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Orbal 氧化溝同時(shí)硝化/反硝化及生物除磷的機(jī)理研究

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簡(jiǎn)介: 對(duì)6個(gè)采用分段、閉環(huán)溝道的Orbal氧化溝工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析評(píng)定,以確定在該工藝中同時(shí)發(fā)生生物脫氮除磷的程度。較低的總氮出水濃度表明,同時(shí)硝化/反硝化在Orbal工藝中很易發(fā)生。由于泥齡較長(zhǎng)并保持外溝道低溶解氧,有利于硝化菌的生長(zhǎng)并提高脫氮效率;由于每個(gè)溝道處于相對(duì)均勻混合的狀態(tài),因此溝道內(nèi)沒(méi)有明顯的好氧或缺氧段之分,表明產(chǎn)生反硝化的必要的缺氧環(huán)境可能發(fā)生在菌膠團(tuán)內(nèi)部。采用國(guó)際水協(xié) (IAWQ) 活性1號(hào)模型 (ASMⅠ) 對(duì)出水總磷數(shù)據(jù)分析及觀測(cè)到的相對(duì)于BOD負(fù)荷的磷的去除表明,生物除磷可能發(fā)生。本研究的基本假設(shè)認(rèn)為,同時(shí)生物除營(yíng)養(yǎng)化產(chǎn)生于三個(gè)基本原理:① 生物反應(yīng)池的混合形態(tài)可以形成生物除營(yíng)養(yǎng)所必需的缺氧及/或厭氧段,即大環(huán)境;② 在菌膠團(tuán)內(nèi)部形成的缺氧及/或厭氧段,即微環(huán)境;③ 系統(tǒng)中存在新的、專用微生物。上述機(jī)理在任何生物除營(yíng)養(yǎng)化系統(tǒng)中都會(huì)有不同程度的發(fā)生。本研究的目的是鑒別影響這三個(gè)機(jī)理在同時(shí)生物除營(yíng)養(yǎng)化系統(tǒng)中所起相對(duì)作用的因素。
關(guān)鍵字:生物處理 生物除磷 硝化/反硝化 同時(shí)生物去除營(yíng)養(yǎng) 氧化溝

活性法是一種廢水生物處理工藝,它也可設(shè)計(jì)成除營(yíng)養(yǎng)即脫氮除磷的構(gòu)形,通過(guò)混合使非曝氣段形成缺氧及厭氧環(huán)境而達(dá)到上述目的。Grady、Daigger及Lim[1]定義了其發(fā)生在各段中的功能及獲得不同除營(yíng)養(yǎng)程度的必要條件。采用這些明確定義的缺氧及厭氧段工藝已發(fā)展了20年,至今仍在污水處理中廣為應(yīng)用。
  與此同時(shí),在那些沒(méi)有很明顯的缺氧及厭氧段的活性工藝中,人們?cè)啻斡^察到脫氮除磷現(xiàn)象,在曝氣系統(tǒng)中也曾多次觀察到氮的消失[2],這些現(xiàn)象被稱為同時(shí)硝化/反硝化。另外,人們?cè)谕粋€(gè)曝氣池中也觀察到生物除磷現(xiàn)象[3、4](其中并沒(méi)有正式的厭氧段存在)。正如表1所列,同時(shí)去除營(yíng)養(yǎng)(氮及/或磷)即SBNR系統(tǒng)提供了今后降低投資并簡(jiǎn)化生物除營(yíng)養(yǎng)(BNR)技術(shù)的可行性。然而,對(duì)于SBNR的機(jī)理至今還沒(méi)有很深入地認(rèn)識(shí)與了解,它不僅僅是一個(gè)設(shè)計(jì)與運(yùn)行的簡(jiǎn)單問(wèn)題。如果能對(duì)其應(yīng)用機(jī)理很好地進(jìn)行分析,則SBNR的推廣應(yīng)用范圍將更廣泛,使其能在現(xiàn)有處理設(shè)施中更易被采用。

表1  SBNR的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)(1)不需加導(dǎo)流板去形成缺氧及/或厭氧段
(2)不需單獨(dú)設(shè)置缺氧及/或厭氧段裝置
(3)不需要液內(nèi)循環(huán)
(4)可以在現(xiàn)有設(shè)施中實(shí)施,不需另設(shè)構(gòu)筑物(1)運(yùn)行操作機(jī)理還沒(méi)有很好地被認(rèn)識(shí),因而不知如何推廣應(yīng)用
(2)工藝控制可能會(huì)更復(fù)雜

  根據(jù)對(duì)實(shí)現(xiàn)SBNR系統(tǒng)的分析表明,三個(gè)主要機(jī)理是造成發(fā)生SBNR的原因:
 ?、?混合形態(tài)
  由于生物反應(yīng)池混合形態(tài)不均,例如充氧裝置的不同,可在生物反應(yīng)池內(nèi)形成缺氧及/或厭氧段。此種情況稱為生物反應(yīng)池的大環(huán)境,即宏觀環(huán)境。
 ?、?菌膠團(tuán)
  缺氧及/或厭氧段可在活性菌膠團(tuán)內(nèi)部形成,即微環(huán)境。
  ③ 新的專用微生物菌種
  目前先進(jìn)的微生物學(xué)已在一定范圍內(nèi)展示先前并沒(méi)有被認(rèn)識(shí)的微生物菌種,其可以在曝氣生物反應(yīng)池中用來(lái)去除氮、磷。
  在生產(chǎn)規(guī)模的生物反應(yīng)池中,整個(gè)反應(yīng)池處于完全均勻混合狀態(tài)的情況并不存在。就氧化溝及一些通過(guò)采用充氧裝置來(lái)完成大量混合液循環(huán)的處理廠而言[1、5],高度的充氧發(fā)生在反應(yīng)池一端,受限制的充氧發(fā)生在反應(yīng)池的其余部分,混合液在曝氣及非曝氣段循環(huán)。這種生物反應(yīng)池流態(tài)也是BNR系統(tǒng)的特點(diǎn),定義為好氧、缺氧、及厭氧段。
  此外,發(fā)生在菌膠團(tuán)內(nèi)部的溶解氧濃度梯度目前也已被公眾認(rèn)同,從而使實(shí)現(xiàn)BNR所必須的缺氧及/或厭氧段可在菌膠團(tuán)內(nèi)部形成。因此,SBNR也可在這種非正式的、沒(méi)有形成明顯區(qū)別的缺氧及/或厭氧段內(nèi)被觀察到[6~8]。事實(shí)上,根據(jù)這個(gè)機(jī)理,目前已對(duì)有關(guān)達(dá)到脫氮的SBNR工藝的運(yùn)行效果建立了數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)行了分析。
  在過(guò)去幾年中,許多新的氮生物化學(xué)菌族被鑒別出來(lái),其中至少部分菌種以組團(tuán)形式對(duì)SBNR起作用,包括起反硝化作用的自養(yǎng)硝化菌(統(tǒng)稱AMANMOX工藝)及起硝化作用的異養(yǎng)菌(即曝氣反硝化)[9]。目前對(duì)生物化學(xué)及生物除磷工藝的微生物學(xué)理解還不夠完善,對(duì)其認(rèn)識(shí)還在發(fā)展之中[10]。
  以上所闡述的關(guān)于研究SBNR最基本假設(shè)的三個(gè)機(jī)理可以同時(shí)應(yīng)用于任何系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)SBNR,但符合邏輯的每種機(jī)理的相對(duì)作用可能變化,這取決于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)。理解及控制SBNR的關(guān)鍵是要了解工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)將如何影響SBNR,這也是整個(gè)SBNR研究的基本目標(biāo)。
  本文對(duì)那些具有生產(chǎn)規(guī)模的、已知或被認(rèn)為具備發(fā)生SBNR的活性處理廠進(jìn)行定性分析,以確定SBNR在其中的狀況,重點(diǎn)放在采用Orbal構(gòu)形的污水處理廠。Orbal工藝生物反應(yīng)池是由3個(gè)閉路環(huán)形溝道以串聯(lián)方式組成。其中每個(gè)溝道充氧程度不同,因而在各溝道創(chuàng)造了不同的環(huán)境[6]。這種變化的空間環(huán)境貫穿于整個(gè)生物反應(yīng)池,以使先前描述的第一個(gè)混合形態(tài)機(jī)理得以成立及應(yīng)用。同時(shí)由于3個(gè)溝道均處于曝氣狀態(tài),故液相中溶解氧濃度受到控制,從而造成一種在生物菌膠團(tuán)內(nèi)部形成缺氧及/或厭氧微環(huán)境的趨勢(shì)(即第二個(gè)機(jī)理),這就使得Orbal構(gòu)形成為理想的研究SBNR的對(duì)象。同時(shí)若將重點(diǎn)集中于具體處理廠的有關(guān)構(gòu)形,則可允許對(duì)與SBNR有關(guān)的其它設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)的影響因素進(jìn)一步定性分析。
 ?、?定性分析發(fā)生在所選生產(chǎn)規(guī)模的處理廠中同時(shí)脫氮、除磷的程度;
 ?、?定性分析工藝運(yùn)行參數(shù)將如何影響其特性(脫氮、除磷或兩者兼有)及對(duì)SBNR的限制程度;
 ?、?記錄觀察到的任何可能有助于對(duì)所選具體處理廠進(jìn)一步深入研究的現(xiàn)象。

1 方法及材料

1.1 Orbal 工藝描述
  圖1提供了一個(gè)典型的三溝道Orbal處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。廢水從溝道1(外溝道)進(jìn)入,然后依次流入溝道2、3(內(nèi)溝道)。曝氣池混合液出水流入二沉池?;亓?label class="lb" onclick="g('污泥');">污泥由二沉池打回溝道1。充氧是通過(guò)曝氣轉(zhuǎn)碟來(lái)完成,這種充氧方式同時(shí)也使混合液在各自溝道呈懸浮態(tài)的循環(huán)。象其它閉路循環(huán)生物反應(yīng)池一樣,混合液將在其溝道內(nèi)循環(huán)多次再流入下一個(gè)溝道,其有趣的是曝氣轉(zhuǎn)碟在每個(gè)軸承上的安裝片數(shù)及其轉(zhuǎn)動(dòng)方向(基點(diǎn)方向、突高點(diǎn)方向)可靈活變化,因而允許每個(gè)溝道的供氧量呈變化狀態(tài),曝氣轉(zhuǎn)碟的轉(zhuǎn)速及浸沒(méi)深度也可根據(jù)充氧要求調(diào)整。溝道1約占整個(gè)系統(tǒng)體積的50%~55%,溝道2、3各占約30%~35%、15%~20%。

  典型的Orbal工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)行策略是使外溝道供氧量低于需氧量。外溝道供氧量通常為計(jì)算需氧量的50%~70%,其目的是使硝化、反硝化反應(yīng)同時(shí)在外溝道發(fā)生。由于向外溝道充氧,故硝化反應(yīng)可在其中進(jìn)行,然而外溝道受限制的充氧使其處于虧氧狀態(tài),故由硝化反應(yīng)產(chǎn)生的含結(jié)合氧的硝酸鹽氮在此作為補(bǔ)充而被消耗。這里假設(shè)異養(yǎng)的微生物對(duì)由硝化菌產(chǎn)生的硝酸鹽氮進(jìn)行反硝化,同時(shí)利用對(duì)氧的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硝化及反硝化反應(yīng)的控制(此將另行討論)。另也可通過(guò)內(nèi)循環(huán)方式將混合液從溝道3打回溝道1,從而將在溝道2及溝道3形成的硝酸鹽氮轉(zhuǎn)到溝道1進(jìn)行反硝化。應(yīng)用這些操作方式,脫氮效率可達(dá)90%以上[6~8]。
  Orbal工藝也可以分段進(jìn)料的氧化方式,將原污水全部或部分引入溝道2或3,空余的溝道則可作為貯泥備用,回流也可靈活進(jìn)入不同溝道。這種運(yùn)行方式通常是在高峰流量時(shí)采用,以減輕二沉池負(fù)荷,避免流失,但此種運(yùn)行方式并不會(huì)預(yù)期增進(jìn)SBNR。
1.2 對(duì)污水廠運(yùn)行的研究
  表2對(duì)幾個(gè)污水廠的運(yùn)行進(jìn)行了研究。這些廠大部分在美國(guó)東部,主要接受生活及商業(yè)廢水,也有少數(shù)接受部分工業(yè)廢水。設(shè)計(jì)處理能力為6600~45400m3/d(多由1或2個(gè)Orbal工藝池組成),水力停留時(shí)間為11~22.6h不等。處理是由好氧貯泥、消化,然后由帶式壓濾機(jī)脫水。這些處理設(shè)施全部采用3個(gè)溝道的Orbal工藝。

表2 對(duì)污水廠運(yùn)行的研究概況污水廠地點(diǎn)設(shè)計(jì)能力
(m3/d)反應(yīng)池?cái)?shù)
(座)設(shè)計(jì)HRT
(h)轉(zhuǎn)碟數(shù)
(個(gè))處理Elmwood 
WWTP①Evesham,NJ,
USA11400222.6356好氧消化,帶式壓濾機(jī)脫水Hartford
WWTPMount Laurel,
NJ,USA22700114.5270Hammonton
WWTP①Hammonton,
NJ,USA9500119.0308Chalfont
WWTPNew,Britain,
PA,USA15100114.0336Sweetwater
Creek
WWTP①Gwinnett
County,GA,
USA45400411.0980好氧消化Lake Geneva
WWTPLake Geneva,
WI,USA6600115.3132重力濃縮,好氧消化注  ①出水經(jīng)過(guò)濾

1.3 工藝模擬技術(shù)
  采用國(guó)際水協(xié)(IAWQ)活性1號(hào)模型(ASMⅠ)對(duì)Orbal工藝運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行了分析。它是以一段模擬程序(SSSP)實(shí)施的,并以pro2D為工具對(duì)其水質(zhì)特點(diǎn)及污水廠進(jìn)行模擬。ASMⅠ主要用來(lái)確定在什么程序上同時(shí)硝化/反硝化可在此工藝中以一個(gè)總的模式被接受,并進(jìn)行特性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 污水廠的運(yùn)行效果
  表3對(duì)6個(gè)選定的污水廠的工藝負(fù)荷及運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。這些廠的實(shí)際水力負(fù)荷只為設(shè)計(jì)能力的36%~89%,而實(shí)際有機(jī)負(fù)荷在其設(shè)計(jì)值的47%~115%內(nèi)變動(dòng)。除 Sweetwater Creek 污水廠外,這些廠大多以延時(shí)曝氣的模式運(yùn)行,其泥齡在20d以上,濃度在2 200~4000mg/L左右。

表3  污水廠運(yùn)行參數(shù)污水廠平均流量有機(jī)負(fù)荷泥齡(d)MLSS(mg/L)運(yùn)行時(shí)間(m3/d)占設(shè)計(jì)(%)[kg/(m3/d)]占設(shè)計(jì)(%)Elmwood WWTP7100630.15553331751998年1-9月Hartford WWTP15000660.1647303500Hammonton WWTP3400360.18512022001994年7月-1995年6月Chalfont WWTP11400750.20912440001994年1月-12月Sweetwater Creek WWTP40500890.46857-103411Lake Geneva WWTP5700870.28115224000

  表4對(duì)污水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了總結(jié)。正如延時(shí)曝氣活性法所預(yù)期的效果,其出水BOD5效果極好,出水懸浮物一般也低于5 mg/L。有些廠同時(shí)又提供了砂濾,但這些廠的二沉池出水及砂濾池出水并沒(méi)有多大區(qū)別。硝化反應(yīng)基本進(jìn)行徹底,出水氨氮通常小于1 mg/L,盡管硝化程度很高,但出水硝酸鹽氮也均小于5 mg/L。在 Elmwood 及 Hammonton 污水廠其總氮的去除可達(dá)85%~90%。Lake Geneva 出水總氮小于4mg/L。這些數(shù)據(jù)足以表明 Orbal 工藝設(shè)施的顯著脫氮能力。

表4  污水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)總結(jié)污水廠BOD5TSSTPTKNNH3-NNO3-N出水進(jìn)水出水進(jìn)水出水進(jìn)水出水進(jìn)水出水進(jìn)水出水Elmwood WWTP①②2212.31841.15.40.5332.52.025.01.11.13Hartford WWTP2103.62924.8-----0.12-Hammonton WWTP①3532.13904.2-1.7037.02.1-0.242.93Chalfont WWTP1603.215243.20.90--15.81.035.50Sweetwater Creek WWTP①2371.83591.56.00.22--13.00.144.50Lake Geneva WWTP①2034.21966.2---1.3--2.62注  ①采用混合液內(nèi)循環(huán)  ②出水經(jīng)過(guò)濾

  通過(guò)4個(gè)污水廠出水總磷數(shù)據(jù)可看出,出水磷在1mg/L以下。Elmwood污水廠磷的去除為0.22mg P/mgBOD, 而Hammonton污水廠為 0.24mgP/mgBOD。此數(shù)據(jù)表明磷的去除超過(guò)其合成細(xì)胞所需的磷(特別對(duì)于相對(duì)長(zhǎng)的泥齡來(lái)說(shuō)),因而表明有其他的機(jī)理造成磷的去除。該數(shù)據(jù)并沒(méi)有包括金屬鹽類的投加,因而說(shuō)明強(qiáng)化生物除磷可能在該廠發(fā)生。以上數(shù)據(jù)總體表明生物脫氮除磷可能在這些污水廠發(fā)生。
2.2 數(shù)據(jù)表明同時(shí)脫氮的存在
  對(duì)Elmwood污水廠每個(gè)溝道的環(huán)境進(jìn)行了分析測(cè)試,表5展示了典型的溶解氧沿反應(yīng)池?cái)嗝娴姆植紳舛?。?duì)每個(gè)溝道轉(zhuǎn)碟前后的溶解氧濃度進(jìn)行了測(cè)試,其記錄的DO濃度是該點(diǎn)沿池深4個(gè)均勻等分的DO平均值,因此它代表該點(diǎn)DO的平均濃度。從這些數(shù)據(jù)可看出DO值在曝氣轉(zhuǎn)碟前后基本一致,其結(jié)果對(duì)其他污水廠而言都較相似 ,與Applegate在德克薩斯州Huntsville所得到的研究結(jié)論是一致的。這些數(shù)據(jù)表明在Orbal氧化溝各溝道內(nèi)并沒(méi)有明顯地形成好氧及缺氧段。

表5  Elmwood污水廠曝氣轉(zhuǎn)碟DO數(shù)據(jù)地點(diǎn)Orbal 1①Orbal  2溝道1溝道2溝道3溝道2溝道3曝氣轉(zhuǎn)碟前0.20.20.250.250.7曝氣轉(zhuǎn)碟后0.20.20.250.40.7注  ①  混合液濃度為3.2mg/L

  在Elmwood污水廠對(duì)其營(yíng)養(yǎng)沿不同溝道的濃度進(jìn)行了測(cè)試,其中某些典型數(shù)據(jù)列于表6。其低溶解性TN及氨氮濃度表明顯著的硝化反應(yīng)在外溝道發(fā)生,然而由數(shù)據(jù)所示亞硝酸鹽及硝酸鹽氮濃度在外溝道并沒(méi)有大量增加,這就表明硝化及反硝化反應(yīng)在外溝道同時(shí)發(fā)生。
  用國(guó)際水協(xié)(IAWQ)ASMⅠ模型對(duì)Elmwood污水廠脫氮狀況進(jìn)行了分析。首先建立一個(gè)簡(jiǎn)化的模型,即將溝道1模擬為6個(gè)同等完全混合的串聯(lián)單元,溝道2及溝道3模擬為完全混合的獨(dú)立單元。在溝道1假設(shè)兩個(gè)曝氣段代表轉(zhuǎn)碟所處位置,在溝道2及溝道3也同樣假設(shè)為曝氣段。將氧轉(zhuǎn)移系數(shù)(KLa值)輸入模擬方程,用模型計(jì)算其溶解氧濃度。設(shè)定溝道1由轉(zhuǎn)碟所引起的混合液流量為58×104 m3/d,以模擬該溝道的混合液循環(huán)量。另外每個(gè)單元的體積見(jiàn)表7。混合液由溝道3到溝道1的內(nèi)循環(huán)量設(shè)定為22800m3/d。將表3及表4的平均污水流量及水質(zhì)輸入模型中,溫度選用20℃。由此模型計(jì)算的MLSS為3117mg/L,與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)(見(jiàn)表3)非常吻合。
  正如表7所示對(duì)三種運(yùn)行條件進(jìn)行了評(píng)定。第一種狀況分別向3個(gè)溝道充氧,使其溶解氧濃度在整個(gè)系統(tǒng)≥2mg/L。硝化反應(yīng)在溝道1近乎于完成,而溝道2及溝道3很少有硝化反應(yīng)發(fā)生及產(chǎn)生硝酸鹽,這個(gè)結(jié)果是在20℃溫度下,采用Elmwood實(shí)際運(yùn)行的泥齡值(33d)由模型計(jì)算得到的。在此種情況下,近乎于75%的總工藝需氧量發(fā)生在溝道1,約20%在溝道2,其余在溝道3,整個(gè)系統(tǒng)需氧量為2250kg/d。
  在第二種情況中,溝道1充氧受到限制,以便允許硝化/反硝化同時(shí)在此發(fā)生,達(dá)到最高脫氮效率。當(dāng)外溝道供氧量為整個(gè)系統(tǒng)供氧量的50%,溝道2為35%,溝道3為剩余部分時(shí),出水總氮濃度觀測(cè)為最低,整個(gè)工藝需氧量降低到1710kg/d,即降低24%。預(yù)測(cè)的DO及總氮濃度(見(jiàn)表7)與生產(chǎn)規(guī)模的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)很相似(見(jiàn)表5、表6)。外溝道足夠的充氧可使氨氮在其中達(dá)到最大程度的硝化,而限制的供氧又允許顯著的反硝化反應(yīng)在其中發(fā)生。

表6  Elmwood污水廠營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)時(shí)間地點(diǎn)TN①TPNH3-NNO3-NNO2-NDO1996-02-23Orbal 1溝道1--7.0<0.02<0.020.35溝道2--6.5<0.020.30.18Orbal  2溝道1--7.6<0.020.250.15溝道2--6.8<.02<0.020.101996-04-17計(jì)算的進(jìn)水12.00.918.8---Orbal 1溝道13.10.552.2<0.40.02-溝道21.10.341.31.30.10-Orbal  2溝道13.61.032.70.8<0.02-溝道2<1.00.541.60.90.02-注  ①  檢測(cè)是通過(guò)玻璃漏斗過(guò)濾之后進(jìn)行的

表7  Elmwood 污水廠采用IAWQ ASM Ⅱ模型的工藝分析地點(diǎn)體積(m3)濃度(mg/L)多余充氧限制充氧限制充氧①DONH3-NNO3-NDONH3-NNO3-NDONH3-NNO3-N溝道1③
單元1③5375
8952.90.519.70.61.42.10.61.04.0單元28962.30.419.70.31.32.00.41.03.96單元38961.90.419.70.11.32.00.20.93.8單元4③8962.90.319.70.61.22.00.70.93.8單元58962.50.319.80.31.22.00.40.83.8單元68962.10.219.80.21.21.90.20.83.8溝道2③35602.40.119.52.20.11.81.60.13.6溝道3③18152.70.119.62.80.11.82.30.13.4注?、?混合液內(nèi)循環(huán)量從溝道3到溝道1為22500m3/d
    ?、?混合液在本溝道內(nèi)循環(huán)量為58×104m3/d(以達(dá)到0.3m/s流速)    
    ?、?帶有曝氣轉(zhuǎn)碟的單元 

  混合液從溝道3循環(huán)到溝道1被列為模擬的第三種情況。出人意料的是出水硝酸鹽氮稍有增加,其原因是由于溝道3中低有機(jī)物含量的混合液回流至溝道1時(shí)降低了溝道1中現(xiàn)有的滿足反硝化反應(yīng)的有機(jī)物濃度。然而這并不是一個(gè)通常的結(jié)果,其展示了該系統(tǒng)相互反應(yīng)的性質(zhì)。
  以上結(jié)果表明,在Orbal工藝中應(yīng)用已有的工藝模式可對(duì)氮的去除進(jìn)行定性分析。有趣的是在模擬分析中,明顯區(qū)分的好氧及缺氧段并沒(méi)有在表7中被顯示。因此先前討論的同時(shí)硝化/反硝化的第二個(gè)機(jī)理,即菌膠團(tuán)微環(huán)境,可能在該系統(tǒng)中起著重要作用。值得注意的是IAWQ ASMⅠ模型建立的根據(jù)是:①獨(dú)立作用的自養(yǎng)硝化菌及異養(yǎng)反硝化細(xì)菌;②不存在反硝化自養(yǎng)菌。因此它表示了新的微生物菌種可能并不是解釋SBNR在Orbal系統(tǒng)的要素。總之,這些分析結(jié)果提供了一個(gè)分析該系統(tǒng)脫氮能力的基本概念。
2.3 數(shù)據(jù)表明同時(shí)除磷
  如上所述,至少有兩個(gè)污水廠出水總磷數(shù)據(jù)表明強(qiáng)化生物除磷可能發(fā)生。這兩個(gè)廠 ( Elmwood 和Sweetwater Creek) 原污水BOD5/TP比值約為40mgBOD/mgTP,有益于獲得極好的生物除磷效果。表8是由上述兩個(gè)污水廠及另外兩個(gè)污水廠提供的數(shù)據(jù)。以上數(shù)據(jù)的采集并沒(méi)有化學(xué)加藥成分,說(shuō)明在沒(méi)有加藥的情況下,極好的除磷效果可在Orbal工藝中獲得。

表8  無(wú)化學(xué)加藥的(Orbal)污水處理廠除磷效果污水廠Q(m3/d)進(jìn)水TP(mg/L)出水TP(mg/L)Hartland,MI22710.73.26Hammonton,NJ3400-1.70Elmwood WWTP71005.40.53McMinnville,Or151004.50.17

  正如表6中Elmwood污水廠的數(shù)據(jù)所示,溶解的總磷濃度在溝道1和溝道2通常很低,這表明磷的釋放可能與強(qiáng)化生物除磷有關(guān)[1],而此處并不是這種情況。在Elmwood污水廠中,磷在VSS中的濃度約為2.5%(P/VSS),這表明磷在混合液中的積累超過(guò)其合成細(xì)胞所需的磷,并且這個(gè)數(shù)據(jù)也與產(chǎn)生強(qiáng)化生物除磷的結(jié)果相一致。Cinar等人觀察到生物除磷在一個(gè)閉環(huán)的、采用曝氣轉(zhuǎn)碟的生物反應(yīng)池中發(fā)生,然而他們卻未能應(yīng)用IAWQ ASMⅠ對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析[3]。因此,需要進(jìn)一步研究和更充分理解在這些工藝中除磷的機(jī)理。正如在分析同時(shí)硝化/反硝化的脫氮過(guò)程中沒(méi)有在外溝道發(fā)現(xiàn)明顯的缺氧段一樣,在Orbal系統(tǒng)的各溝道中也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的、生物除磷所特有的厭氧段。然而與生物脫氮情況相似,生物除磷所必需的厭氧條件完全可能會(huì)在菌膠團(tuán)內(nèi)部形成或發(fā)展。

3 結(jié)論

  本文對(duì)6個(gè)采用分段、閉環(huán)溝道生產(chǎn)規(guī)模的活性處理廠去除營(yíng)養(yǎng)運(yùn)行效果進(jìn)行了全面的分析與研究。根據(jù)初步的評(píng)價(jià)結(jié)果,得出以下結(jié)論:
  ① 在所有選定的污水廠中均觀察到較低的氨氮、TN及硝酸鹽氮出水濃度。其中2個(gè)廠總氮去除率為85%~90%,3個(gè)廠出水總氮在3~5mg/L范圍內(nèi),這些數(shù)據(jù)表明這種閉路、環(huán)形溝道的工藝構(gòu)形具有極好的脫氮條件。泥齡較長(zhǎng)使硝化反應(yīng)很易發(fā)生,且外溝道處于低DO濃度。這些采用內(nèi)循環(huán)方式即把混合液從內(nèi)溝道打入外溝道的污水廠,通常能達(dá)到更低的出水硝酸鹽氮濃度。
 ?、?Orbal工藝各溝道溶解氧分布數(shù)據(jù)表明,很明顯的缺氧及好氧段并沒(méi)有在各溝道內(nèi)形成。由于曝氣轉(zhuǎn)碟較好的混合能力,使外溝道溶解氧呈均勻一致的低濃度。
 ?、?沿各溝道數(shù)據(jù)分布表明,系統(tǒng)中均勻一致的低氮濃度是其達(dá)到高效脫氮的證明,該結(jié)果通常與那種缺少明顯的缺氧及好氧段工藝結(jié)果相一致。
 ?、?氮的去除可以用IAWQ ASMⅠ進(jìn)行分析。ASM Ⅰ是根據(jù)傳統(tǒng)的對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)而建立的,它表明該系統(tǒng)高效脫氮的結(jié)果并不是由新的微生物來(lái)完成的,但這并不意味著新的微生物并不存在于系統(tǒng)中。
 ?、?應(yīng)用ASMⅠ工藝模型表明獨(dú)立的明顯的缺氧與好氧段并沒(méi)有在此系統(tǒng)中發(fā)展及形成。因而,也進(jìn)一步說(shuō)明發(fā)生在菌膠團(tuán)內(nèi)部的反硝化反應(yīng)在其整個(gè)系統(tǒng)脫氮的機(jī)理中扮演相當(dāng)重要的角色。
 ?、?根據(jù)對(duì)現(xiàn)有污水廠含磷數(shù)據(jù)的分析表明,這些廠或具有較低的總磷出水濃度,或其磷的去除超過(guò)用于合成生物細(xì)胞所需的磷。由于并沒(méi)有向系統(tǒng)添加化學(xué),故解釋這些多余磷的去除可能是通過(guò)生物除磷來(lái)完成的。
 ?、?現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明,明顯的厭氧段并沒(méi)有在系統(tǒng)中存在。因此,推測(cè)磷的釋放可能發(fā)生在菌膠團(tuán)內(nèi)部的厭氧段。外溝道液相中低DO濃度將更易使其在菌膠團(tuán)內(nèi)部形成厭氧環(huán)境。
 ?、?SBNR可能在Orbal工藝中發(fā)生,因而使該工藝系統(tǒng)成為進(jìn)一步研究SBNR現(xiàn)象的很好的對(duì)象。

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  作者簡(jiǎn)介:G.T.Daigger 博士 美國(guó)CH2M HILL公司高級(jí)副總裁 污水工藝總工程師
  通訊處:100 Inverness Terrace East,Englewood,CO 80112-5304 USA
  E-mail:gdaigger@ch2m.com

發(fā)布:2007-07-29 12:45    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁(yè)]    [關(guān)閉]
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