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        污泥雙回流-AOA工藝在北方城鎮(zhèn)污水處理中的應(yīng)用研究

        2025-04-26 00:00:00趙彥釵
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2025年7期

        摘 要:污泥雙回流-AOA是國際領(lǐng)先的城市污水節(jié)能降碳技術(shù),在南方地區(qū)得到了較好的應(yīng)用和推廣,在北方城鎮(zhèn)污水廠還沒有得到大規(guī)模應(yīng)用,本文以北方某城鎮(zhèn)污水廠為依托,建立了基于污泥雙回流-AOA工藝的中試系統(tǒng)來處理低C/N城鎮(zhèn)污水,處理規(guī)模為120m3/d,在無外加碳源投加的情況下,考察了該工藝對COD、氨氮、總氮和總磷的處理效果,在系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行27d后,排除60%的剩余污泥,并對污泥濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。結(jié)果表明,在無外碳源投加的情況下,污泥雙回流-AOA工藝處理北方低C/N城鎮(zhèn)污水仍然具有較好的污染物去除效果和較低的剩余污泥產(chǎn)量。

        關(guān)鍵詞:AOA;C/N;城鎮(zhèn)污水;污泥雙回流

        中圖分類號:X 703" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        當(dāng)前大多數(shù)的城鎮(zhèn)污水處理廠采用高能耗的技術(shù),不僅帶來間接的碳排放,還增加了能源消耗和運(yùn)行成本[1]。主要存在以下3個問題。1)用電量大。從能耗來看,我國城鎮(zhèn)污水處理廠平均電耗約0.48kWh/m3,其中鼓風(fēng)機(jī)為第一大耗電設(shè)備[2],耗電量超過50%。2)碳源消耗大。北方城鎮(zhèn)污水的C/N比較低,在處理過程中需要加入甲醇、葡萄糖等外源碳將污水中的NO3--N全部還原為N2,增加了污水處理成本,而且增加了污泥的產(chǎn)量。3)污泥產(chǎn)量大。預(yù)計到2025年,我國含水率80%的污泥年產(chǎn)量將達(dá)到1.6億t。但是調(diào)研結(jié)果顯示,我國污水處理廠所產(chǎn)生的污泥有70%沒有得到妥善處理。

        污泥雙回流-AOA是北京工業(yè)大學(xué)彭永臻院士團(tuán)隊首創(chuàng)的國際領(lǐng)先的城市污水節(jié)能降碳技術(shù),在海南、廣東等地得到了廣泛應(yīng)用且效果良好。AOA新技術(shù)將缺氧區(qū)后置,污水依次流經(jīng)厭氧-好氧-缺氧(A-O-A)生物反應(yīng)池,TN去除效率顯著提高[3]。與傳統(tǒng)的A2/O、A/O工藝相比[4],該工藝外碳源投入量少、污泥產(chǎn)量低、能耗明顯降低,提高了比內(nèi)源反硝化速率且實現(xiàn)了深度去氮的目標(biāo)[5]。本文研究污泥雙回流-AOA工藝在不加碳源的情況下處理北方低C/N城鎮(zhèn)污水,并研究了系統(tǒng)的剩余污泥產(chǎn)生情況,以期對污泥雙回流-AOA工藝在北方低C/N城鎮(zhèn)污水處理上的工程應(yīng)用提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 中試裝置及運(yùn)行方式

        AOA工藝中試裝置系統(tǒng)如圖1所示。中試裝置由AOA生化池和二沉池2個主體反應(yīng)器組成。AOA生化池為長方形反應(yīng)池,依次劃分為厭氧區(qū)、好氧區(qū)、缺氧區(qū)。該裝置工藝流程如下:潛污泵將污水處理廠細(xì)格柵出水輸送到本中試裝置系統(tǒng),依次流經(jīng)生化池的厭氧區(qū)、好氧區(qū)、缺氧區(qū),生化池出水進(jìn)入二沉池,泥水分離后,上清液排出,沉淀污泥分2路回流到AOA生化池,一路回流到厭氧區(qū)前端(第一污泥回流),一路回流到缺氧區(qū)前端(第二污泥回流)。

        1.2 試驗水質(zhì)與接種污泥

        本研究中使用的污水來自北方某城鎮(zhèn)污水處理廠細(xì)格柵出水,水質(zhì)特征包括COD、NH4+-N、TN、TP,水質(zhì)特征值范圍見表1。其中,污水平均C/N為4.22(試驗用的污泥來自該污水處理廠生化池)。

        1.3 試驗方法

        從污泥雙回流-AOA系統(tǒng)進(jìn)水和出水處取水樣,用15μm~25μm的濾紙過濾后進(jìn)行水質(zhì)指標(biāo)檢測。試驗的主要方法如下。1)在本中試裝置啟動初期,引入污水處理廠細(xì)格柵出水作為原水,并投加該污水處理廠生化池污泥,系統(tǒng)運(yùn)行期間無外碳源投加,無剩余污泥排放,監(jiān)測生化池進(jìn)出水各項指標(biāo)。2)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行27d后,排除剩余污泥的60%,無外碳源投加,無剩余污泥排放,第一污泥回流100%,第二污泥回流200%,系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行15d,在此過程中,監(jiān)測生化池進(jìn)出水各項指標(biāo)及好氧區(qū)污泥濃度,系統(tǒng)進(jìn)水量為5m3/h,HRT為15h。

        1.4 分析方法

        COD、NH4+-N、TN、TP均采用美國哈希(HACH)快速測定儀法,MLSS(混合液懸浮固體濃度)采用質(zhì)量法,DO、溫度采用美國哈希在線監(jiān)測儀監(jiān)測。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 對污染物的去除效果

        2.1.1 對COD的去除效果

        本試驗對COD的去除效果如圖2所示。進(jìn)水COD平均為176mg/L,出水COD平均為28mg/L,平均去除率為84.11%,去除效果良好。COD的去除主要發(fā)生在生物池的厭氧區(qū),城鎮(zhèn)生活污水中的COD絕大部分為可生物降解的溶解態(tài)COD,厭氧段,在厭氧菌的作用下,發(fā)生水解酸化,生成易被微生物利用的有機(jī)揮發(fā)酸VFA,厭氧菌同化吸收VFA,儲存于細(xì)胞內(nèi),為后續(xù)合成自身物質(zhì)做準(zhǔn)備。在生物池的缺氧段也會有部分COD被去除,缺氧段主要發(fā)生反硝化細(xì)菌的反硝化脫氮作用,反硝化細(xì)菌屬于異養(yǎng)菌,反硝化作用的進(jìn)行需要消耗外部碳源。

        2.1.2 對NH4+-N的去除效果

        本試驗對NH4+-N的去除效果如圖3所示,進(jìn)水NH4+-N平均為37.21mg/L,出水NH4+-N平均為2.49mg/L,平均去除率為93.48%,去除效果較優(yōu)。在城市污水和工業(yè)廢水中,氮主要以有機(jī)態(tài)或氨氮的形式存在。有機(jī)氮包括蛋白質(zhì)和尿素,在氨化菌的作用下,分解轉(zhuǎn)化為氨氮,一部分氨氮發(fā)生同化作用,被細(xì)菌合成自身組成物質(zhì),而另一部分氨氮則通過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。硝化作用是由專門的自養(yǎng)微生物分2個階段進(jìn)行的生物過程:亞硝化細(xì)菌將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮,硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽氮,硝化作用主要發(fā)生在生物池的好氧區(qū)。

        2.1.3 對TN的去除效果

        本試驗對TN的去除效果如圖4所示,進(jìn)水TN平均為38.01mg/L,出水TN平均為8.36mg/L,平均去除率為78.26%,去除效果良好??偟娜コ饕揽咳毖醵蔚姆聪趸饔?,反硝化作用是指反硝化細(xì)菌在缺氧條件下還原硝酸鹽并產(chǎn)生氮氣的過程。生物脫氮是通過硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的聯(lián)合作用去除污水中的含氮污染物。反硝化作用是缺氧反應(yīng)(無氧氣,但有氧化態(tài)氮),需要提供電子供體,電子供體一般為原水中可生物降解的有機(jī)物,傳統(tǒng)的A2/O、A/O工藝需要在缺氧段投加外碳源,而污泥雙回流AOA工藝不需要投加外碳源,主要依靠內(nèi)源反硝化,增加的第二污泥回流將二沉池底部污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的易利用碳源輸送至缺氧區(qū),有利于反硝化的進(jìn)行。

        2.1.4 對TP的去除效果

        本試驗對TP的去除效果如圖5所示,進(jìn)水TN平均為3.76mg/L,出水TN平均為0.26mg/L,平均去除率為92.73%,TP的去除率比較高。在生物除磷過程中,總的流程是原水中的磷進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞,然后以剩余污泥的形式排放到系統(tǒng)外。聚磷菌PAO可以在厭氧和好氧交替的環(huán)境中,將磷以多聚磷酸鹽的形式吸收、匯集在細(xì)胞內(nèi)。在厭氧段,聚磷菌利用釋放正磷酸鹽獲得的能量吸收乙酸和糖原,合成聚羥基脂肪酸酯(PHB)并儲存于細(xì)胞內(nèi),聚磷菌中的PHB將隨著多聚磷酸鹽減少而增加。在好氧段,聚磷菌體內(nèi)儲存的PHB被代謝掉,為新細(xì)胞的生長提供能量和碳源,PHB代謝所提供的能量形成了多聚磷酸鍵,使可溶性正磷酸鹽被重新吸收并以多聚磷酸鹽的形式進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)。聚磷菌在厭氧階段充分釋磷,在好氧階段重新吸磷,這是磷被去除的原因。

        2.2 污泥濃度影響分析

        在排泥前,系統(tǒng)的污泥濃度較高,由于無外加碳源,進(jìn)水COD無法滿足系統(tǒng)內(nèi)大量微生物生長代謝的需求,大批微生物因碳源不足而死亡,菌膠團(tuán)解體,生物池液面上漂浮大量“死泥”,不利于泥水分離。說明在無外加碳源的情況下,需要降低污泥濃度,以減少生物池液面上難以沉降的懸浮物。在系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行27d后,排除60%的剩余污泥,此時,好氧區(qū)污泥濃度約為3010mg/L,進(jìn)水中的COD能夠滿足系統(tǒng)內(nèi)微生物生長代謝需求,微生物開始增殖,污泥濃度增加,如圖6所示,在14d運(yùn)行期內(nèi),污泥濃度平均增加量為182mg/L·d,即每噸進(jìn)水約產(chǎn)出114g剩余污泥,遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)A2/O、A/O工藝的剩余污泥產(chǎn)量。

        3 結(jié)語

        本研究使用北方某城鎮(zhèn)污水處理廠細(xì)格柵出水,利用污泥雙回流-AOA工藝進(jìn)行處理,通過連續(xù)試驗得到COD、NH4+-N、TN和TP的平均去處效果分別為84.11%、93.48%、78.26%、92.73%,整體效果較好,說明了污泥雙回流-AOA工藝在北方城鎮(zhèn)污水廠具有推廣價值。

        在系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行27d后,排除60%的剩余污泥,對污泥濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn),在無外碳源投加的情況下,污泥雙回流-AOA工藝每噸進(jìn)水剩余污泥產(chǎn)量僅為114g,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)A2/O、A/O工藝的剩余污泥產(chǎn)量,該工藝在降低污泥產(chǎn)量方面具有明顯優(yōu)勢。

        參考文獻(xiàn)

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