摘要脱氮除磷在厌氧缺氧氧化沟系统的中试外文翻译资料

 2022-11-08 06:11

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Nitrogen and phosphorus removal in pilot-scale anaerobic-anoxic oxidation ditch system



摘要脱氮除磷在厌氧缺氧氧化沟系统的中试

为了实现高效的脱氮除磷效率,同时研究调查硝化以及反硝化过程中对磷的去除(SNDPR)的规律,在中试阶段的厌氧缺氧氧化沟(OD)中研究了SNDPR整个过程的损伤和恢复过程。其中氧化沟系统的厌氧区,缺氧区和沟渠区的体积分别为7L,21L和280L。反应器对城市废水的处理量为336L/d。提出了同步硝化率(SND)和反硝化率(rSND)的概念用来量化SND。结果表明:(1)在稳定的SND阶段实现了对氮和磷较高的去除效率,总氮(TN)和总磷(TP)去除率分别为80%和85%; (2)当该系统过充时,SND的稳定性受损,rSND从80%降至20%或者更低; (3)NOx的浓度与NH4 的浓度的比值的自然对数与氧化还原电位(ORP)呈线性相关; (4)当NO3-的浓度小于6mg / L时,可以对磷实现较高的去除效率; (5)脱氮除磷(DNPR)可能在厌氧缺氧氧化沟系统中发生。该系统的主要创新是设计和量化SND率。

关键词:氧化沟;生物脱氮;生物除磷;同时硝化和反硝化;中试阶段;城市污水

1.绪论

由于引进了更加严格的污水排放标准,尤其是对于高浓度有机废水的处理,许多现有的污水处理厂需要进行升级。氧化沟工艺不仅能满足生物废水处理的经济需求同时也能有效处理污水。为了控制水体的富营养化,氧化沟将与其他活性污泥处理工艺进行竞争。

近年来,同步硝化和脱硝(SND)已经成为研究重点,他们具有较高的脱氮效率。然而,只有少数的文献可用来给出一个有效的量化方法。Zeng 等人 (2003)已经在厌氧/需氧反应器中成功地展示了一种在低氧气的浓度下与磷的吸收同时发生硝化和脱氮的过程。这种全新的综合过程被称为同时硝化反硝化,脱氮和除磷(SNDPR)。SNDPR在废水生物脱氮除磷领域具有一定的优势,比如有高效的脱氮除磷效率,曝气节能,生产碱等。在SNDPR中,伴随着磷的释放,乙酸盐在厌氧条件下被吸收。在下一个好氧期间,磷被完全吸收,而NH4 通过同时硝化和反硝化转化为气态氮而不积累亚硝酸盐或硝酸盐中间体。最近已经证明,通过反硝化由多聚磷酸蓄积生物(PAO)介导,增强的生物除磷(EBPR)可以并入SND过程中。在本研究中同时硝化 - 脱氮 - 除磷(SNDPR)系统中,在高效除磷的同时也可以进行脱氮。

除去反硝化作用外,由于脱氮除磷效率较高,除磷成为另一个研究热点。米诺等人 (1998)声称,大部分PAO可以在缺氧阶段吸收磷酸盐。Meinhold等 (1998)假设生物除磷的部分至少包含两组:一组能够利用氧或硝酸根作为电子受体(反硝化PAO),另一组能够仅利用氧(有氧的PAO)。然而,由于与氧气相比,硝酸盐能量产生的效率较低,厌氧 - 缺氧排序间歇反应器(SBR)报告的细胞产量比有氧有氧SBR(Murnleitner等,1997))的低。尽管效率较低,但对于富含多酚类PAO的系统则报告了良好的除磷性能。如果反硝化PAO吸收和储存磷酸盐,使用硝酸盐作为电子受体,有机碳底物可以同时用于除磷和除氮。这是非常有意义的,因为大多数城市废水中的有机碳含量通常受限于磷和氮的去除。 在生物营养过程中使用反硝化PAO也可以减少污泥产生和曝气需求。

本研究旨在描述SNDPR过程的特征,目的是阐明负责过度曝气的SND损害和恢复过程的因素,因此作者的目标是解决SNDPR过程的管理方式。

2.材料和方法

2.1试点工厂

实验已经在中试规模的厌氧缺氧OD过程配置过程中进行。 如图1所示,该方法由具有厌氧区,缺氧区和次级澄清池(95L)的入口槽(200L),OD生物反应器(280L)组成。生物反应器由三个隔室组成,即厌氧区(7L),缺氧区(21L)和外径(280L)。 进水速率为14升/小时,三个区域的水力停留时间(HRT)分别为0.5,1.5和18 h。总回收活性污泥(RAS)的百分之三十被泵送到厌氧区,其余70%返回到缺氧区。在厌氧区和缺氧区设置混合器,并在沟渠中配备两个混合器。出口OD装有在线溶解氧(DO)监测仪,pH监测仪和氧化还原电位(ORP)监测仪。监测pH值,但不能人工控制。曝气通过操纵曝气阀来控制。流入量为336 L / d,污泥循环流量由污泥泵控制。混合液悬浮固体(MLSS)控制在4.5-6.0g / L,固体停留时间(SRT)为20-30℃。 所有实验都在环境温度(18-25℃)下进行。四个连续阶段被认为显示了SND破坏和重覆过程,SND稳定阶段(阶段I),SND破坏阶段(II期),SND恢复阶段(III期)的四个不同条件,以及 SND恢复阶段(阶段IV)。

2.2污泥和废水

污泥和废水均取自北京九仙桥污水处理厂(污水处理厂)的OD流程。 废水从洗涤砂砾池中取出。 表1显示了流入物的主要特征。

2.3分析

化学需氧量(COD),总氮(TN),铵(NH4 ),硝酸盐(NO3-),亚硝酸盐(NO2-),TP,PO43和混合液悬浮固体(MLSS)的分析如标准 APHA方法(APHA,1995)。 使用在线探头(340i,WTW,德国)连续测量DO,pH,ORP和温度。

图1 1氧化沟系统示意图

(1)水箱; (2)进水泵; (3)厌氧区; (4)缺氧区; (5)OD的好氧区; (6)气泵; (7)空气用户; (8)搅拌机; (9)二次净化器; (10)返回活性污泥泵; (11)废活性污泥泵; (12)DO探头; (13)ORP探针; (14)pH探针; (15)出水

表1 进水水质(单位:mg / L)

Parameter

COD

BOD5

NH4

TN

TP

SS

Average

331.6

173.4

36.5

50.8

5.88

187

Min./Max.

192.2/448.5

123.1/305.8

20.9/53.7

32.5/73.4

3.2/8.9

105/360

3.结果与讨论

3.1 OD体系中氮的质量平衡

一般来说,OD系统的氮损失可以用四个途径来解释:氨汽提,同化,反硝化和SND。 由于沟渠中的混合液体的pH值通常低于7.5,因此假定氨气汽提是可忽略的(Hao等,1997)。 可以通过消耗的活性污泥(WAS)的数量估算同化除氮。 通过同化除去的氮的量受到净生长量的限制,反过来取决于废水的含碳有机物含量和系统中的操作。 由于内生代谢,废活性污泥中的氮含量会降低。 在20 d的SRT下氮含量为8%(Sedlak,1991)。 通过排放的废污泥计算氮素同化量。 通过同化除去的总氮被描述为等式(1)。

其中,RTN-A是通过同化去除TN(mg / L);QWAS是废活性污泥(L / d)的流入; CVSS表示挥发性悬浮固体浓度(毫克/升); KA代表生物挥发性悬浮固体的氮含量; 而QIN是流入量(L / d)。通过反硝化除去的总氮被描述为等式(2)。

其中,RTN-D是通过脱氮反应的总氮去除(mg / L); CNOx-E是有效的NOx浓度(毫克/升); CNO是有效的NOx浓度缺氧区(mg / L); R是回报率。SND已在OD系统中实现。 SND率(RSND)显示为通过SND去除TN的百分比,如等式(3)所述。

其中,RSND是通过SND去除TN,以系统比率(%)除去; CTN-IN是流入总量氮浓度(mg / L); CTN-E是总氮浓度(mg / L); RTN-A是通过同化的总氮去除(mg / L); RTN-D是通过脱氮(mg / L)的总氮去除。

3.2生物脱氮

表2显示了SND稳定阶段(I期),SND破坏阶段(阶段)期间进水中的COD,TN,NOx和NH4 的运行条件,废水中的ORP,RSND和曝气的平均浓度 II),SND回收期(III期)和回收期(IV期)。

在四个阶段,流入物和TN,TN去除效率和ORP中的TN如图2所示。 有效的NOx,NH4 ,曝气和RSND曲线如图3所示。系统在30-60d期间稳定,平均ORP为-30〜20mV。 TN含量低于15mg / L,这意味着去除了约80%的TN。曝气率在小范围内变化,0.50-0.58 m3 / h,NOx和NH4 分别为2-8和1-7 mg / L。 RSND在这个阶段是60%-80%,这可以被认为是较高的SND效率。平均曝气率从白天的0.54升/小时提高到0.70立方米/小时,第一期后的60-78℃。结合ORP的NOx和TN逐渐增加,TN去除效率随着照射的增加而下降 NO3。 在这个阶段结束时,RSND下降到20%左右,这意味着SND的稳定状态已经被破坏了。 之后,在第三阶段采取了一些措施来恢复SND。 曝气稳定控制在0.55 m3 / h以下。 ORP,有毒氮氧化物和氮氧化物保持较高,急剧波动,NH4 在79-100天持续增加。

氧化沟具有长的水力停留时间和完全混合的水流,使冲击负荷或液压浪涌的冲击最小化。 在该系统中,通过在缺氧区中脱氮产生的碱度和OD中的SND将补充硝化过程消耗的约一半,这将保持pH稳定。 在整个检查期间氧化期间的pH为7.35-7.60。 因此,OH浓度在OD中稳定。 此外,DO在沟渠中为0.10-0.50mg / L。 因此,O2 / OH没有太大变化,对ORP的影响很小。 ORP与ln(NOx / NH4 )的相关性如图4所示。

线性相关意味着ORP可以作为参数来表示硝化和反硝化的作用。 线性回归方程在方程(4)中描述。

当O2/ OH平衡不变时,ORP值主要由NO3-/ NH4 (一般占主导地位)和NO2 / NH4 决定(Bertanza,1997)。 线性关系意味着ORP可以用作参数来表示硝化和反硝化的程度。

大多数ORP是在序列生物反应器中控制同时硝化和反硝化的参数,但在连续流动过程中较少使用。 Fuerhacker等 (2000)观察到ORP在60至198mV的范围内,并且包括用于同时硝化和反硝化的最佳设定点。 范围太大,不适合作为连续流量的参考值。 观察到-30〜30mV的ORP范围是同时硝化和

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