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A DAT-IAT生物脱氮工艺短程硝化反硝化 ＊ 吴春笃 聂 颖 缪应祺 于 琦 江苏大学环境学院, 江苏 镇江 212013 摘要 研究了A DAT -IAT 生物脱氮工艺在低溶解氧浓度下, 处理高氨氮、低碳氮比工业废水时, 去除氨氮过程中亚硝 酸盐积累的情况。结果表明, 系统在低 DO 浓度下有效去除氨氮的同时, 能够实现长期稳定的亚硝酸盐积累, 并且没 有发生污泥膨胀。 在试验的稳定运行阶段, 当系统运行正常, DO1. 0 mg L 时, DAT 池亚硝化率 NO- 2-N NO - X-N 平均 可达 82. 1, 氨氮去除率95, 污泥的沉降性能一直良好, SVI 值处于 90～ 125 mL g 范围内。 关键词 A DAT -IAT 生物脱氮 短程硝化反硝化 亚硝酸盐积累 低 DO ＊镇江市社会发展科技项目“ADC 发泡剂生产废水处理技术研究 SH2005062 0 引言 近年来,围绕短程硝化反硝化的可行性进行了大 量实验研究和工程实践 [ 1,2] ,结果表明 与传统的硝化 反硝化脱氮工艺相比 ,短程生物脱氮工艺适用于高氨 氮、 低碳氮比废水的处理 。实现短程硝化反硝化的关 键在于抑制亚硝酸盐氧化菌的增长 ,从而导致亚硝酸 盐在硝化过程中得到稳定的积累。本研究以 A DAT- IAT 这一新型SBR改进工艺为对象 ,应用试验装置处 理高氨氮、低碳氮比工业废水, 主要研究了在连续进 水情况下 ,利用低 DO 浓度实现好氧池 DAT 池 亚硝 酸盐长期稳定积累, 进而实现 A DAT-IAT 工艺短程硝 化反硝化生物脱氮的可行性。 1 材料与方法 1. 1 试验装置 试验所采用的A DAT-IAT 反应器由5 mm 厚的有 机玻璃制成 如图 1所示 , 总容积为 9. 6 L ,有效容积 为 8. 4 L , 其 中 缺氧 池 A 池尺 寸为 80 mm 120 mm 270 mm, DAT 池 和 IAT 池 尺 寸 均 为 120 mm 120 mm 270 mm 。IAT 池后侧设有 5 个排 水口 ,以便在不同高度排水, 底部设有排泥口。试验 进水 、 DAT 池硝化液回流 、 IAT 池混合液回流 、出水均 采用蠕动泵控制。试验温度控制在 28 ～ 32 ℃, 反应 器内污泥浓度控制在2 800～ 4 000 mg L, SRT 控制在 15 d左右,DAT 池硝化液回流比为 150～ 250,IAT 池混合液回流比为 200, 进水流量为 8. 4 L d, 相应 HRT 控制在28 h。 曝气采用微孔曝气头 , 通过调节空 气泵控制DAT 池与 IAT 池内DO 浓度。IAT 池运行周 期设为 4 h, 其中曝 气为 2 h DO 控制 在 1. 0 ～ 1. 5 mg L , 沉淀期为1 h,排水和闲置期为 1 h 。 1搅拌器; 2空气泵; 3自控装置; 4蠕动泵; 5缺氧池; 6DAT 池; 7IAT 池; 8微孔曝气装置。 图 1 A DAT -IAT 试验装置示意图 1. 2 A DAT-IAT 工艺简介 A DAT-IAT 工艺是以连续进水, 连续-间歇曝气 的 DAT-IAT demand aeration tank-intermittent aeration tank 工艺为基础开发出来的缺氧反应器与 DAT-IAT 工艺相结合的新型序批式活性污泥法工艺 [ 3] 。整个 系统由缺氧池、 DAT 池和 IAT 池 3 部分串联而成。原 废水首先进入缺氧池 ,与 DAT 池回流硝化液混合并 完成微生物反硝化反应 。随后废水进入主曝气 DAT 池,DAT 池连续曝气 , 废水中大部分有机物和氨氮得 到降解 。DAT 池中的硝化混合液通过回流泵打回至 前端的缺氧池 。IAT 池与传统 SBR 法运行方式相类 似,包括反应 、 沉淀 、 滗水和闲置 4 个阶段 ,进一步降 解废水中有机物和氨氮 ,保证出水水质稳定。IAT 池 中污泥部分连续打回 DAT 池 , 多余的剩余污泥引至 污泥处理系统进行污泥处理。 A DAT-IAT 系统可以看成由 A O 池和 SBR 池串 联而成 ,兼具两者的优点 A DAT-IAT 系统与 A O 法 一样实现了连续进水, 避免了进水控制繁琐 ,提高了 容积利用率 ; 前置缺氧池进行反硝化, 可以利用原废 19 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 水中的有机物, 节约外加碳源, 同时由于反硝化是产 碱反应 ,硝化是耗碱反应 ,可以减少 DAT 池碱的投加 量,甚至无需投加。IAT 池与传统 SBR 法运行方式一 样,只是连续进水, 可以根据原水水质水量变化来灵 活调整运行周期 ,使之处于最佳工况, 废水中有机物 和氨氮进一步降解, 确保出水水质稳定 [ 4] 。 1. 3 实验设计 整个试验分为 3 个阶段 启动、 DO 条件试验和稳 定运行 。在启动阶段, 首先进行污泥的驯化 ,然后通 过逐渐提高系统进水氨氮浓度 ,使 DAT 池达到一定 的氨氮容积负荷率 NLR 。随后进入 DO 条件试验 阶段, 保持启动阶段末期 DAI 池 NLR 不变 ,选择若干 个不同的 DO 浓度水平进行试验 每个浓度水平至少 运行 4 d ,测定每个 DO 条件下的氨氮去除率和亚硝 化率,分析并确定最佳 DO 浓度水平 。最后, 在最佳 DO 浓度条件下 ,运行 A DAT-IAT 系统, 对其进行短程 硝化反硝化研究 。 1. 4 试验用水 试验采用镇江市某化工有限公司ADC 发泡剂生 产废水,水质指标如表 1所示。 表 1 原水水质 NH 4- N mgL- 1 CODCr mgL- 1 Cl- mgL- 1 SS mgL- 1 pH 20 8002 8572 6753547. 35 21 9003 2162 9774067. 21 19 6003 1963 9423957. 44 由表 1可以看出,ADC 发泡剂废水为高氨氮、低 碳氮比废水。试验中对原废水进行稀释 ,并适当投加 葡萄糖和磷酸二氢钾等营养物质, 以满足试验进水要 求。控制试验进水 pH 7. 6～ 8. 0,C N 2. 5～ 3. 5。 2 结果与讨论 2. 1 启动阶段 2. 1. 1 污泥驯化 试验接种污泥取自某生活污水处理厂,需要进行 驯化 。考虑到硝化菌的增殖速率小于反硝化菌,故首 先启动好氧反应器,将污泥倒入 DAT 池和 IAT 池, 接 着加入稀释的原废水, 并控制良好的条件 ,优先培养 硝化菌,待 DAT 池和 IAT 池发生明显的硝化过程后 启动缺氧反应器 ,并连通好氧反应器使之成为一个整 体,启动回流泵, 开始连续进水。驯化期间进水的 NH 4- N 和 CODCr分别控制在 40 ～ 120 mg L 和 300 ～ 500 mg L 范围内, NH 4- N 和 CODCr的去除率稳步上 升。整个污泥驯化过程持续 2周 。 2. 1. 2 系统启动 驯化结束后 ,开始启动系统。 通过提高系统进水氨氮浓度 ,使DAT 池的NLR从 0. 183 kg m 3 d 增加到 0. 640 kg m3d 。最终的进水 氨氮浓度稳定在280 mg L 。系统氨氮出水浓度一直都 在20 mg L 以下 ,氨氮的去除率超过了 88。整个启 动过程中,DO 浓度始终控制在 3. 0 mg L 以上,因此没 有检测到亚硝酸盐。DAT 池污泥 SVI 经历了一个明显 的下 降过 程, 从 最初 的 199 mL g 降低 到最 终的 103 mL g ,这表明污泥逐渐具有了良好的沉降性能。 2. 2 DO 条件试验阶段 启动阶段结束后 ,系统具备了一定处理高浓度氨 氮废水的能力 。为了考察 DO 浓度的变化对 DAT 池 亚硝酸盐积累率的影响 ,试验选择了 5 个不同的 DO 浓度水平 2. 5、1. 8、 1. 2、0. 8 和 0. 5 mg L 。对氨氮去 除率及亚硝化率的影响见图 2。 图 2 不同DO 浓度条件下系统氨氮去除率和 DAT 池亚硝化率变化情况 图 2 反映了不同 DO 浓度条件下系统氨氮去除 率和 DAT 池亚硝化率的变化情况。随着 DO 浓度的 递减,DAT 池亚硝化率经历了一个先升后降的过程 DO 2. 5 mg L 时没有检测到亚硝酸盐积累 。当 DO 1. 2 mg L 时 , 虽然获得了良好的氨氮去除率 90. 1 ,但是亚硝化率却只有 71. 8。而当 DO 0. 8 mg L 时,虽然提高了亚硝化率 79. 1 , 但是氨 氮去除率却受到了较大的影响 仅为 73. 5 。为了 更准确地确定下阶段试验所需要的最佳 DO 浓度 ,试 验又选择了2 个 DO 浓度水平 ; 1. 5 mg L 和 1. 0 mg L, 做进一步的研究。结果表明, 虽然 DO 1. 0 mg L 时 氨氮去除率较 DO 1. 2 mg L 时略有下降 88. 3 , 但是亚硝化率却提高了 12. 9, 氨氮去除率和亚硝 化率都处于较高的水平。 因此, 最终确定 DO 1. 0 mg L为试验最佳值。这个 DO 浓度水平处于 Ruiz 等 [ 5] 通过研究获得的能够实现亚硝酸盐积累的 DO 20 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 浓度水平范围内 0. 7 ～ 1. 4 mg L , 但却高于其最佳 DO 浓度为 0. 7 mg L 的研究结论 。分析原因, 差异可 能在于本试验中大而密实的污泥絮体颗粒限制了溶 解氧在其内部的扩散 ,导致了 DO 需求量的上升 。 2. 3 稳定试验阶段 图3 是在DO 1. 0 mg L 条件下,系统进、出水氨 氮浓度和 DAT 池亚硝酸盐氮 、硝酸盐氮浓度的变化 情况 。从图3 可以看出,在整个稳定运行阶段中的大 部分时间里系统的出水氨氮浓度一直保持在较低的 水平内 不超过 20 mg L ,DAT 池亚硝酸盐氮浓度稳 定在 160 ～ 220 mg L 范围内 。在运行的第 119 d 和 152 d分别由于缺氧池搅拌器故障 短时间内造成缺 氧池污泥淤积 , DAT 池与 IAT 池污泥浓度降低 和 DAT 池曝气装置损坏 造成 DAT 池污泥沉淀并淤积 造成出水水质恶化, 出水氨氮浓度大幅上升 最高时 曾达到 75. 0 mg L , 同时亚硝化率也受到了一定的影 响。但是在故障排除之后 ,大约经过1 3～ 1 2 个泥龄 的时间 ,系统运行即恢复正常, 出水水质良好 ,DAT 池 亚硝酸盐氮浓度回升至原来水平 。这说明 A DAT- IAT 系统实现短程硝化反硝化之后 ,在突发情况下的 恢复能 力非 常强 且迅速 。 图 4 说明 了 在 DO 1. 0mg L条件下, 系统氨氮去除率和 DAT 池亚硝化率 的变化情况。在系统运行正常, 平均进水氨氮浓度 280 . 1mg L 的 情 况 下, 平 均 出 水 氨 氮 浓 度 仅 为 12. 3 mg L ,氨氮去除率始终保持在 95以上, 同时 , DAT 池亚硝化率也基本保持在 75以上, 平均达到 82. 1。这表明系统长期维持在低 DO 浓度 1. 0 mg L 下,亚硝酸盐氧化菌的增殖受到了有效地抑制并且没 有发生适应现象而被逐渐淘洗出系统。由此可知,控 制低DO 浓度是实现长期稳定短程硝化的有效途径。 图 3 系统进、出水氨氮浓度和 DAT 池亚硝酸盐氮、 硝酸盐氮浓度变化情况 2. 4 系统污泥沉降性能 试验过程中只是在 DO 条件试验阶段降低 DO 浓 度水平时发生了短时间的轻微污泥膨胀 [ 6] ,在接下来 图 4 系统氨氮去除率和 DAT 池亚硝化率的变化情况 的稳定试验阶段污泥膨胀现象消失, 且系统 DAT 池 微生物始终保持较高的硝化活性。分析原因 ,主要是 此时系统已经以短程硝化为主 ,氨氧化菌充分地利用 了DAT 池中有限的 DO, 而丝状菌因无法在竞争 DO 中占到优势而逐渐被淘洗出系统,因此没有发生污泥 膨胀,污泥的沉降性能一直很好。镜检 稳定运行阶 段每个泥龄内做 3～ 5次 显示,污泥絮凝密实并形成 了较大的颗粒。系统出现污泥颗粒化现象主要是因 为在 DAT 池中维持微量曝气 , 气流对污泥的剪切力 较小 ,有利于污泥絮体“长大”, 从而有利于污泥的颗 粒化 。彭党聪等 [ 7] 在 SBR 反应器中将 DO 控制在 0. 8 mg L的水平 ,也出现了污泥颗粒化现象 , 获得了 好氧颗粒污泥。在该试验中, 正是污泥颗粒化现象的 出现使得污泥的沉降性能有较大提高, 污泥的 SVI 值 始终保持在 90～ 120 mL g 范围内。 3 结论 1 利用低 DO 浓度 1. 0 mg L 可以实现 A DAT- IAT 工艺短程硝化反硝化生物脱氮 。在系统运行正 常,平均进水氨氮浓度 280. 1 mg L 的情况下 ,平均出 水氨氮浓度仅为 12. 3 mg L ,去除率高于 95。 2 在系统正常运行情况下 , 长期维持低 DO 浓 度可以实现 DAT 池短程硝化 , 可导致亚硝酸盐氧化 菌的抑制或淘洗 , 能够获得稳定的亚硝酸盐积累率, 平均亚硝化率可达 82. 1,有时甚至超过90。 3 低 DO 浓度下,A DAT-IAT 工艺并没有发生由 丝状菌引起的污泥膨胀。在稳定试验阶段,污泥絮凝 密实并出现污泥颗粒化现象, 使其沉降性能有较大提 高,污泥SVI 值始终保持在 90～ 125 mL g 范围内 。 参考文献 [ 1] 叶建锋. 废水生物脱氮处理新技术. 北京 化学工业出版社, 2006. [ 2] 袁林江, 彭党聪, 王志盈. 短程硝化反硝化生物脱氮. 中国给水 排水, 2000, 94 2 29 -31. [ 3] 张大群, 王秀朵. DAT-IAT 污水处理技术. 北京 化学工业出版 社, 2003. 21 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 [ 4] 徐国辉, 鄢卫东. A DAT-IAT 法的特点及其生物脱氮的应用研 究. 安全与环境工程, 2005, 12 1 38 -41. [ 5] Ruiz G, Jeison D ,Chamy R. Nitrification with high nitrite accumulation for treatment of wastewater with high ammonia concentration. Water Research, 2003, 37 6 1371-1377. [ 6] Peng DC, Bernet N, Delgenes JP , Moletta R. Simultaneous organic carbon andnitrogen removal in a SBR controlled at low dissovledoxygen concentration. J Chem Tech Biotech, 2001, 76 553 -558. [ 7] Peng DC, Bernet N, Delgenes JP, Moletta R. Aerobic granular sludge a case report. Water Research, 1999, 33 3 890 -893. 作者通讯处 吴春笃 212013 镇江市 江苏大学环境学院 E -mail nying101 sina. com. cn 2006- 11-16 收稿 沸石曝气生物滤池处理城市纳污河水 ＊ 朱小彪 高宝玉 许春华 张宪忠 张永强 山东大学环境科学与工程学院, 山东 济南 250100 摘要 采用上流式沸石曝气生物滤池 ZBAF 处理城市纳污河水, 研究其挂膜启动过程, 以及对有机物、NH3-N、SS 的去 除效果及影响因素。 结果表明, 在水温为 11～ 24 ℃条件下, 气水比对NH3-N 的去除要比对COD 和SS的去除影响大得 多; 当水力负荷为 1. 2 m3 m2h , 曝气量为 3∶ 1 时, 对污染物的去除效果最佳; 滤池填料高度对各种污染物的去除有 较大影响, 大部分有机物在进水端 40 cm 厚的填料层内得到降解, 而氨氮的硝化主要集中在上层填料层内。 关键词 沸石曝气生物滤池 纳污河水 气水比 水力负荷 ＊济南市科技局重点科技计划项目 052143 0 引言 曝气生物滤池 BAF 是不同于传统活性污泥法 的污水处理新工艺, 它的出现使生物法处理废水又多 了一种选择,BAF 具有微生物世代周期长 、 结构简单、 操作方便、处理效率高等特点, 被广泛应用于去除水 中有机物和富营养化物质 [ 1,2] 。 本研究在国内外已有研究的基础上 ,应用沸石填 料的上向流 BAF 工艺处理城市受污染严重 含生活 污水和工业废水 的河水 ,研究其处理效果,以期能够 为北方城市纳污河道的治理提供参考。 1 试验装置和方法 1. 1 试验进水 试验进水取自济南市区的纳污河流 窑头大 沟,试验阶段进水水质指标见表1 。 表 1 试验进水水质 CODCr mgL-1 NH3-N mgL- 1 水温 ℃ 浊度 NTU TN mgL- 1 pH 98 . 0～ 352. 830. 9～ 55 . 610. 5～ 25 . 050 . 4～ 27845 . 2 ～ 68 . 5 7. 0 ～ 8 . 5 1. 2 实验装置 实验装置如图 1所示。ZBAF 滤池由高为2. 3 m, 直径为0. 2 m 的有机玻璃柱制成, 中间由法兰连接。 底部设有进水缓冲区, 内设曝气管, 兼做反冲洗进气 管。承托板上装填卵石承托层和粒径为 3～ 5 mm 的 沸石填料, 装填高度为 1. 25 m 。承托层以上每隔 0. 25 m 设取水样口, 取样口编号从下往上依次为 1、 2、 3、4、 5、 6。 图1 试验装置 滤池运行期间的反冲洗采用气水联合反冲洗 气 冲洗强度 10 L m 2s ,水冲洗强度 10 L m2s 。试 验不同的水力负荷 、气水比, 研究 ZBAF 去除主要污 染物的效果及影响因素 。测定的水质指标主要有 22 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 THE RESEARCH ON DESIGN OF AOR PROCESSGaoJunfa Gao Xiae7 Abstract AOR is a new biochemical process that combines with traditional-activated sludge process and oxidation ditch. It has better function of nitrogen and phosphorus removals, and its unique design of sludge renewal region, makes the return sludge centralized with appropriate oxygenation, meanwhile each region can engender flow state with concentric circles adopted. Accordingly, it is a sort of water technology with high efficiency , energy saving and better accommodation. After the study of AOR process, the dynamic designmeeting biological phosphorusand nitrogen removal is proposed, and the ulas used to design and calculate are deduced. Keywords AOR, biological denitrification and design the placement of catalytic ironfollowed bio -treatment improved the removal efficiency of catalytic iron, and the ations of scale and organic layer were inhibited; the promotion to bio -treatment and the reduction of catalytic ironwas realized by the inner -cycle process, but some problems such as inefficiency of NH3-N removal remains to be settled in this process. Keywords catalytic iron, high concentration organic sewage from fine chemistry zone and bio -treatment-catalytic iron inner -cycle process SHORT-CUT NITRIFICATION AND DENITRIFICATION OF A DAT -IAT BIOLOGICAL NITROGEN REMOVAL PROCESSWu Chundu Nie Ying MiaoYingqi et al 19 Abstract Nitrite accumulation was studied onthe condition of low dissolved oxygen DOand using A DAT -IAT biological nitrogen removal process to treat high -strength ammonium industrial wastewater with low C N ratio . The experimental results indicated that the system could realize long -term stable nitrite accumulation with high ammonia removal rate and no sludge bulking under the condition of low DO. During the stable operation stage, setting a DO concentration in DAT reactor at 1. 0 mg L, it was possible to achieve a average nitrite accumulation ratio NO - 2-N NO - X-N at 82. 1with the ammonia removal rate over 95 and the SVI maintained at a proper level of 90～ 125 mL g, which means a good settlement of sludge. Keywords A DAT -IAT, biological nitrogen removal, short -cut nitrification the system functioned well on conditions of hydraulic loading near 1. 2m2 m3hand sufficient air supply. The heights of the filter had great effects on the removal of different pollutants. Most of organic substances were degraded in the lower 40 cm of media near inlet, while most of ammonia were nitrified in the upper media. Keywords zeolite biological aerated filter, contaminated river water, gas -water ratio and hydraulic loading 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 4, Aug . , 2007