裘　湛

(上海城投污水處理有限公司 技術(shù)管理部, 上?！?01203)

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裘湛

(上海城投污水處理有限公司 技術(shù)管理部, 上海201203)

通過構(gòu)建生物膜-活性污泥復(fù)合系統(tǒng),研究了懸浮填料和海綿填料在常溫和低溫條件下的強化硝化特性.對硝化速率改善和水力停留時間損失兩方面進(jìn)行了綜合分析.結(jié)果表明,在常溫條件下,活性污泥系統(tǒng)硝化效率較高,投加填料對硝化效果的改善程度有限;在低溫條件下,投加懸浮填料能夠有效強化活性污泥系統(tǒng)的硝化能力,而海綿填料反而造成硝化能力的惡化;投加懸浮填料雖然會損失10.6%的反應(yīng)空間,但可提升62.5%的硝化速率,因此系統(tǒng)的硝化效率得以提升.

生物膜; 硝化; 活性污泥; 污水處理

氨氮的硝化是污水處理廠脫氮的重要前提,而在冬季低溫條件下硝化能力不足常常成為眾多污水處理廠脫氮的瓶頸[1].為了提高城鎮(zhèn)污水處理廠的氨氮去除效率,近年來國內(nèi)外研究人員開發(fā)了多種強化硝化技術(shù)[2-5].根據(jù)工藝構(gòu)型和技術(shù)原理,強化硝化技術(shù)可分為運行優(yōu)化強化、生物膜強化、硝化菌接種和物化強化技術(shù)4大類[6].城鎮(zhèn)污水處理廠普遍采用活性污泥工藝,生物膜技術(shù)可以在保持原有工藝及主體構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)不變的條件下,通過向好氧池內(nèi)投加懸浮填料作為硝化菌附著生長的載體提高硝化效率,因此該技術(shù)已經(jīng)在青島李村河、無錫蘆村等污水處理廠中成功應(yīng)用[6-9].目前常用的軟性、半軟性、彈性立體以及多孔旋轉(zhuǎn)球型懸浮填料往往存在結(jié)團(tuán)、堵塞、流化性差等問題[10].因此,本文采用新型SPR-1懸浮填料和德國LEVAPOR海綿填料研究生物膜-活性污泥系統(tǒng)的運行特性,系統(tǒng)分析其強化硝化效果.

1　材料與方法

1.1實驗裝置

本文采用3套試驗裝置,均位于竹園第二污水處理廠.主體工藝均采用改良型AO法組合工藝(處理規(guī)模6 L/h),在同一個生物池內(nèi)平行設(shè)置兩條池渠,將70%的污水引入傳統(tǒng)好氧活性污泥法進(jìn)行處理,另外30%的污水通過A/O脫氮工藝處理,處理后的兩股出水混合進(jìn)入沉淀池進(jìn)行泥水分離后消毒排放.兩種工藝同用一個污泥回流系統(tǒng).第一套反應(yīng)器為不投加任何填料的傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)(CAS),作為系統(tǒng)對照組;第2套反應(yīng)器為在硝化池中投加37%的新型SPR-1懸浮填料;第3套反應(yīng)器為在硝化池中投加10%的德國LEVAPOR海綿填料.

本文對比分析3套反應(yīng)器的常溫運行與冬季低溫運行效果.常溫運行階段直接將反應(yīng)器置于自然環(huán)境中,水溫變化范圍為18～22 ℃;低溫運行則在環(huán)境溫度控制為5 ℃的冷庫中進(jìn)行,反應(yīng)器中水溫約為10 ℃.實驗過程中每隔1～2天采用納氏試劑分光光度法取樣測定出水氨氮.

1.2硝化速率的測定方法

向5個相同的廣口瓶中分別加入CAS系統(tǒng)活性污泥、SPR-1系統(tǒng)活性污泥和SPR-1填料(填充率為37%)混合液、SPR-1系統(tǒng)活性污泥、LEVAPOR系統(tǒng)活性污泥和海綿填料(填充率為10%)混合液,以及LEVAPOR系統(tǒng)活性污泥,再向5份混合液中加入一定量的NH4Cl和NaHCO3,以保證硝化反應(yīng)試驗過程中有充足的氨氮和堿度.對混合液進(jìn)行曝氣,使得其溶解氧濃度為6～8 mg/L,每隔30 min從反應(yīng)器中取樣過濾,將過濾好的樣品測定氨氮,分別將氨氮的值與時間作為縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)作直線,由直線的斜率即可得到硝化速率的值.實驗過程中控制溫度為11±0.1 ℃.

2　結(jié)果與討論

2.1常溫運行特性分析

在常溫條件下,連續(xù)運行90 d,得到3套反應(yīng)器進(jìn)出水氨氮濃度如圖1所示.圖1整個運行期間,進(jìn)水氨氮濃度范圍為17.1～37.8 mg/L,平均濃度為28.4±5.2 mg/L.考慮到生物膜接種需要較長周期,取60～90 d內(nèi)的穩(wěn)定運行期數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.在穩(wěn)定運行期內(nèi),CAS,SPR-1,LEVAPOR系統(tǒng)的平均出水氨氮濃度分別為2.9±3.1 mg/L,2.1±1.8 mg/L,1.3±1.5 mg/L.顯然,在常溫條件下,活性污泥系統(tǒng)本身就具有很好的硝化效果,投加填料后硝化效率會進(jìn)一步提升,且LEVAPOR海綿填料在常溫下的強化效果略優(yōu)于SPR-1懸浮填料.

圖1　常溫條件下3套反應(yīng)器進(jìn)出水氨氮變化

2.2低溫運行特性分析

圖2　低溫條件下3套反應(yīng)器進(jìn)出水氨氮變化

2.3低溫條件下硝化速率的對比

為了進(jìn)一步分析3套裝置中硝化菌活性差異,取系統(tǒng)好氧池中活性污泥和填料在11 ℃條件下測定硝化速率,結(jié)果如圖3所示.

圖3　　　　低溫條件下(11 ℃)3套系統(tǒng)活性污泥與填料硝化速率對比

由圖3可知,對照組CAS反應(yīng)器活性污泥硝化速率為3.93 mg/(L·h),投加SPR-1型懸浮填料的生物膜-活性污泥系統(tǒng)中,總硝化速率和活性污泥硝化速率分別為6.37 mg/(L·h),2.84 mg/(L·h).這意味著在SPR-1懸浮填料上硝化菌的硝化速率為活性污泥的1.2倍.在投加LEVAPOR海綿填料的復(fù)合系統(tǒng)中,總硝化速率和活性污泥硝化速率分別為3.30 mg/(L·h),3.29 mg/(L·h),因此LEVAPOR填料上硝化菌的硝化速率僅為0.01 mg/(L·h).對比可知,投加SPR-1型懸浮填料后,活性污泥的硝化速率約降低了0.74 mg/(L·h),但SPR-1型填料上附著硝化菌后新增硝化速率3.53 mg/(L·h),因此SPR-1型懸浮填料-活性污泥復(fù)合系統(tǒng)硝化能力得到了明顯改善.

通過向A/O脫氮工藝硝化池中投加懸浮填料改變了系統(tǒng)的硝化速率,但懸浮填料的投加也會占用硝化池的一部分有效體積,從而縮短硝化池的實際水力停留時間(HRT).填料段的實際HRT和填料的填充率密切相關(guān).填料的填充率是其堆積體積占填料段有效體積的比例.以SPR-1懸浮填料為例,一般3.5 L的堆積體積相當(dāng)于1 L的實際體積,所以37%填充率下SPR-1填料與含懸浮填料混合液的實際體積比約為10.6%.根據(jù)硝化速率試驗結(jié)果,對懸浮填料的強化硝化效果進(jìn)行了分析,結(jié)果如表1所示.

表1　　　　生物膜-活性污泥復(fù)合系統(tǒng)中懸浮填料的強化效果分析

注:θ——CAS系統(tǒng)的HRT.

3　結(jié)　論

(1) 在常溫條件下,活性污泥系統(tǒng)硝化效率較高,投加填料對硝化效果的改善有限;

(2) 在低溫條件下,投加SPR-1懸浮填料能夠有效強化活性污泥系統(tǒng)的硝化能力,而LEVAPOR海綿填料反而會惡化硝化;

(3) 對硝化速率改善和HRT損失兩方面綜合分析表明,投加SPR-1型懸浮填料雖然會損失10.6%的HRT,但可提升62.5%的硝化速率,因此系統(tǒng)的硝化效率得以提升.

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[3]BERENDS D,SALEM S,VAN DER ROEST H,etal.Boosting nitrification with the BABE technology [J].Water Science and Technology,2005,52(4):632-670.

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[9]張玲玲,鮑立新,郭興芳,等.無錫市蘆村污水處理廠升級改造效果分析[J].給水排水,2010,36(8):32-35.

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(編輯桂金星)

Nitrification Enhancement by Biofilm-coupledActivated Sludge System

QIU Zhan

(Technical Management Division, Shanghai Chentou Wastewater Treatment Co., Ltd., Shanghai201203, China)

Effects of suspended carriers and sponge carriers on nitrification performance of a biofilm-coupled activated sludge system are investigated under both ambient and cold temperature.The conventional activated sludge system achieves good nitrification performance under ambient temperature,and thus the nitrification enhancement by carriers is limited.Comprehensive analysis in consideration of nitrification rate and hydraulic retention time shows that under low temperature,the nitrification capacity of the coupled system is enhanced by suspended carriers but deteriorated after the addition of sponge carriers.Although suspended carriers takes reaction time of 10.6%,the 62.5% enhancement of nitrification rate increases the overall nitrification efficiency of the biofilm-coupled activated sludge system.

biofilm; nitrification; activated sludge; wastewater treatment

10.3969/j.issn.1006-4729.2016.04.016

2015-09-30

簡介：裘湛(1977-),男,博士,高級工程師,浙江杭州人.主要研究方向為污水處理廠運行管理技術(shù).E-mail:wnclg@sina.cn.

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1006-4729(2016)04-0385-04