葛冬冬　朱世云　徐子博　嚴(yán)怡佳　董玉剛　陳海群

(1.常州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院　江蘇常州 213164；2.上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院　上海 200240)

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A2/O聯(lián)合臭氧污泥減量技術(shù)的改造研究*

葛冬冬1朱世云2徐子博2嚴(yán)怡佳2董玉剛2陳海群1

(1.常州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院江蘇常州 213164；2.上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院上海 200240)

摘要研究了臭氧化污泥減量技術(shù)聯(lián)合A2/O、倒置A2/O與傳統(tǒng)A2/O在出水和污泥產(chǎn)率上的變化。結(jié)果表明，臭氧化A2/O、臭氧化倒置A2/O的出水與傳統(tǒng)A2/O相比未出現(xiàn)惡化，它們對(duì)COD和含氮物質(zhì)的去除率分別為87.4%，53.7%和93%，66.5%，存在倒置A2/O對(duì)臭氧混合液中有機(jī)質(zhì)及含氮物質(zhì)的利用率較A2/O高的可能。試驗(yàn)按每克SS投加0.05 g O3對(duì)A2/O與倒置A2/O產(chǎn)生的約60%剩余污泥處理時(shí)，在短期內(nèi)未造成出水磷含量的大幅升高，并且出水磷含量受臭氧混合液DO、二沉池底部DO的影響，兩系統(tǒng)的污泥產(chǎn)率分別較傳統(tǒng)A2/O降低50%，56%。

關(guān)鍵詞污泥減量臭氧氧化A2/O工藝倒置A2/O工藝剩余污泥

0引言

活性污泥污水生物處理工藝過(guò)程中產(chǎn)生大量剩余污泥，其處理處置費(fèi)用高，約占污水廠運(yùn)行成本的40%～65%[1]。隨著污水處理率的提高和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，亟需尋求經(jīng)濟(jì)環(huán)保的污泥處理方法。臭氧化污泥減量法被認(rèn)為有望解決這一問(wèn)題。臭氧以其強(qiáng)氧化性破解微生物的細(xì)胞壁，并將胞內(nèi)物質(zhì)氧化為有機(jī)質(zhì)重返系統(tǒng)達(dá)到污泥減量的目的[2]。

傳統(tǒng)A2/O工藝是活性污泥法的典型工藝，在國(guó)內(nèi)外污水處理廠運(yùn)用廣泛。實(shí)際運(yùn)行中除污泥產(chǎn)量大之外，還存在硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌和聚磷菌在有機(jī)負(fù)荷、污泥齡、碳源上的矛盾與競(jìng)爭(zhēng)[3]。倒置A2/O工藝是近十年來(lái)出現(xiàn)的改良工藝，簡(jiǎn)化了流程，取消了混合液回流，調(diào)換了厭氧池與缺氧池，優(yōu)先優(yōu)化了反硝化碳源的需求和除磷性能[4]。目前臭氧化污泥減量技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)A2/O工藝的研究不多，與倒置A2/O工藝結(jié)合的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

筆者將臭氧化技術(shù)與A2/O、倒置A2/O工藝聯(lián)合，以污泥減量為目的，以水質(zhì)達(dá)標(biāo)為基礎(chǔ)對(duì)系統(tǒng)的脫氮除磷及污泥性能進(jìn)行比較研究，以期為A2/O工藝污水處理廠聯(lián)合臭氧化污泥減量技術(shù)的改良改造提供指導(dǎo)。

1試驗(yàn)內(nèi)容

1.1試驗(yàn)材料

活性污泥取自上海某污水處理廠二沉池回流污泥，經(jīng)2周培養(yǎng)馴化后投入實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)運(yùn)行。試驗(yàn)污水為人工模擬生活污水，由葡萄糖、氯化銨、磷酸二氫鉀按BOD5∶N∶P=100∶5∶1及微量元素配制而成，具體指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 人工模擬生活污水水質(zhì)指標(biāo)　mg/L

1.2試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)選用兩平行A2/O模擬系統(tǒng)，設(shè)有厭氧池、缺氧池、好氧池，各池有效容積分別為12，12，36 L。運(yùn)行倒置A2/O工藝時(shí)，取消混合液回流并調(diào)節(jié)回流比和DO。臭氧反應(yīng)器直徑12 cm、高60 cm。A2/O工藝試驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1　A2/O工藝流程示意

對(duì)比試驗(yàn)前對(duì)兩系統(tǒng)進(jìn)行2周的培養(yǎng)馴化，試驗(yàn)期以間歇方式將臭氧化污泥投入系統(tǒng)。試驗(yàn)時(shí)間及系統(tǒng)運(yùn)行工藝參數(shù)見(jiàn)表2、表3。

表2　系統(tǒng)試驗(yàn)階段

2試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1臭氧投加量的確定

試驗(yàn)中臭氧質(zhì)量濃度為38.4 mg/L，流量為1 L/min，MLSS和破解混合液上清液COD隨臭氧投加時(shí)間的變化如圖2所示。

表3　傳統(tǒng)A2/O、臭氧+A2/O及臭氧+倒置A2/O工藝運(yùn)行參數(shù)

圖2　臭氧投加時(shí)間對(duì)污泥濃度和COD的影響

由圖2可知，臭氧化前5 min，MLSS減小緩慢，說(shuō)明投加量較低時(shí)，臭氧與污泥中還原性物質(zhì)反應(yīng)，臭氧對(duì)污泥的破解率不高。隨著時(shí)間的增加(5～25 min)，MLSS迅速減少(由3 495 mg/L降至2 007 mg/L)，COD快速增加(由87.7 mg/L增至291.8 mg/L),反映出臭氧量的增加有效提高了微生物與臭氧、羥基自由基的接觸幾率[5]，大大提高了污泥的破解率。隨后，MLSS，COD的變化漸漸趨于平緩，表明增加的臭氧量不再對(duì)混合液進(jìn)行有效破解。根據(jù)MLSS和COD的變化情況，試驗(yàn)選定臭氧投加時(shí)間為30 min，相應(yīng)臭氧投加量為每克SS投加0.05 g O3。2.2臭氧聯(lián)合A2/O與傳統(tǒng)A2/O脫氮除磷效果的比較

臭氧聯(lián)合A2/O與傳統(tǒng)A2/O出水COD，NH3-N，TN，TP的變化見(jiàn)圖3。

由圖3可知，臭氧聯(lián)合A2/O的出水較傳統(tǒng)A2/O相差不大，傳統(tǒng)A2/O的平均COD去除率為90.3%，臭氧聯(lián)合A2/O的平均COD去除率為88%，出水COD值輕微增加，這是由于剩余污泥經(jīng)臭氧破解后，混合液中會(huì)有大量溶解性產(chǎn)物，其中含有不易被生物快速利用的物質(zhì)，如長(zhǎng)鏈脂肪酸等[6]。同時(shí)，混合液返回系統(tǒng)后，有機(jī)質(zhì)增加，有機(jī)負(fù)荷變高。雖然臭氧聯(lián)合系統(tǒng)的去除率輕微下降，但其對(duì)有機(jī)質(zhì)的去除量并不一定比傳統(tǒng)工藝低。

圖3　臭氧聯(lián)合A2/O與傳統(tǒng)A2/O出水COD，NH3-N，TN，TP的變化

臭氧聯(lián)合A2/O系統(tǒng)的氨氮、總氮去除率分別為53.5%和52.3%，較傳統(tǒng)A2/O系統(tǒng)56.5%和56.6%的去除率變化不大。而臭氧聯(lián)合A2/O系統(tǒng)中，臭氧混合液里含氮物質(zhì)的進(jìn)入，增加了系統(tǒng)中氮的負(fù)荷，但并未對(duì)系統(tǒng)的硝化、反硝化作用產(chǎn)生較大影響。DYTCZAK等[7]研究表明，投加了臭氧化污泥后，出水氨濃度較低，亞硝酸鹽也未檢測(cè)出，說(shuō)明未對(duì)系統(tǒng)的硝化能力產(chǎn)生大的影響。在傳統(tǒng)A2/O工藝中，反硝化作用受限于碳源的供給，而臭氧混合液中含有大量的溶解性有機(jī)質(zhì)，可作為碳源以提高系統(tǒng)的反硝化性能。PARK等[8]研究發(fā)現(xiàn)，利用臭氧化污泥中的有機(jī)質(zhì)作為碳源運(yùn)行系統(tǒng)6個(gè)月，總氮的去除率提高10%。DYTCZAK等[7]研究以臭氧破解液作為碳源，系統(tǒng)的反硝化性能提高了60%。LIU等[9]認(rèn)為，臭氧破解液的利用率和對(duì)硝化、反硝化作用的影響與工藝運(yùn)行參數(shù)有很大的關(guān)系。因此，本試驗(yàn)中臭氧聯(lián)合系統(tǒng)的性能未得到大的提高可能是因?yàn)楣に嚄l件和污泥性質(zhì)的差異。

試驗(yàn)中，出水的總磷濃度并未迅速升高，且在運(yùn)行期內(nèi)總體能達(dá)標(biāo)排放，原因在于臭氧化的污泥僅為剩余污泥的60%，其余40%正常排放，這樣就緩解了磷的積聚。對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，臭氧聯(lián)合A2/O系統(tǒng)的總磷去除率為73.4%，較傳統(tǒng)A2/O工藝81.8%的去除率低，但前者的污泥產(chǎn)率較傳統(tǒng)A2/O工藝低50%。因此，臭氧聯(lián)合A2/O系統(tǒng)不僅在試驗(yàn)中達(dá)到了污泥減量，而且也保持了有機(jī)質(zhì)和氮磷的去除效果。2.3臭氧聯(lián)合A2/O與臭氧聯(lián)合倒置A2/O脫氮除磷效果的比較

臭氧聯(lián)合A2/O與臭氧聯(lián)合倒置A2/O出水COD，NH3-N，TN，TP的變化見(jiàn)圖4。

由圖4可發(fā)現(xiàn)，臭氧化倒置A2/O在COD，NH3-N和TN的去除效果上要優(yōu)于臭氧化A2/O。臭氧化倒置A2/O的平均COD，NH3-N，TN去除率分別為93%，62.9%，66.5%，相對(duì)臭氧化A2/O分別高5.6%，9.3%，12.8%，其中NH3-N和TN的去除率也較傳統(tǒng)A2/O分別高6.4%，9.9%。分析認(rèn)為，倒置A2/O將缺氧池置于首端，優(yōu)先反硝化的設(shè)計(jì)，使得臭氧化污泥中可作為碳源的有機(jī)質(zhì)得到了充分的利用。同時(shí)，臭氧化混合液中含有大量的硝酸鹽物質(zhì)且為主要含氮物質(zhì)，為缺氧區(qū)提供了更多的電子受體，從而更利于缺氧區(qū)中反硝化脫氮作用。此外，系統(tǒng)中硝酸鹽物質(zhì)的增加也可能調(diào)動(dòng)了氣單胞菌等菌株利用硝態(tài)氮進(jìn)行反硝化作用。因此，含氮物質(zhì)的去除得到了一定的提高。

圖4　臭氧聯(lián)合A2/O與臭氧聯(lián)合倒置A2/O出水COD，NH3-N，TN，TP的變化

試驗(yàn)中，臭氧化倒置A2/O的除磷率較臭氧化A2/O低，原因可能在于，臭氧化混合液中含有的DO破壞了原系統(tǒng)環(huán)境，影響了厭氧程度，降低了聚磷菌的攝磷動(dòng)力。同時(shí)，系統(tǒng)二沉池底部的DO環(huán)境變化會(huì)造成聚磷菌釋磷的不穩(wěn)定性，將直接導(dǎo)致出水磷含量的增加。比較臭氧化A2/O與臭氧化倒置A2/O的污泥濃度和污泥產(chǎn)率，發(fā)現(xiàn)后者均較低，所以通過(guò)排泥去除的磷含量相對(duì)較少，這可能也是導(dǎo)致后者出水總磷比臭氧化A2/O略高的原因。較傳統(tǒng)的A2/O系統(tǒng)，兩臭氧化系統(tǒng)污泥濃度分別降低8.8%，11.5%，污泥產(chǎn)率分別降低50%，56%，達(dá)到了污泥減量的目的。但在長(zhǎng)期的運(yùn)行中，兩系統(tǒng)都需要添加后續(xù)的除磷工藝，以解決系統(tǒng)中磷的累積問(wèn)題。

3結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)按每克SS投加0.05 g O3的投加量對(duì)系統(tǒng)約60%剩余污泥處理時(shí)，臭氧化A2/O與臭氧化倒置A2/O的出水均未出現(xiàn)明顯惡化，污泥產(chǎn)率分別較傳統(tǒng)A2/O工藝降低了50%，56%。試驗(yàn)條件下，臭氧化倒置A2/O在有機(jī)質(zhì)和含氮物質(zhì)的去除率上較臭氧化A2/O分別提高5.6%，12.8%，原因可能是后者對(duì)污泥中作為碳源的有機(jī)質(zhì)和含氮物質(zhì)的利用率較高。試驗(yàn)期內(nèi)，臭氧聯(lián)合系統(tǒng)均未出現(xiàn)出水磷含量的迅速升高，出水磷含量受臭氧污泥液和二沉池底部的DO影響。

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朱世云，副教授，研究方向?yàn)樗臀鬯幚怼?/p>

Research on the Transformation of A2/O Process Combined with Sludge Reduction Technology by Ozonation

GE Dongdong1ZHU Shiyun2XU Zibo2YAN Yijia2DONG Yugang2CHEN Haiqun1

(1.SchoolofEnvironmental&SafetyEngineering,ChangzhouUniversityChangzhou,Jiangsu213164)

AbstractThis paper intends to study the changes of water quality and sludge yield of A2/O and reversed A2/O combined with ozonation reduction technology (A2/O, reversed A2/O), compared to the conventional A2/O. It is found that A2/O and reversed A2/O have no obvious deterioration in water quality, the removal rates of A2/O and reversed A2/O on COD and nitrogen-containing substances are 87.4%, 53.7% and 93%, 66.5% respectively. There exists the problem by reversed A2/O, that the removal rate of organic matter and nitrogen-containing substances in mixed ozonation liquid may be a litter higher than that of A2/O. When about 60% of excess sludge, produced from the ozonation A2/O and the ozonation reversed A2/O, is treated at the dosage of 0.05 g O3 per gram SS, it will not result in the remarkable rise of effluent phosphorus content in short term, which is related to the mixed ozonation liquid and DO at the bottom of the secondary settling tank and the sludge yield in process of A2/O and reversed A2/O will be reduced by 50% and 56% respectively, compared to the conventional A2/O.

Key Wordssludge reductionozonationA2/O processreversed A2/O processexcess sludge

*基金項(xiàng)目：2014年教育部歸國(guó)留學(xué)人員科研啟動(dòng)基金。

作者簡(jiǎn)介葛冬冬，男，1991年生，碩士研究生，研究方向?yàn)槲鬯幚砉に嚰拔勰鄿p量化。

(收稿日期：2015-03-16)