双循环两相生物处理工艺(BICT)除磷中试试验.pdf

水 污 染 治 理 双循环两相生物处理工艺 BICT 除磷中试试验 ＊ 潘 杨 黄 勇 李 勇 薛 燕 杨志斌 苏州科技学院环境科学与工程系, 江苏 215011 摘要 一种新型的生物脱氮除磷工艺 双循环两相生物脱氮除磷工艺, 它是在序批式活性污泥法基础上增设独立 的生物膜反应器, 实现微生物的分相培养, 对提高脱氮除磷效率、增强系统运行的稳定性和可靠性提供了很大的潜力。 通过对城市污水的试验, 结果表明, 在适宜的负荷和运行条件下 TP 去除率可达 90, 出水 TP 浓度可控制在 1. 0 mg L 以下。 关键词 BICT 除磷 生物污泥 ＊ “十五”国家重大科技专项资助项目 2003AA601070 ; 江苏省高校 高新技术产业发展项目 JH02-119 0 引言 现在被广泛运用的 A 2 O 工艺、UCT 等脱氮除磷 工艺由于采用微生物混合培养方式 ,难于使不同类群 的微生物 异养菌、 聚磷菌和自养菌 在各自适宜的环 境下生存 ,从而造成生物脱氮与除磷之间对泥龄和底 物需求的不同而使脱氮与除磷效率相互制约 ,进而降 低了整个系统的除磷效率 。BICT 工艺 Bi-Cyclic Two- phase Biological Process,简称 BICT 工艺 [ 1-3] 是在对现 行工艺技术综合分析和多年试验室研究基础上提出 的,是以强化脱氮除磷为主要目的的生物处理新工 艺。该工艺的核心是在序批式活性污泥法的基础上, 增设独立的生物膜反应器 ,使自养的硝化细菌与反硝 化细菌 、 聚磷菌等异养菌实现分相培养 , 克服了传统 脱氮除磷工艺中脱氮和除磷两者在泥龄上相冲突的 问题 。在小试研究的基础上 [ 1] , 提出了工程规模的 BICT 技术 ,通过在某城市污水处理厂对 BICT 工艺进 行中试规模的试验研究。探讨该工艺的技术特性 、 工 艺性能 、 处理效率及影响因素, 考察 BICT 反应器对提 高处理效率和运行稳定性的作用, 取得新工艺的工艺 设计和运行控制参数 。 1 实验装置与方法 1. 1 实验装置与操作 BICT 中试试验装置见图 1。它是由前置厌氧生 物选择器、好氧序批式反应器 SBR 、沉淀池和生物 膜 硝化 反应器 4 部分构成 。其有效容积分别为 0. 12、 0. 6 单个SBR 、 1. 2、 2. 0 m 3 。 BICT 工艺有4 个主要操作过程 步骤 ① 进水 曝气搅拌污泥回流 。进水与主反应器的回流污泥 图 1 BICT 试验装置示意图 一起进入生物选择器中, 在厌氧条件下搅拌混合后, 进入主反应器中进行曝气。步骤 ② 缺氧搅拌 清 液回流。此时主反应器中停止曝气而采用缺氧搅拌, 沉淀池出水槽中回流泵开启, 将沉淀分离后的上清液 提升到膜法硝化反应器, 同时推动其出水返回主反应 器中 进行反硝化和除磷 。硝化反应器中始终曝气 以保持良好的好氧条件。步骤 ③ 对主反应器进行 再曝气操作 此操作可省略 。步骤 ④ 静置沉淀-滗 水和排泥。4 个 SBR 主反应器交替运行。硝化区采 用半软性弹性立体填料并在底部设有曝气装置,厌氧 生物选择器中设有搅拌装置, 主反应器中设有搅拌及 曝气装置 。进水、上清液回流 、污泥回流通过3 台泵 控制。 所有阀门和水泵的启闭均采用 PLC 自动 控制 。 1. 2 实验方法 活性污泥取自苏州某新区污水处理厂三槽交替 7 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 氧化沟为主体的脱氮除磷工艺的好氧段末段 ; 试验期 间的主要进水水质指标 CODCr为 400 ～ 1 000 mg L, NH 4- N 为 24～ 35 mg L ,TKN 为 35 ～ 50 mg L, 总磷为 6～ 15 mg L ,运行周期为 4 h, 试验工况见表 1。 表 1 试验工况 工 况 进水曝气 min 缺氧搅拌 min 沉淀闲置 min 泥龄 d 上清液回流 充水比 HRT选择器 min E16060120101201 330 E27560105101201 330 E390609010120 601 330 2 试验结果与讨论 2. 1 系统对磷的去除 当进水 TP 负荷应在10 ～ 20 g m 3d 时, 系统的 TP 去除率在 80以上 ,当进水负荷在 12 g m 3d 左 右,系统的 TP 的去除率可达 90以上。当磷负荷在 10 g m 3d 以下, 出水 PO3- 4 以 P 计 可达 1. 0 mg L 以下 ,已达到或超过国家城镇污水厂污染物综合排放 标准一级 B 标准的要求 。出水 TP 随进水浓度的增 加而略有上升。整个系统的磷去除率比较稳定,出水 磷酸盐的含量大多低于 1. 5 mg L 。 系统对磷良好的去除效率可归因于以下几个方 面 ① BICT 工艺的生物选择器中聚磷菌厌氧释磷充 分。因为在原污水中含有足够供聚磷菌释磷的易降 解有机物水解成短链脂肪酸 SCFAs , 在此处聚磷菌 利用 SCFAs合成 PHA 并释放出体内的聚磷 。 ② 在选 择器中屏蔽了硝酸盐对聚磷菌的影响 。进入生物选 择器的污泥来自沉淀池的泥斗 ,而沉淀池中的混合液 来自 SBR 主反应器。由于 BICT 工艺的主反应器在 设计和实际运用中均体现出硝化过程被削弱 ,在进水 曝气末期主反应器的硝态氮含量较低 [ 1,2] ,回流污泥 中的硝酸盐几乎不存在 。 ③反应器采用了适宜的污 泥龄提高了污泥活性, 系统的污泥龄保持在 10 d 左 右,泥龄仍有进一步缩短的潜力 。 ④BICT 系统的污 泥转移特性使进入厌氧选择器的污泥量较高 ,从而提 高释磷效率。 稳定运行条件下 BICT 与新区某污水厂三槽式氧 化沟 2种生物处理工艺在除磷效率方面差别显著。 BICT 工艺对磷的去除效果要比三槽氧化沟高出 1 倍 以上, 其除磷优势明显 。这主要是 BICT 工艺在传统 的CASS 工艺基础上 ,增设了独立的膜法硝化区和沉 淀池, 它可以在不影响脱氮效果的基础上 ,适当的缩 短主反应的泥龄 ,屏蔽硝酸盐对除磷的影响 ,从而提 高了系统的除磷效率 。 2. 2 除磷机制 磷在 BICT 系统中的去除主要分为两个阶段 厌 氧释磷和好氧摄磷。如图 2 所示 ,在选择器中进行的 静态释磷动力学实验表明, 不同污泥浓度下 ,生物释 磷的趋势相同, 40 min 左右 ,磷的释放趋势逐渐趋于 平缓。在污泥浓度分别为 3. 2 mg L 和 3. 8 mg L 2 种 情况下,2 次实验的起始总磷浓度相同, 选择器中污泥 浓度为3. 2 g L 时,磷酸盐最终浓度在 12. 4 mg L ; 污泥 浓度为 3 . 8 g L 磷酸盐最终的浓度维持在14. 1 mg L。 计 算得到污泥的最大释磷速率为2. 13 mg mgh 。 图 2还 表明一定污泥浓度范围内, 污泥浓度的增加有利于磷 的释放,这符合生物反应动力学特征。 图 2 磷的释放曲线 BICT 工艺中的厌氧选择器, 具有释磷和筛选絮 性细菌的双重功能。聚磷菌 PAO 迅速吸附进水中 的易降解有机物 ,释放体内的聚磷作为能源 ,特别是 挥发性脂肪酸 VFAs , 而丝状菌和其他的异养菌则 没有这项功能 [ 4] ; 同时在 BICT 系统中克服了硝酸盐 对聚磷菌的影响 ,使聚磷菌在同其他细菌的竞争中处 于绝对优势 。聚磷菌在选择器内完成了吸附过程 ,其 增殖过程是在后面的主反应器 好氧区 完成 。由 图2 表明聚磷菌对溶解性有机物的吸附速度较快 ,水 力停留时间为 40 ～ 60 min 释磷已基本完成 。同时, PAO 属于絮状菌 ,因此厌氧选择器同时具有控制污泥 膨胀的作用 。 主反应器中的 TP 变化如图 3, 污水经过前置生 物选择器的厌氧释磷后, 聚磷菌在好氧条件下, 大量 摄取水中溶解性磷酸盐 ,经过 90 min 的曝气, 主反应 器磷酸盐含量降到 1 mg L 以下 。当缺氧搅拌开始, 伴随着硝化液的回流, 主反应器进入反硝化阶段, 主 反应器中的磷浓度仍在下降, 当搅拌结束后 ,磷酸盐 的含量下降到 0. 4 mg L 左右 。图 3 中所显示在 90 min后得磷浓度变化已经非常小, 但是这未反映出 8 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 主反应器 90 min 后磷的去除实际情况 , 因为在回流 的硝化液中仍含有未经去除的磷; 因为在缺氧搅拌阶 段,仍有相当数量的磷在缺氧条件下 测得溶解氧 DO 在0. 5 mg L 以下 去除, 存在反硝化除磷的可能, 只 不过由于此时硝化液回流和主反应器混合液溢出的 动态过程较为复杂, 没有对其进行精确计量。图 3 还 表明, 实验设计的不同工况对除磷效果影响并不明 显。3 种工况区别在于进水曝气时间的不同 , 实验表 明主反应器曝气 1 h 已基本满足聚磷菌 PAO 的过量 摄磷作用 ,因而增加进水阶段曝气时间并不能提高对 磷的去除效率。 图 3 主反应器的 TP 变化规律 2. 3 BICT 系统特性分析 BICT 工艺是一种间歇流和连续流的组合工艺。 新工艺针对硝化反应器采用连续 回 流方式 ; 而主反 应器为保持对营养物的高效去除率采用间歇进水方 式。这样实现了自养的硝化细菌与反硝化细菌、 聚磷 菌等异养菌实现分相培养 ,解决了硝化需要较长的泥 龄而除磷要求较短泥龄的矛盾 ,最大限度地利用了各 种微生物的特点 ,这是新工艺有别于现行的间歇式生 物脱氮除磷工艺的最大特点。 BICT 系统的SBR主反应器在进水曝气和缺氧搅 拌阶段的污泥是不断变化的。实验条件 工况 3, 硝 化液回流比120,如图4 所示,在进水阶段随着沉淀 池污泥的回流转移使主反应器中的污泥量逐步增加, 进水曝气后期主反应器内的污泥浓度 MLSS 达到极 图 4 BICT 主反应器中的污泥浓度变化 大值, 保证系统获得很高的污染物降解速率 ,因此可 以使 SBR 系统在高的负荷下运行。随着曝气结束进 入缺氧搅拌阶段 ,由于硝化液的回流, 使主反应器内 的部分混合液被挤入沉淀池, 沉淀阶段 SBR 池内的 污泥浓度达到极小值 ,对于沉淀分离非常有利 。 BICT 工艺中的主反应器内不需要实现硝化作 用,可以采用较短的泥龄使主反应器在较高负荷下 运行 。 3 结论 1 BICT 系统进水 TP 负荷应在10～ 20 g m 3d 时,系统的 TP 去除率稳定在 80 以上 ,当进水 TP 负 荷在 12 g m 3d 左右,系统的 TP 的去除率达 90 以 上。当磷负荷在 10 g m 3d 以下 , 出水 PO3- 4 以 P 计 可达 1. 0 mg L 以下。 2 BICT 工艺中的厌氧选择器 ,具有释磷和筛选 絮凝性细菌的双重功能 。其水力停留时间为 40 ～ 60 min即可达到工艺要求。 3 BICT 工艺设置了独立的硝化反应器 , 使生物 脱氮与除磷的关联性得以消除 ,过量增加进水阶段曝 气时间并不能提高磷的去除效率,但可以通过在主反 应器适当缩短泥龄提高系统的除磷效率 。 4 BICT 工艺中间歇反应器与连续流反应器的 特殊组合方式使污泥在各反应器间转移 。这种污泥 转移的实现 ,使系统在反应阶段能保证较高的污泥浓 度从而获得较高除磷效率 ; 同时提高主反应器的沉淀 分离效果, 对增大充水比 ,提高系统的处理能力具有 较大的潜力 。 参考文献 [ 1] Y. Huang, Y. Li , Y. Pan. BICT Biological Process for Nitrogen and Phosphorus Removal. Water Science and Technology , 2004, 50, 6 179 -188. [ 2] 黄勇, 李勇, 潘杨. 双循环两相 BICT 生物处理工艺脱氮除磷研 究. 中国给水排水, 2003, 19 10 44 -46. [ 3] 潘杨, 黄勇, 李勇. 双循环两相 BICT 生物处理工艺的脱氮试验 研究. 环境工程, 2005, 2 23 66-68. [ 4] 吴凡松, 彭永臻, 维斌. 生物选择器与除磷脱氮. 给水排水, 2003,12 29 32 -35. 作者通讯处 潘杨 215011 苏州市新区滨河路 298 号 苏州科技学 院环境科学与工程系 电话 0512 66116261 E -mail panyang mail. usts. edu. cn 2006- 04-06 收稿 9 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 PHOSPHORUS REMOVAL PERANCE OF BI-CYCLIC TWO-PHASE BICTBIOLOGICAL PROCESS ON APPLICATION -SCALEPanYang Huang Yong Li Yong et al7 Abstract The perance of a new biological nutrient removal process BICT bi -cyclic two -phase biological processis studied based on application-scale experimentswith municipal sewage. The new system consistsof anindependent attached-growth reactor and a set of suspended- growthsequencing batch reactors. The configuration and operation modes of the process provide a good potential for optimizing the operation conditions according to the specific requirements, especially for increasing the stability and reliability of the process. According to the experimental results withmunicipalsewage, the processhas strong and stable capability for phosphorus removal. Under suitable conditions, the removal rate of TP total phosphorus is over 90, and the effluent concentration of TP can be controlled below and 1. 0 mg L. Keywords BICT, phosphorus removal and biological sludge BIOFILMATIONANDTHEDEGRADATIONOFANILINEWASTEWATERBY OCHROBACTRUM ANTHROPI IN A THREE -PHASE FLUIDIZED BED Wu Jinhua Wei Chaohai Li Ping et al 10 Abstract The treatment of aniline wastewater by internal loop three -phase fluidized bed coupled with Ochrobactrum anthropi which was isolated and domesticated from soil and water polluted by aniline was investigated with prepared fibre -granula as carrier. A variety of degradation conditions including dissolved oxygen DO , hydro -retention time HRT and resistant capacity of concentration load shock were studied to provide ination and recommendations for large -scale biological treatment of aniline -containing wastewater. The results showed that microorganism had settled on the surface of granula in 4 days and the reactor had achieved stable state for 30 -day domestication. Moreover, it had successfully eliminated the wastewater containing aniline from a pharmaceutical factory. Keywords aniline wastewater, predominant strain, biodegradation and three -phase fluidized bed TREATMENT OF WASTEWATER FROM WHITE CARD PAPER PRODUCTION WITH INCLINED SCREEN -FLOCCULATION SEDIMENTATION -A O PROCESS Tian Qiping Zheng Ping Fu Delong 13 Abstract The wastewater from white card paper production was treated with inclined screen -flocculation sedimentation-A O process. The resultsshowed that the average removal percentage of CODCrand SS reached 97. 9and99 . 1, respectively. The effluent couldmeet the national standard steadily. When the inclined screen was adopted to reclaim waste fiber in wastewater and the superficial loading rate was set at 5 ～ 12 m3 m2h, the removal percentage of CODCrand SS reached 52. 8 and 53. 7, separately. The benefit from fiber reclamation is equal to 33 yuan per ton of paper, whichis2. 5of the total cost of paper. Recycle of the excessive activated sludge could cut down the chemical dosage, thus saving 25 of total running cost and alleviating secondary pollution. Keywords inclined screen, flocculation sedimentation, A O process and paper -making wastewater A PILOT SCALE EXPERIMENT ON VC -MAKING WASTEWATER TREATMENT BY MEMBRANE BIO-REACTORFeng Pei Zhou Wenbin Tang Guilan et al 16 Abstract It is maily introduced the perance of a wastewater plant of a VC -producing company and the start-up of the VC wastewater treated by the MBR process and the running under different conditions of the system. Through comparing two different process conditions, when the sludge concentration is controlled at 8 0000 mg L, DO controlled at 2mg L and the HRT controlled at 14 hours, the average CODCrremoval rate will be 90. 2 and the NH3-N removal rate will be 89. 95. Keywords VC-making wastewater, starting operation andMBR INVESTIGATION ON THE RUNNING PERANCE OF MUNICIPAL SEWAGE TREATMENT PLANTChen Hongbin Tang Xianchun Dong Bin et al 19 Abstract The objective of this study is to investigate the factors affecting running perances and the measures for improving the running effects of WWTPs. Through two -year running results of one wastewater treatment plant, it is showed that CODCr, BOD5andSS can alwaysmeet the discharge standard the low removal efficiencies of NH3-N and TN are concerned not only with short hydraulic retention time HRT, high organic loading rates, and low DO in aerobic stages, but also with the supernatants of sludge anaerobic digestion recycling directly to inletwellof wastewater treatment facilities; the removing efficiencies of TP and PO3 - 4 -P are influenced by the recycling of biological rich -phosphorus excess sludge and supernatants of sludge anaerobic digestion and dewatering too. The advantages and disadvantages of rich-phosphorus excess sludge recycling to primary sedimentation tanks are discussed;an additional treatment step is necessary for removing TP of supernatants from sludge anaerobic digestion before it flows back to wastewater treatment facilities. Keywords wastewater treatment plant, nitrogen phosphorus, excessive sludge and supernatants of sludge digestion THE DESIGN OF NITROGEN REMOVAL BY SBR PROCESSLi Ying Guo Aijun Li Weiran 23 Abstract Not only can SBR process remove organic pollutants efficiency, but also remove nitrogen well and do not need extra reactor. It is a process which is efficient, economical, easily -controlling and applicable for medium or small water flow. But there wasn t a integrated and accepted design aimed at nitrogen removal in SBR process. It was introduced a new design of nitrogen removal by SBR process, such asthe design 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 6, Dec . , 2006