三级水力生物转笼脱氮除磷工艺研究

　　摘要:改革开放以来,污水的常规二级生物处理技术在我国较发达的城市和地区得到了广泛应用,可以说在一定的程度上改善了水质,提高了人民的生活水平,有利于环境的保护,但是由于我国社会经济的高速发展,人民的对生活环境尤其是水环境有了更大的追求,大量使用含氮磷的生活用品,致使水中富含氮磷,直接导致水体黑嗅或溶解氧浓度过低等一系列水体污染问题,而且这一问题日益突出,严峻的形势迫使越来越多的国家和地区制定更加严格的COD,氮和磷的排放标准,涉及的控制指标,内容及数值不断提高,越来越严格.多级水力旋转生物膜(生物转笼)处理技术是活性污泥法与生物膜法的协同技术。他具有节能，处理效果好，便于自动控制等优点。
　　关键词:脱氮除磷，硝化，反硝化，水力生物转笼
　　1试验条件与方法
　　该小型污水厂是为了落实根据国家相关污水处理排放标准及根据某新校区实际,在该新校区校区北侧修建的一座日处理量3500m3／day,功能:一是处理学生日常生活用水进行处理后排放,二是为了供环科所和环城学院实验所用,试验装置采用的是中试规模后的实践调试，其他的诸如厌氧调节池的设计，污泥的处置都采用常用设备。每天上午8点设计运行参数调试，10点进行生物膜观察和镜检，中午取水样，下午制标准曲线和测量COD,氨氮、总氮、总磷等水质指标。
　　2工艺流程
　　2．1工艺水处理设备装置
　　本工艺采用活性污泥与生物膜相结合的方法,其工艺参数和简图如下:
　　图一工艺流程简图
　　Fig.1Technicalprocessdiagram
　　其中调节池的体积950M3,有调节池送水到生物膜反应池,由两台自吸式离心泵构成,分别为高水位(在水位高时启动)和低水位泵(在水位低时关闭)组成,都采用自动控制.水在反应池里,由三个小型池子(三级并行转笼)组成,每个生化反应池处理水量8立方,一级进行缺氧（少于1mg/L）和厌氧（少于0.3mg/L）,二级和三级进行补气(相对曝气量少，曝气时间0.4－0.5h),也是该工艺的关键装置,其转笼采用水力驱动、可实现脱氮除磷功能、运行成本低。水力旋转生物膜技术是利用水力驱动装有一定填料物转笼转动，当转笼水下部分旋转露出水面时，球形多面球填料夹带的污水进入空气中，生物填料的转动及转笼的运动使生物膜吸收大量氧气，营造出良好的好氧环境（≥2.5mg/L），当转笼转到水下部分时，填料夹带空气进入混合液，又营造兼氧环境（或缺氧环境视情况而定）。在污水里有含有一定量的活性污泥,这也是除磷的唯一载体,我们只要进行好生物选种和驯化,可以使污泥的属性的朝多吸磷少吸氮的方向发展.而生物膜我们可以使它朝多吸氮少吸磷的方向发展。
　　2．2污水来源与水质
　　实验用水取自该校区学生公寓及食堂混合污水。其水质情况见下表
　　COD（mg/L） BOD5
　　（mg/L） 氨氮
　　（mg/L） 总氮
　　（mg/L） 总磷
　　（mg/L） SS
　　（mg/L） T
　　(℃) PH
　　180~350 120~215 28~45 35~56 2.2~4.4 80~130 18.1~25.4 6.8~7.5
　　表1原水水质
　　2.3监测项目与方法
　　项目 测试方法
　　COD 重铬酸钾标准法
　　BOD BOD测试仪器
　　TN 碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度法
　　NH3-N 纳氏试剂比色法
　　TP 过硫酸钾氧化-紫外分光光度法
　　SS 蒸干称重法
　　表2监测项目与测试方法
　　3结果与讨论
　　3．1进水有机负荷及三级工艺设计对系统处理效果的影响
　　污泥在生化反应池(生物转笼)存在着厌氧兼缺氧和好氧的反应阶段,流经过活性污泥，污泥由硝化菌.反硝化菌，聚磷菌以及其他多种微生物组成，但由于不同菌群的最佳生长环境不同,脱氮与除磷之间存在着矛盾，实际应用中经常出现脱氮效果好时除磷效果较差，而除磷效果好时脱氮效果不佳的情形，其具体原因是：一厌氧和缺氧段内污泥量被限定后，厌氧与缺氧段污泥量的分配比和属性将影响磷释放或硝态氮反硝化的效果，厌氧段污泥量大则磷释放效果好，但反硝化效果差；反之，则反硝化效果好，而磷释放效果差；二原水经厌氧段进入缺氧段，磷释放与硝态氮反硝化争夺碳源，当原水中碳源不足时,磷释放或反硝化不完全；三硝化菌世代繁殖时间长，要求较长的污泥龄，但磷从系统中被去除主要是通过剩余污泥的排放，因此要提高除磷效率则又要求缩短泥龄。生物膜与活性污泥结合工艺则针对常规生物脱氮除磷工艺存在的问题,将其相互影响和制约的因素分解,使不同的菌类生长在各自最佳环境条件下,因而使脱氮和除磷效果可以同时达到最佳,而且工艺的可控性增强。为之,我们在不同级数的转笼经行了污泥驯化,使反消化菌在一级生物水力转笼优势生长,避免聚磷菌与反消化细菌因为较长的污泥龄不同而影响处理效果。并在一级生物转笼活性污泥STR相对延长；在二级，使反消化菌在二级生物水力转笼优势生长，而活性污泥则以聚磷菌优势生长，在有机负荷方面因为进水的BOD高和在一级BOD去除率低而不会造成竞争。
　　图表三不同级别有机物去除率
　　由上图可知：污水在一级转笼较二级转笼的生化去除率要小的多，在二级生化池中COD的含量仍在190mg/L以上。这足够聚磷菌的生化作用及自身的代谢需要。从镜检来看也发现大量的聚磷菌附在生物膜上。
　　二级进行补气,有时补气量可以与曝气量一样,三级是在二级基础上进行跟进一步处理.只不过BOD的处理效果高，把BOD，COD，T-P，T-N降低到国家标准。（图表四）
　　图表四去除率效果总图
　　由上图可见，少量的曝气（补气）能达到国家排放标准。据水厂值班人员记录显示：与按常规曝气方法相比节约电量135千瓦时。
　　3.2工艺特点原理分析
　　根据生物脱氮除磷原理,硝化菌和反硝化菌可以分别放置在好氧和缺氧装置内,而含氮液体在它们之间循环,这样可使硝化菌和反硝化菌分别在各自的最佳环境中充分发挥作用,同时除磷菌在厌氧和好氧之间循环以完成磷的释放和超量吸收"综合考虑生物脱氮除磷对环境条件的要求,以及生物膜法和活性污泥法的各自特点,确定试验工艺流程如图1所示"
　　图1生物膜与活性污泥结合工艺流程示意图
　　本工艺特点:缺氧（厌氧）段,反硝化菌均匀分布在整个缺氧池的生物膜上,不需要污泥搅拌设备,操作简便"由于反硝化菌被固定在生物膜上,缺氧段的污泥量不受到限制,原水进入缺氧段,有机物主要被用于反硝化，在好氧段里消化细菌和聚磷菌得以良好的生长，这种状态一直延续到三级转笼里，由于一直保证在高富含氧中，聚磷菌的磷释放受到抑制，在二沉池里富含磷的活性污泥沉入池底被分离出来，硝化的NH+4—N液通过内回流进行再处理。
　　3．3分级补气转对系统处理效果和节能的影响
　　我们考虑的不仅是处理效果，还要对运行成本的控制，，我们对好氧和兼氧的实现充分利用生物转笼在转动过程的充氧作用，所以采用的是小量的补气而不是高耗能的曝气。
　　3．4污泥SRT对系统处理效果的影响
　　我们的悬浮态污泥SRT相对较小，应为那是主要的除磷载体，而且生物种群较少，生物膜的SRT很长，且物种丰富。
　　4结论
　　1）当有机容积负荷1.8~2.3kgCODm-3•d-1，系统处理效果最佳，COD、SS、NH3-N、TN、TP去除率分别达到94.4%、97.5%、81.6%、82.7%、80.1%，出水COD、SS、NH3-N、TN、TP分别为33mg/L、13.5mg/L、7.6mg/L、7.9mg/L、0.55mg/L。
　　（2）分级补气有利于硝化反应的进行和聚磷菌的吸磷的好氧条件。此时游离氧的浓度5.3mgL－4.7mgL效果最佳。
　　（3）污泥SRT系统对氮磷的去除受泥龄影响较大，将活性泥龄控制在10天左右，生物膜控制在23天，有利于氮磷的同步去除。
　　参考文献
　　[1]丁永伟活性污泥与生物膜复合工艺的特性及运行效能研究论文2003
　　[2]李圭白张杰水质工程学中国建筑工业出版社2005年七月第一版
　　[3]张自杰主编.排水工程下册.第四版.北京:中国建筑工业出版社,2000