限0.5mg˙L-1時(shí)，曝氣泵自動(dòng)開啟.如此循環(huán)往復(fù)，直到曝氣周期停止，池中平均溶解氧濃度為1.64mg˙L-1.當(dāng)曝氣階段結(jié)束，進(jìn)入停曝混合階段，溶解氧需要被消耗10~20min才能進(jìn)入缺氧階段.傳統(tǒng)活性污泥法要求曝氣池溶解氧濃度不小2.0mg˙L-1，以保證硝化反應(yīng)的完全.研究表明，降低反應(yīng)器溶解氧濃度，可以減小曝氣能耗，如將曝氣溶解氧濃度控制在0.5mg˙L-1，據(jù)估計(jì)將節(jié)約10%的運(yùn)行能耗(Liuetal.,2013).同時(shí)低溶解氧濃度可以促使反應(yīng)器中菌群變化，促進(jìn)同步硝化反硝化的進(jìn)行，提升TN去除率(呂錫武等，2001;吳昌永等，2012;Liuetal.,2013).

圖2不同曝氣和停曝時(shí)長曝氣區(qū)溶解氧濃度的變化

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