侧流除磷耦合多级AO工艺脱氮除磷效能研究

李 宇,魏 焌,黄 潇,刘学勇,3,曲艳慧

(1.中国市政东北设计研究院有限公司,长春 130021;2.南京信息工程大学 环境科学与工程学院,南京 210044;3.中交集团城乡水环境技术研发中心,长春 130021;4.中国城乡控股集团有限公司,北京 100029)

0 引言

近年来,我国对城乡水环境治理力度持续增加,各地政府都对污水处理厂的排放标准提出了更高的要求(总磷(TP)≤0.3 mg/L,总氮(TN)≤10 mg/L)[1]。多级缺氧/好氧(AO)工艺相较于传统的污水处理工艺,具有碳源利用率高、出水水质好等特点[2-4]。但工艺通常需要增设化学除磷、高级氧化及反硝化滤池等深度处理单元提高对TP、TN和化学需氧量(COD)的去除效率[5]。

化学除磷是通过分离原水或生物处理工艺中的一部分磷负荷,并以化学磷沉淀的形式将磷去除。较传统的前置化学除磷、后置化学除磷和同步化学除磷,侧流化学除磷工艺将厌氧富磷上清液引入旁侧的化学混凝沉淀池,对其进行化学磷沉淀处理,不但具有较好的除磷效果,还保留了原水中的有机物[6-7]。汪琴琴[8]发现侧流强化厌氧/缺氧/缺氧/好氧(MUCT)工艺的TP去除效果相较于传统MUCT工艺由69.35%提高至89.53%。WANG等[9]研究了侧流除磷强化厌氧/缺氧/好氧A2O工艺,相较于传统A2O工艺,其具有更高的除磷性能和稳定性。

因此,本试验构建了侧流除磷耦合多级AO工艺(简称“耦合工艺”)小试试验装置,对比研究了耦合工艺相较于传统工艺的处理效果,同时探讨不同侧流分离比及水力停留时间(HRT)对系统污染物去除效果的影响,以期为耦合工艺在实际工程中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验装置

试验装置示意图如图1所示。本装置采用有机玻璃制造,长72 cm,宽25 cm,高16 cm,主反应器容积为28 L,厌氧池容积为4 L,缺氧池Ⅰ容积为4.8 L,好氧池Ⅰ容积为6 L,缺氧池Ⅱ容积为5.2 L,好氧池Ⅱ容积为8 L,二沉池容积为5 L,侧流除磷池为8 L。侧流除磷池的作用是将厌氧池部分混合液引入,利用投加的化学除磷药剂与混合液中的磷混合沉淀进而达到除磷效果,再将处理过后的混合液回流至缺氧池。

1.2 接种污泥与原水特征

小试试验所用活性污泥为南京市某污水处理厂二沉池排泥口取样污泥,静沉至污泥质量浓度(MLSS)为6 000～7 000 mg/L;去除上清液;新鲜污泥于4 ℃冷藏条件下运送至实验室,再闷曝2 d后恢复污泥硝化活性,定期补充生活污水以确保其充足的硝化活性。原水取自南京市某大学校园家属区,相关进水水质见表1。

图1 耦合工艺示意图

1.3 侧流比与HRT试验设计

耦合工艺试验装置如图1所示,控制MLSS为3 500 mg/L,好氧区溶解氧(DO)维持在2～3 mg/L,排泥周期设置为16 d,侧流池Fe3+投加量为20 mg/L。分别设置侧流比为0.5、0.6、0.7和0.8,侧流池HRT为0.5 h、1 h和2 h,探究工艺参数对耦合工艺的影响。

1.4 检测方法

表1 工艺进水水质

2 结果与讨论

2.1 耦合工艺脱氮除磷效能研究

图2为传统多级AO工艺和耦合工艺的磷、氮和COD去除效果图。

2.1.1 对磷的去除

(a)

(b)

(c)图2 耦合工艺与单一多级AO工艺对磷(a)、 氮(b)和COD(c)的去除效果

2.1.2 对氮的去除

2.1.3 对COD的去除

由图2(c)可知,多级AO工艺和耦合工艺出水COD浓度分别为20.33 mg/L和20.02 mg/L;COD去除率分别达到92.74%和92.85%。耦合工艺相较于多级AO工艺的COD的去除效果未有明显变化。相似地,侧流除磷单元的添加不会对主流的多级AO工艺中异养菌造成影响,故耦合工艺对COD去除影响不大[11]。

综前所述,耦合工艺相较于传统多级AO工艺能够极大地提高磷的去除效率,同时不影响氮和COD的去除,均能够满足国家规定的一级A标准。

2.2 侧流比对耦合工艺的影响

虽然耦合工艺对市政污水的强化效果十分优秀,但其具体工艺参数尚不明确。因此,探究不同侧流比和HRT对工艺运行效果的影响十分必要。图3为侧流比对耦合工艺磷、氮和COD的去除影响效果图。

2.2.1 对磷去除

2.2.2 对氮的去除

(a)

(b)

(c)图3 不同侧流比对耦合工艺磷(a)、 氮(b)和COD(c)的去除

2.2.3 对COD的去除

随着耦合工艺分离比的增加,体系对COD的去除效果基本不变,出水质量浓度维持在21.00 mg/L上下,去除率维持在92%左右。这表明侧流比对系统有机物去除整体影响不大。综前所述,系统最佳分离比为0.6。

2.3 HRT对耦合工艺的影响

图4为HRT对耦合工艺P、N和COD的去除影响效果图。

(a)

(b)

(c)图4 不同HRT对耦合工艺磷(a)、 氮(b)和COD(c)的去除图

2.3.1 对磷的去除

2.3.2 对氮的去除

2.3.3 对COD的去除

如图4(c)所示,当HRT分别为0.5 h、1 h和2 h时,COD的出水质量浓度分别为19.8 mg/L、18.2 mg/L和20.6 mg/L;当HRT从0.5 h增长到2 h时,COD的去除率分别为91.92%、92.57%和91.59%,水力停留时间对出水COD浓度影响不大,COD出水均能够满足GB 3838—2002 污水综合排放一级A标准。综前所述,耦合工艺的最佳HRT为1 h。

3 结论

本研究首先对比了耦合工艺与单一多级AO工艺针对市政污水的处理效果;其次探究了不同工艺参数对于耦合工艺的影响。得出结论:

1)侧流强化多级AO工艺相较于多级AO工艺的磷去除效率明显提高,同时能够满足对TN和COD的高标准排放。