间歇式循环延时曝气活性污泥法处理校园生活污水

齐 楠, 黄琳丽, 郑翻萍, 潘 晶, 肖 露, 侯万园, 许可为(1. 沈阳师范大学 学科与科研工作处, 沈阳 11004;2. 沈阳农业大学 农学院, 沈阳 110086; . 沈阳师范大学 生命科学学院, 沈阳 11004)

0 引 言

间歇式循环延时曝气活性污泥法(intermittent cyclic extended aeration sludge,ICEAS)是目前国内常用的处理生活污水的方法[1-3]。该方法有较好的脱氮除磷功能,无污泥回流和混合液内循环,能耗低:污泥龄长,污泥沉降性好,剩余污泥少[4-6]。本文采用ICEAS技术处理沈阳师范大学校园生活污水,考察不同运行参数与处理效果的关系,以确定ICEAS工艺处理校园生活污水的最佳运行参数[7]。

1 材料与方法

1.1 实验装置

本研究采用的ICEAS反应器为一有效容积为10 L的长方体不锈钢容器,由可编程逻辑控制器控制进水、曝气、搅拌、沉淀和排水的过程。也可手动设定所需要的处理过程及时间。反应器主反应区底部设有排泥口和排水口(图1)。

图1 ICEAS反应器Fig.1 Reactor ofintermittent cyclic extended aeration sludge

1.2 实验运行方式及各水质分析方法

实验污水为沈阳师范大学校园生活污水,水质指标范围:化学需氧量(COD)为250～450 mg/L,总氮(TN)为25～50 mg/L,氨氮(NH3-N)为15～35 mg/L,总磷(TP)为2～10 mg/L,悬浮物(SS)为150～200 mg/L。COD采用重铬酸钾还原法;NH3-N采用纳氏比色法;TP采用磷钼酸铵比色法;NO3-N采用紫外分光光度法;SS采用蒸干称重法[5]。

2 结果与分析

2.1 运行参数的选择

ICEAS运行过程中,厌氧、好氧、缺氧及沉淀采用的参数值不同,该工艺对SS、COD、TP、氮的去除效果也不同。为了确定ICEAS工艺处理校园生活污水过程中影响各污染指标去除的主要因素及理想的运行参数组合,选取了影响处理效果的厌氧时间、曝气时间、缺氧时间、沉淀时间,进行了4因素3水平的正交实验,各因素的取值如表1。以TP、COD、SS和NH3-N的去除率为考核指标,实验结果如表2。由表2可得,影响ICEAS工艺处理校园生活污水效果的因素从主到次依次为曝气时间、厌氧时间、缺氧时间、沉淀时间。

表1 L9(34)4因素3水平正交表Tab.1 4 factors and 3 levels orthogonal table

表2 ICEAS处理校园生活污水正交实验结果Tab.2 Removal performance of campus wastewater treatment by ICEAS

2.1.1 厌氧时间对处理效果的影响

厌氧阶段:厌氧过程中,聚磷菌吸附并降解污水中的有机物,同时释放磷;厌氧过程释放磷越充分,聚磷菌贮存的能量就越多,在好氧阶段吸收磷的效果就越好[4]。由表2可见,ICEAS工艺厌氧时间偏短,除磷效果不理想;厌氧时间过长,会延长运行周期的时间;厌氧时间为3 h时,聚磷菌释放磷基本完成;如果再增加厌氧时间,聚磷菌释放磷的速度缓慢。由正交实验结果可以确定ICEAS工艺处理校园生活污水的最佳厌氧时间为3 h。

2.1.2 曝气时间对处理效果的影响

曝气阶段:有机物被活性污泥吸附并氧化降解,氨氮被氧化成硝态氮。由表2实验结果可见,曝气2 h,COD去除率高达90%以上,说明在ICEAS工艺中,COD能在较短的曝气时间内去除;但NH3-N的去除率不高,只有25.99%～65.60%;另外TP的去除率也偏低。当曝气时间在3 h以上时,NH3-N去除率均高于81.42%,同时5、6、8、9工况条件下由于厌氧时间充足(3 h以上),TP的去除率高达79.95%～86.46%。因此曝气时间是影响ICEAS工艺TP和NH3-N去除的重要因素。当曝气时间为4 h,厌氧2 h以上时,TP和NH3-N去除率很高。曝气时间过长,水中的有机物被过分降解,由于碳源不足,会严重影响缺氧段的反硝化脱氮效果,并且增加运行成本,因此曝气时间不宜过长。由正交实验可以确定ICEAS工艺处理校园生活污水的最佳曝气时间为3 h。

2.1.3 缺氧时间对处理效果的影响

缺氧阶段:反硝化菌进行反硝化作用,将硝态氮转化为氮气,达到去除污水中氮的目的。ICEAS工艺反硝化速率不高,反硝化时间不宜过短;但是如果反硝化时间过长,聚磷菌会在缺氧条件下释放磷,从而影响磷的去除,同时增加运行周期的时间。正交实验可以确定ICEAS工艺处理校园生活污水的最佳缺氧时间为3 h。

2.1.4 沉淀时间对处理效果的影响

沉淀阶段:ICEAS工艺采用静置沉淀,沉淀时间短,沉降性能好[4]。由表2可见,沉淀时间为1 h时,出水SS浓度小于20 mg/L。如果沉淀时间过长,反硝化作用产生的氮气会使污泥上浮,影响出水水质。正交实验可以确定ICEAS工艺处理校园生活污水的最佳沉淀时间为1 h。

2.2 最佳运行参数处理效果

图2 一个运行周期内COD、NH3-N去除率随时间变化Fig.2 COD and NH3-N removal rate in an operational period

图3 一个运行周期内N-N、TP浓度随时间变化Fig.3 N-N and TP concentrations in an operational period

3 结 论

影响ICEAS工艺处理校园生活污水的因素由主到次依次为曝气时间、厌氧时间、缺氧时间、沉淀时间。ICEAS工艺处理校园生活污水的最佳运行流程及参数为:污水进水ICEAS工艺后,厌氧搅拌(3 h)→曝气(3 h)→缺氧搅拌(3 h)→沉淀(1 h)→出水(排泥),运行周期为10 h。采用最佳运行参数时,TP去除率达到80%以上,NH3-N的去除率达到90%以上,COD的去除率达到95%以上,SS的去除率达到90%以上;并且出水COD、TP、NH3-N、SS达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级B标准。

[1]蒋展鹏,杨宏伟. 环境工程学[M]. 3版. 北京:高等教育出版社, 2013.

[2]刘杰,仲佣护,祁建立, 等.城市污水采用ICEAS工艺技术[J]. 湖南造纸, 2015,11(3):27-28.

[3]王颖懿. 改进ICEAS工艺在污水处理中的应用[D]. 上海:华东理工大学, 2014.

[4]陈永祥,程晓如,邵青. SBR处理城市生活污水的试验研究[J].环境科学与技术, 2001,6(3):15-17.

[5]国家环境保护总局,《水和废水监测分析方法》编委会. 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.

[6]朱淑琴. 间歇式活性污泥除磷的试验研究[J]. 环境工程, 1997,15(6):13-14.

[7]李淑更,张立秋,吴学伟,等. 间歇循环延时曝气活性污泥法处理城市污水的试验[J]. 工业用水与废水, 2004,35(6):57-59.