間歇式循環(huán)延時(shí)曝氣活性污泥法處理校園生活污水

齊 楠, 黃琳麗, 鄭翻萍, 潘 晶, 肖 露, 侯萬園, 許可為(1. 沈陽師范大學(xué) 學(xué)科與科研工作處, 沈陽 11004;2. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院, 沈陽 110086; . 沈陽師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 沈陽 11004)

0 引 言

間歇式循環(huán)延時(shí)曝氣活性污泥法(intermittent cyclic extended aeration sludge,ICEAS)是目前國內(nèi)常用的處理生活污水的方法[1-3]。該方法有較好的脫氮除磷功能,無污泥回流和混合液內(nèi)循環(huán),能耗低:污泥齡長,污泥沉降性好,剩余污泥少[4-6]。本文采用ICEAS技術(shù)處理沈陽師范大學(xué)校園生活污水,考察不同運(yùn)行參數(shù)與處理效果的關(guān)系,以確定ICEAS工藝處理校園生活污水的最佳運(yùn)行參數(shù)[7]。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本研究采用的ICEAS反應(yīng)器為一有效容積為10 L的長方體不銹鋼容器,由可編程邏輯控制器控制進(jìn)水、曝氣、攪拌、沉淀和排水的過程。也可手動設(shè)定所需要的處理過程及時(shí)間。反應(yīng)器主反應(yīng)區(qū)底部設(shè)有排泥口和排水口(圖1)。

圖1 ICEAS反應(yīng)器Fig.1 Reactor ofintermittent cyclic extended aeration sludge

1.2 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行方式及各水質(zhì)分析方法

實(shí)驗(yàn)污水為沈陽師范大學(xué)校園生活污水,水質(zhì)指標(biāo)范圍:化學(xué)需氧量(COD)為250～450 mg/L,總氮(TN)為25～50 mg/L,氨氮(NH3-N)為15～35 mg/L,總磷(TP)為2～10 mg/L,懸浮物(SS)為150～200 mg/L。COD采用重鉻酸鉀還原法;NH3-N采用納氏比色法;TP采用磷鉬酸銨比色法;NO3-N采用紫外分光光度法;SS采用蒸干稱重法[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 運(yùn)行參數(shù)的選擇

ICEAS運(yùn)行過程中,厭氧、好氧、缺氧及沉淀采用的參數(shù)值不同,該工藝對SS、COD、TP、氮的去除效果也不同。為了確定ICEAS工藝處理校園生活污水過程中影響各污染指標(biāo)去除的主要因素及理想的運(yùn)行參數(shù)組合,選取了影響處理效果的厭氧時(shí)間、曝氣時(shí)間、缺氧時(shí)間、沉淀時(shí)間,進(jìn)行了4因素3水平的正交實(shí)驗(yàn),各因素的取值如表1。以TP、COD、SS和NH3-N的去除率為考核指標(biāo),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2。由表2可得,影響ICEAS工藝處理校園生活污水效果的因素從主到次依次為曝氣時(shí)間、厭氧時(shí)間、缺氧時(shí)間、沉淀時(shí)間。

表1 L9(34)4因素3水平正交表Tab.1 4 factors and 3 levels orthogonal table

表2 ICEAS處理校園生活污水正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Removal performance of campus wastewater treatment by ICEAS

2.1.1 厭氧時(shí)間對處理效果的影響

厭氧階段:厭氧過程中,聚磷菌吸附并降解污水中的有機(jī)物,同時(shí)釋放磷;厭氧過程釋放磷越充分,聚磷菌貯存的能量就越多,在好氧階段吸收磷的效果就越好[4]。由表2可見,ICEAS工藝厭氧時(shí)間偏短,除磷效果不理想;厭氧時(shí)間過長,會延長運(yùn)行周期的時(shí)間;厭氧時(shí)間為3 h時(shí),聚磷菌釋放磷基本完成;如果再增加厭氧時(shí)間,聚磷菌釋放磷的速度緩慢。由正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以確定ICEAS工藝處理校園生活污水的最佳厭氧時(shí)間為3 h。

2.1.2 曝氣時(shí)間對處理效果的影響

曝氣階段:有機(jī)物被活性污泥吸附并氧化降解,氨氮被氧化成硝態(tài)氮。由表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見,曝氣2 h,COD去除率高達(dá)90%以上,說明在ICEAS工藝中,COD能在較短的曝氣時(shí)間內(nèi)去除;但NH3-N的去除率不高,只有25.99%～65.60%;另外TP的去除率也偏低。當(dāng)曝氣時(shí)間在3 h以上時(shí),NH3-N去除率均高于81.42%,同時(shí)5、6、8、9工況條件下由于厭氧時(shí)間充足(3 h以上),TP的去除率高達(dá)79.95%～86.46%。因此曝氣時(shí)間是影響ICEAS工藝TP和NH3-N去除的重要因素。當(dāng)曝氣時(shí)間為4 h,厭氧2 h以上時(shí),TP和NH3-N去除率很高。曝氣時(shí)間過長,水中的有機(jī)物被過分降解,由于碳源不足,會嚴(yán)重影響缺氧段的反硝化脫氮效果,并且增加運(yùn)行成本,因此曝氣時(shí)間不宜過長。由正交實(shí)驗(yàn)可以確定ICEAS工藝處理校園生活污水的最佳曝氣時(shí)間為3 h。

2.1.3 缺氧時(shí)間對處理效果的影響

缺氧階段:反硝化菌進(jìn)行反硝化作用,將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?達(dá)到去除污水中氮的目的。ICEAS工藝反硝化速率不高,反硝化時(shí)間不宜過短;但是如果反硝化時(shí)間過長,聚磷菌會在缺氧條件下釋放磷,從而影響磷的去除,同時(shí)增加運(yùn)行周期的時(shí)間。正交實(shí)驗(yàn)可以確定ICEAS工藝處理校園生活污水的最佳缺氧時(shí)間為3 h。

2.1.4 沉淀時(shí)間對處理效果的影響

沉淀階段:ICEAS工藝采用靜置沉淀,沉淀時(shí)間短,沉降性能好[4]。由表2可見,沉淀時(shí)間為1 h時(shí),出水SS濃度小于20 mg/L。如果沉淀時(shí)間過長,反硝化作用產(chǎn)生的氮?dú)鈺刮勰嗌细?影響出水水質(zhì)。正交實(shí)驗(yàn)可以確定ICEAS工藝處理校園生活污水的最佳沉淀時(shí)間為1 h。

2.2 最佳運(yùn)行參數(shù)處理效果

圖2 一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)COD、NH3-N去除率隨時(shí)間變化Fig.2 COD and NH3-N removal rate in an operational period

圖3 一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)N-N、TP濃度隨時(shí)間變化Fig.3 N-N and TP concentrations in an operational period

3 結(jié) 論

影響ICEAS工藝處理校園生活污水的因素由主到次依次為曝氣時(shí)間、厭氧時(shí)間、缺氧時(shí)間、沉淀時(shí)間。ICEAS工藝處理校園生活污水的最佳運(yùn)行流程及參數(shù)為:污水進(jìn)水ICEAS工藝后,厭氧攪拌(3 h)→曝氣(3 h)→缺氧攪拌(3 h)→沉淀(1 h)→出水(排泥),運(yùn)行周期為10 h。采用最佳運(yùn)行參數(shù)時(shí),TP去除率達(dá)到80%以上,NH3-N的去除率達(dá)到90%以上,COD的去除率達(dá)到95%以上,SS的去除率達(dá)到90%以上;并且出水COD、TP、NH3-N、SS達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級B標(biāo)準(zhǔn)。

[1]蔣展鵬,楊宏偉. 環(huán)境工程學(xué)[M]. 3版. 北京:高等教育出版社, 2013.

[2]劉杰,仲傭護(hù),祁建立, 等.城市污水采用ICEAS工藝技術(shù)[J]. 湖南造紙, 2015,11(3):27-28.

[3]王穎懿. 改進(jìn)ICEAS工藝在污水處理中的應(yīng)用[D]. 上海:華東理工大學(xué), 2014.

[4]陳永祥,程曉如,邵青. SBR處理城市生活污水的試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2001,6(3):15-17.

[5]國家環(huán)境保護(hù)總局,《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會. 水和廢水監(jiān)測分析方法[M]. 4版. 北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2002.

[6]朱淑琴. 間歇式活性污泥除磷的試驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境工程, 1997,15(6):13-14.

[7]李淑更,張立秋,吳學(xué)偉,等. 間歇循環(huán)延時(shí)曝氣活性污泥法處理城市污水的試驗(yàn)[J]. 工業(yè)用水與廢水, 2004,35(6):57-59.