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低溶解氧条件下分段进水对SBR工艺脱氮除磷效果的影响研究

更新时间:2016-07-05

目前,城市生活污水多采用活性污泥法处理,但在运行过程中存在弊端:其一是剩余活性污泥处理问题,微生物进行新陈代谢,2/3的能量用于细胞合成,造成剩余污泥增值迅速,其处理费用占整个运行成本一半以上;其二是能耗问题,活性污泥工艺处理城市污水过程中电耗费用占常规运行成本的1/3以上。针对城市生活污水处理中产生活性污泥的问题,许多学者进行了研究,如闫骏等[1]研究表明,人为控制低碳氮比(C/N),应用同步硝化反硝化原理[2],限制微生物对碳源的需求,保持同等处理效果下,可降低污泥产率;陈丽丽[3]的研究表明,通过控制活性污泥系统处于低溶解氧(DO)状态,会产生微污泥膨胀,可使处理效果提高,同时降低了能耗;Meng等[4]研究表明,低DO状态下,活性污泥产率的下降可使活性污泥量也有所减少[4];胡远志等[5]研究表明,选用SBR反应器,在低DO条件下,采用二段进水方式,可提高聚磷菌和反硝化细菌对进水中碳源的竞争力,避免了外加碳源,同时降低了运行成本。本文在上述研究的基础上,开展了低DO条件下分段进水SBR运行模式的试验研究,对比分析了4种低DO条件下传统SBR工艺与分段进水SBR运行模式的脱氮除磷效果,为分段进水处理城市生活污水提供理论依据和实践建议。

1 材料与方法

1. 1 试验装置与运行

试验装置见图1。该装置由有机玻璃制成,高400 mm,直径190 mm,有效容积为11.3 L;在SBR反应器壁上设有出水口(距离底部200 mm),反应器底部设置排泥管;以微孔曝气盘进行曝气,采用鼓风曝气,以转子流量计(LZB-3WB,常用双环热工仪表有限公司)调节曝气量;通过加热器(300W,德国EHEIM GmbH&Co.Kc)控制水温,通过蠕动泵(BT300K,保定创锐泵业有限公司)控制出水。SBR反应器运行方式如下:2周期/d,一段采用进水—缺氧—好氧—沉淀—排水排泥;二段采用进水—缺氧—好氧—缺氧搅拌—进水—缺氧—好氧—沉淀—排水排泥,详见表1。

结合图9、图10可以得到,方铅矿具有较好浮选回收率的矿浆电位区间与元素硫存在的电位-pH区间大致重合,这是因为在此区间内生成的元素硫具有良好的疏水性,从而提高了方铅矿浮选回收率。当矿浆电位过低时,溶液具有强还原性,此时硫元素会被还原成亲水性的两性离子HS-,使矿物疏水性减弱,回收率降低。当矿浆电位过高时,溶液呈强氧化性,会生成PbO,形成亲水钝化层[8],同样会影响方铅矿浮选,使回收率降低。

图1 试验装置图 Fig.1 Experimental device diagram

传统的教学班为50人一班,由于场地、设备、师资限制,实训教学可观性较低。为此,我们克服困难,在原有分班不变的基础上,由每4名教师成立一个教学小组,4名教师同时开展一个班的实训教学,实施灵活的二次排课制度。虽然教师授课任务增加了,但经过一学年的尝试,学生实训成绩明显提高,且学生对基础护理学实训课的满意度及兴趣普遍提高,期末学生教学测评平均在97分以上。

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1. 2 进水水质和接种污泥

SBR反应器的进水采用人工配水方式,取原水稀释再加NaCl、K2HPO4 、邻苯二甲酸氢钾和葡萄糖等进行配水(原水取自城市生活区的化粪池污水),试验期进水水质见表2。接种污泥取自某污水处理厂二沉池回流污泥,SBR反应器初始活性污泥浓度为2 000 mg/L。

表1 不同进水方式SBR反应器的运行时间安排 Table 1 SBR reactor operation schedule for different influent modes

进水方式周期运行时间/min进水时间/min厌氧/缺氧好氧沉淀出水合计第一次第二次一段进水I1351752020350150一段进水II1351752020350150二段进水I1251852020350105二段进水II1251852020350105

表2 SBR反应器试验期进水水质 Table 2 Water quality of SBR reactor in the test period

项目pH值碱度(以CaCO3计)/(mg·L-1)CODCr浓度/(mg·L-1)NH3-N浓度/(mg·L-1)NO-2-N浓度/(mg·L-1)TN浓度/(mg·L-1)TP浓度/(mg·L-1)范围7~7.8300~40090~15022~290~0.0528~354.5~5.4均值350120250.02304.8

1. 3 分析方法

采集SBR进出水,采用国标法测定CODCr、NH3-N、N-N、N-N、TN和TP等浓度,观察SBR反应器试验周期内的DO浓度、pH值、ORP(氧化还原电位)和试验末期活性污泥SV、SVI和MLSS浓度的变化。DO浓度和ORP采用HACH HQ40d多参数水质测定仪(HACH,美国)测定;pH值采用HACH HQ30d水质测定仪(HACH,美国)测定;SV和MLSS浓度采用重量法测定。

2 结果与分析

2.1 不同低溶解氧条件下两种进水方式对有机物去除效果的影响

2.1.1 对CODCr去除效果的影响

试验在厌氧/缺氧—好氧和厌氧/缺氧—好氧—缺氧—好氧条件下运行SBR反应器,通过控制气体转子流量计调节好氧段DO浓度,研究传统SBR工艺和分段进水SBR两种运行模式对CODCr的去除效果,其试验结果见图2。

[6] 彭赵旭.污泥微膨胀低能耗方法的基础研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2008.

图2 不同溶解氧条件下两种进水方式的SBR反应器对CODCr的去除效果 Fig.2    Effect of SBR reactors of two water feeding patterns on CODCr removal under different dissolved oxygen conditions

由图4可见,一段和二段稳定期出水中TP均值分别为3.3 mg/L、3.4 mg/L、3.5 mg/L、3.6 mg/L和2.6 mg/L、2.8 mg/L、2.9 mg/L、3.05 mg/L,TP去除率分别为25.5%、21.8%、21%、18.5%和44.7%、40%、37.7%、33.7%;二段进水方式比一段进水方式TP的去除效率更好,且在4种DO条件下,当DO浓度为1.0 mg/L时,TP去除率提高了20.2%;结合图4和图3进行分析,二段进水比一段稳定期出水TN浓度更低,这是因为硝态氮进行反硝化吸收的能源更低,从而提高了聚磷菌吸收VFA的比例。

2.1.2 对总氮(TN)去除效果的影响

试验采用4种不同低DO条件下,考察了一段和二段两种进水方式的SBR反应器对TN的去除效果,其试验结果见图3。

图3 不同溶解氧条件下两种进水方式的SBR反应器对TN的去除效果 Fig.3    Effect of SBR reactors of two water feeding patterns on TN removal under different dissolved oxygen conditions

采用二段进水方式的目的是将总进水分为两部分,使每部分进水中易生物降解的CODCr被前段进水硝化产生的N-N的反硝化过程所利用,从而使好氧阶段异氧菌对CODCr进行慢速降解,同时减弱与硝化细菌对DO的竞争,提高了脱氮效率[11]

实施最严格水资源管理,落实三条红线,须大力发展水利科学技术,切实提高水生产力。目前,我国许多地区还处在水生产力的人工和机械化阶段,电气及信息化的生产力水平非常有限,这是阻碍最严格水资源管理制度进一步落实的主要问题。因此,大力发展水利科学技术,汲取国际水管理的先进经验,提高监控水资源的技术与管理能力,提高水生产力,是当前进一步落实最严格水资源管理制度的关键任务。此外,深入阐述水生产力的内涵,从劳动者、生产工具及劳动对象等方面,建立水生产力的定量评价指标体系,评价流域社会水生产力的发展水平,提出水生产力提高的途径,是下一步研究的主要思路。

[8] 巩有奎,彭永臻,杨庆.分段进水SBR短程生物脱氮过程中N2O产生及控制[J].环境工程学报,2014,8(3):845-850.

由图3(a)可见,当DO浓度为1.0 mg/L时,经一段和二段进水处理稳定后,一段和二段出水中TN均值分别为17.4 mg/L、12.7 mg/L,TN去除率分别为45%、62%;当DO浓度为1.0 mg/L左右时,活性污泥发生微膨胀,为同步硝化反硝化(SND)提供了理想条件,部分氮通过SND[12-13]转化,降低了对碳源的需求量,从而提高了TN的去除率。

念蓉扶楚墨上床,楚墨很快打起呼噜。沙发上堆着他脱下来的衣服,客厅里,一股难闻的酒精气息。念蓉洗完澡,上床,却睡不着。雨似乎停了,一滴雨水落到窗外的空调冷却机上,地动天惊。

2.1.3 对总磷(TP)去除效果的影响

试验采用4种不同DO条件下,考察了一段和二段两种进水方式的SBR反应器对TP的去除效果,其试验结果见图4。

图4 不同溶解氧条件下两种进水方式的SBR对TP的去除效果 Fig.4    Effect of SBR reactors of two water feeding patterns on TP removal under different dissolved oxygen conditions

(2) 二段进水方式,采用4种不同DO条件下,SBR反应器出水CODCr浓度相比一段进水分别上升到18.1 mg/L、19.2 mg/L、24 mg/L和22.8 mg/L,CODCr去除率分别减少了17%、18%、21%和22%。这是因为二段进水增加了有机物负荷梯度和DO浓度梯度,抑制了丝状菌的生长繁殖,相比一段进水降低了CODCr的去除率。该试验结果与巩有奎等[8]、赵娜[9]、刘山虎等[10]的研究结果有出入,当DO浓度为1.0 mg/L时,CODCr的去除效果削减得最少,异氧菌和丝状菌生长相比其他低DO条件下更好。

2.2 不同低溶解氧条件下两种进水方式对活性污泥性能的影响

试验采用4种不同DO条件下,考察了一段和二段两种进水方式的SBR反应器对活性污泥SVI和MLSS的去除效果,其试验结果见图5。

由图3(b)、(c)、(d)可见,当DO浓度分别为0.8 mg/L、0.5 mg/L和1.5 mg/L时,一段和二段出水中TN均值分别为19.5 mg/L、18.6 mg/L、21.6 mg/L和13.0 mg/L、14.4 mg/L、13.1 mg/L,TN去除率均值分别为38%、41%、31%和54%、50%、52%。从有利于TN去除效率的角度来看,一段进水条件下对DO浓度的排序为1.0 mg/L>0.5 mg/L>0.8 mg/L>1.5 mg/L,二段进水条件下对DO浓度的排序为1.0 mg/L>0.8 mg/L>1.5 mg/L>0.5 mg/L。由此可见,在低DO条件下处理低C/N生活污水,二段进水比一段进水对TN的去除效率更高,该研究结果与刘晨等[14]的研究结果基本相似。

在不外加碳源、进水C/N<4、有机负荷为0.1~0.2 kgCOD/(kgMLSS·d)时,SBR反应器中活性污泥处于微膨胀状态。根据鞠宇平等[15]、陈滢等[16]、侯兆超[17]的研究表明,在此负荷下,当DO浓度在0.3~0.7 mg/L之间时,SVI浓度可在150~200 mg/L内保持稳定。

由图5可见,在一段进水方式下,当DO浓度在0.5~1.0 mg/L之间时,SBR反应器中活性污泥的SVI浓度维持在140~250 mg/L以内,SVI浓度随DO浓度的升高而升高;SBR反应器的污泥龄SRT控制在45 d,MLSS浓度在800~1 500 mg/L以内表现稳定,表观上活性污泥产率降低,实现了污泥减量化,该研究结果与徐宇峰[18]的研究结果基本相似。在二段进水方式下,当DO浓度在0.5~1.0 mg/L之间时,SBR反应器中活性污泥的SVI浓度稳定在120~160 mg/L以内,相比一段进水SVI浓度有所降低,活性污泥沉降性能有所改善;当DO浓度为1.5 mg/L时,SBR反应器中活性污泥的SVI浓度稳定为100 mg/L;当DO浓度在0.5~1.0 mg/L之间时,SBR反应器运行稳定时,MLSS浓度在700~1 000 mg/L之间,相比一段进水MLSS浓度更低。

图5    不同溶解氧条件下两种进水方式的SBR反应器对活性污泥SVI和MLSS的去除效果 Fig.5    Effect of SBR reactor of two water feeding patterns on the removal of SVI and MLSS of activated sludge under different dissolved oxygen conditions

3 结 论

针对传统生物法处理低C/N生活污水存在曝气量过量、有机碳源不足和脱碳效率低等问题,本文提出了新型SBR运行模式(低DO、分段进水SBR工艺),该模式通过控制曝气量,实现了低DO,避免了DO过饱和,并优先利用原水中的可生物降解的CODCr而减少了外加碳源。

1月27日~2月2日为国家法定节假日,为探究“假日效应”,分别对春节期间和其前一周大气污染物浓度均值进行统计,如下表1所示。显然,非假期的所有大气污染物浓度显著高于春节期间的污染物浓度。这与春节期间放假,污染排放强度显著降低的事实相符。

(2) 采用4种不同DO(DO浓度分别为1.5 mg/L、1.0 mg/L、0.8 mg/L和0.5 mg/L)条件,在一段进水方式下,当DO浓度为1.0 mg/L时,SBR反应器对TN去除效率最佳,二段进水方式下其TN去除率为62%,比一段进水提高了17%。

(3) 采用4种不同DO条件,在二段进水方式下,当DO浓度为1.0 mg/L时,SBR反应器对TP的去除效果最佳,TP去除率达45%;SBR反应器中活性污泥MLSS浓度从2 000 mg/L衰减到1 000 mg/L,在表观上活性污泥的产率降低,实现了污泥减量化;当DO浓度在0.5~1.0 mg/L之间时,SBR反应器中活性污泥的SVI浓度稳定在100~150 mg/L以内,活性污泥发生了微膨胀。

为了更好地理解这门课程,我们首先要明白,研究性学习具有什么样的特点,它的价值定位是什么,以及它与学科教学,与活动课有什么联系和区别。

参考文献

[1] 闫骏,王淑莹,高守有,等.低溶氧下低C/N值生活污水的同步硝化反硝化[J].中国给水排水,2007,23(3):44-48.

[2] Wang B,Wang W,Han H.Nitrogen removal and simultaneous nitrification and denitrification in a fluidized bed step-feed process[J].Journal of Environmental Sciences,2012,24(2):303-308.

[3] 陈丽丽.低溶解氧下微膨胀颗粒污泥的脱氮效能及对N2O产生量的影响[D].哈尔滨:东北林业大学,2014.

(1) 传统SBR工艺中,CODCr去除率达90%以上,与之相比二段进水方式下其去除率下降了20%。

[4] Meng Q,Yang F,Liu L,et al.Effects of COD/N ratio and DO concentration on simultaneous nitrification and denitrification in an airlift internal circulation membrane bioreactor[J].Journal of Environmental Sciences,2008,20(8):933-939.

[5] 胡远志,宋碧玉,孙青,等.分段式SBR与传统SBR工艺的对比研究[J].安全与环境工程,2008,15(1):70-73.

对前面所述的各试验结果与模拟结果进行比较可知,试验与模拟得到的轴向压力均先增大后减小。轴压圆柱壳具有很强的非线性,从而导致圆柱壳在达到峰值荷载后承载力急剧下降,轴压圆柱壳的后屈曲性质是不稳定的,且很小的几何缺陷就会极大地降低其承载力[2]。不同壳体屈曲临界载荷值如表1所示。试验与模拟均是临界载荷值开孔圆柱壳最小,含补强件圆柱壳次之,圆柱壳最大。说明开孔降低了圆柱壳屈曲临界载荷,通过补强可以提高其屈曲临界载荷。

(1) 一段进水方式,SBR反应器从启动期到稳定期,采用4种不同DO条件(DO浓度分别为1.0 mg/L、0.8 mg/L、0.5 mg/L和1.5 mg/L),其运行结果[见图2(a)、(b)、(c)、(d)]显示,SBR反应器稳定出水中CODCr浓度分别为12.6 mg/L、10.0 mg/L、2.2 mg/L和9.6 mg/L,CODCr平均去除率分别为89%、92%、98%和92%。这是因为一段进水在C/N<5、碳源不足和低DO条件下,SBR反应器发生了活性污泥微膨胀[6],污泥微膨胀主要是发生丝状菌膨胀[7],在低DO浓度下,丝状菌比菌胶团细菌更容易获得DO使其生长繁殖,当DO浓度<1.5 mg/L时,随着DO浓度的降低,丝状菌数量增加,吸附和吸收的有机质增加,CODCr出水浓度降低,其去除率提高。

[7] 唐悦恒,方闻,罗莹,等.SBR/OSA工艺的污泥减量化运行机理研究[J].中国给水排水,2011,7(5):104-108.

3)微机继电保护装置中接线错误也是其常见故障之一。在电力运行期间出现接线错误,往往要在对新装电路进行全面的检验和调试后才能发现,由于线路本身的复杂性,处理起来难度较大,因此,接线错误在微机继电保护装置故障中,解决起来相对较为麻烦。

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[9] 赵娜.多环系统处理低碳源城市污水运行方式优化的试验研究[D].重庆:重庆大学,2005.

[10]刘山虎,潘绵立,赵伟,等.分段进水SBR处理低C/N值含盐废水的脱氮效果[J].中国给水排水,2013,29(5):5-9.

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[12]Peng Y,Hou H,Wang S.Nitrogen and phosphorus removal in pilot-scale anaerobic-anoxic oxidation ditch system[J].Journal of Environmental Sciences,2008,28(4):398-403.

土地革命时期,以毛泽东为代表的中国共产党人,对中国革命的道路进行了艰辛探索,逐步找到了建立农村革命根据地,以农村包围城市,最后夺取政权的道路。方志敏同志及其领导的赣东北红军和根据地,对此作出了重要贡献。在此期间,方志敏在探索中国革命道路的问题上,提出了诸多与毛泽东不谋而合、所见略同的思想主张,并付诸实践,卓有成效,成就了一条与“朱毛式”并驾齐驱的“方志敏式”的道路模式。

[13]Qi R,Yang Q,Yu Z.Treatment of coke plant wastewater by SND fixed biofilm hybrid system[J].Journal of Environmental Sciences,2007(2):153-159.

[14]刘晨,杨丹丹,刘绍根.分段进水运行方式提高SBR工艺脱氮性能的研究[J].安徽建筑大学学报,2017,25(1):48-51.

[15]鞠宇平,张林生,余静.有机负荷和溶解氧的变化对SBR污泥膨胀的影响及控制方法[J].环境污染治理技术与设备,2002,3(12):21-24.

[16]陈滢,彭永臻,杨向平,等.低溶解氧SBR除磷工艺研究[J].中国给水排水,2004,20(8):40-42.

[17]侯兆超.低溶解氧SBR运行性能及优化控制研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2011.

[18]徐宇峰.低氧活性污泥法除污及污泥减量研究[D].重庆:重庆大学,2014.

每个人应该都会有烦恼,这些烦恼像灰尘一样散布在我们的生活中。我曾经也有过烦恼,那就是——弹、钢、琴!!!

王珍宝,施春红,黄晓龙,姜凯
《安全与环境工程》2018年第2期文献

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