城市污水生化处理系统中总氮去除的影响因素分析.pdf

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1、第 2 1 卷第 3期 2 0 1 4年6 月 东 莞 理 工 学 院 学 报 J 0UR NAL 0 F D0 NGGUA N UNI VE RS I T Y 0F T E C HN 0L 0G Y V o 1 2 l N o 3 J u n 2 01 4 城 市污水 生化 处理 系统 中总氮去除的 影响 因素分析 黄 宁 陈炳 东(I 东莞市环保产业促进中心，广东东莞5 2 3 0 1 1；2 东莞市汇海环保科技有限公司，广东东莞5 2 3 8 0 8)摘要：总氮是城市污水处理的一项重要常规指标，在我国现有的城市污水处理工艺中，生化系统中影响 脱氮效率的因素主要包括缺氧池容积负荷、混合液回

2、流比、污泥龄和水温等。本研 究通过中试试验发现，-3 缺氧池 HR T大于3 h r(对应容积 负荷 0 2 4 k g T N m d )、混合液回流比大于 1 5 0、污泥龄不小于1 0 d、水温 高于 2 O 时，A 0可以将平均值为 3 0 m g L的 T N去 除到 1 0 mg L以下，去除率接 近 7 0 ，稳定达 到一级 A标准。关键词：城市污水；总氮；A 0；中试 中图分类号：X 7 0 3 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 9 0 3 1 2(2 0 1 4)0 30 0 6 9 0 5 目前我国已建成了一大批城市污水处理厂 I 2 j。其 中大部分污水处理厂都是按照

3、一级 B标准设计、施工和运行。但是，随着我国水环境污染和水资源短缺问题 的 日益严重，全 国许多地 区都开始执 行一级 A标准或较一级 A更严 的地方标准 J。尤其是总氮作 为城市污水处理 的一项重要常规指标，一直以来都是研究的重点。在我国目前现有的城市污水处理工艺中，总氮主要通过生化作用去除，其降解过程主要通过氨化、硝化和反硝化作用去除 J。本文通过 中试研究，考察生化系统的主要参数 对污水中总氮去除的影响。1 试 验原理与方 法 生物脱氮首先是在厌氧环境内，通过氨化作用将有机氮转化为氨氮；然后在好氧环境 内，通过硝化 作用，将氨氮转化为硝态氮；随后在缺氧环境 内，通过反硝化作用，将硝态氮转

4、化为氮气，从水 中逸 出【。城市污水如果在厌 氧环境停留时间较长，其氨化作用就较为彻底，厌氧出水 的 N H -N T N比值就较 高。硝化作用是 由自养型好氧微生物完成，包括两个步骤：第一步 由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐(N O；)；第二步则由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐。这两类菌统称为硝化菌，它们利用无机 碳化物如c 0；一、H C O；和c 0：作碳源，从N H 、N H 4或N O；的氧化反应中获取能量。其反应方程 式见式(1)和式(2)所示：N H4+1 3 8 3 0 2+1 9 8 2 HC 0 3-兰 0 1 8 C 5 H7 0 2 N+0 9 8 2 N 0；+1

5、0 3 6 H2 0+1 8 9 2 H 2 C O 3(1)N O；+0 O 0 3 N H4+0 O 1 H 2 c 0 3+0 0 0 5 HC 0 3+0 4 8 4 5 0 2 0 0 3 C 5 H 7 0 2 N+0 0 0 8 H 2 0+N O；(2)反硝化作用主要 由反硝化细菌完成，其 中有些是专性好氧细菌，有些是兼性厌氧细菌。在有氧 环境下专性好氧细菌利用分子氧进行呼吸，氧化分解有机物；在无氧而有硝酸盐存在的环境下，它们利 用硝酸盐中的氧进行呼吸，氧化分解有机物，将硝态氮还原为 N 或 N 0，其反应方程式为：N O；+1 0 8 C H 3 O H+0 2 4 H，C

6、O 3 0 6 C H7 O，N+0 4 7 N 2 f+1 6 8 H 2 O+H C O 3 (3)收稿 日期：2 0 1 31 01 8 基金项 目：国家水体污染控制与治 理科技 重大专项(2 0 1 2 Z X 0 7 2 0 6 0 0 4 0 4)。通讯作者：陈炳东(1 9 8 9 一)，男，福建安溪人，主要从事环境应急与环保技术研究。7 0 东 莞 理 工 学 院 学 报 N O 2-+0 6 7 C H 3 O H+0 5 3 H 2 C O 3 0 4 C 5 H 7 0 2 N+0 4 8 N 2 t+1 2 3 H 2 O+H C O 3 C 5 H 7 0 2 N+4

7、N O 3 5 c 0 2+N H 3+2 N 2 1+4 0 H一 硝酸盐还原为 N：的过程为 N O r N 0 垩 鳖 苎 N 0 N 0 坠 堡 N：(4)(5)(6)在生化处理系统中决定脱氮的决定因素是反硝化过程，所以改变缺氧池容积负荷、混合液回流比、污泥龄和水温条件对反硝化速率的影响较大。本研究依托于处理规模为 1 0 0 t d的 A O工艺处理城市污水 的中试试验进行生物脱氮 的影响因素 研究。2 结果与讨论 2 1 缺氧池容积负荷对 T N去除的影响 缺氧池的容积负荷是生化系统去除 T N反硝化反应的主要影响因素。本研究考察了缺氧池的容积负 荷对 T N去除的影响。原水 T

8、N平均值为 3 0 m g L，不同缺氧池水力停留时间对应的缺氧池 T N容积负荷 见表 1 所示。表 1 不同缺 氧池水力停留时间对应容积 负荷 缺氧池水力停留时间 h r 1 1 5 2 2 5 3 3 5 4 4 5 缺氧池容积 m 4 1 6 6 2 4 8 3 2 1 0 4 1 2 4 8 1 4 5 6 1 6 6 4 1 8 7 2 缺氧池 T N容积负荷(k gT Nm-d )0 7 2 0 4 8 O 3 6 0 2 9 0 2 4 O 2 l 0 1 8 0 1 6 缺氧池水力停留时间在每个条件下运行 5天，其它实验条件不变：污泥浓度 2 5 0 0 m L，污泥龄 1

9、0 d，好氧池溶解氧 2 mg L，缺氧池溶解氧 0 1 0 2 m g L，混合液 回流比 2 0 0 ，污泥 回流 比5 0 ，水温 1 8 2 0。生化系统进出水 T N浓度、去除率见图 1 所示。3 0 25 =2 0 1 5 1 0 5 0 1 0 1 5 20 2 5 3 O 3 5 4 0 45 缺氧池水力停 留时间 h r 图 1 不同缺氧池水力停 留时间条件下 T N去 除 6 0 4 0 褂 2 0 0 由图 1可以看 出，随着缺氧池水力停 留时间的增加，生化出水 T N浓度逐渐降低，T N去除率逐渐 升高，当缺氧池水力停留时间大于3 h r，即缺氧池 T N容积负荷高于0

10、 2 4 k g T N 1 3 d 时，T N去除 率大于 7 0 ，且增速开始减慢。2 2 混合液回流比对 T N去除的影响 混合液回流比是影响T N反硝化反应的一项重要影响因素。本研究在 M L S S 2 5 0 0 m g L、S R T 1 0 d、好氧池 D O 2 m g L、缺氧池 D O 0 1 0 2 mg L、缺氧池 H R T 3 h r、污泥回流 比5 0、水温 l 7 2 0 c C的 条件下，考察了混合液回流比分别为 0、5 0 、1 0 0 、1 5 0 、2 0 0 、2 5 0 、3 0 0 、3 5 0 情况下 的 T N去除，每个条件实验 3天，结果为

11、 3日T N浓度平均值，去除结果见图 2所示。第 3期 黄宁，等：城市污水生化处理系统中总氮去除的影响因素分析 7 1 3 5 3 0 2 5 2 O 皇 p 21 5 Z r-l 0 5 O 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 混合液回流t：t 不同混合液回流 比条件 下 T N去除 9 O 8 0 7 O 6 0 5 0 4 0 鬟 3 0 2 O 1 O 0 由图 2可以看 出，随着混合液回流 比的增加，T N去除率快速升高，从 2 8 增至 8 4 5。当混合液 回流 比大于 1 5 0 时，出水 T N浓度低于 1 0 mg L，实际去除率 达到

12、6 9 4 ，然后去除率增长速度逐渐 减缓。考虑能耗的因素，混合液回流比建议在 1 5 0 2 0 0 之问。生化系统总氮理论去除率，见式(7)?q T N=(7)式中 叼 ：总氮去除率；R：混合液 回流 比 根据式 7，在不 同混合液 回流比条件下，生化系统 的T N去除率见 图2所示。从图2可以看出 T N实 际去除率要大于理论去除率，这与正 常情况下 T N实际去除率小 于理论去 除率 的情况不 同，分析其原 因，主要是因为本研究中在好氧池 内安装了生物填料，该填料在表面好氧、内部缺氧的情况下，具有一 定的反硝化能力，所以 T N实际去除率大于理论去除率。2 3 污泥龄对 T N去除的影

13、响 在 ML S S 2 5 0 0 m g L、混合液回流比 2 0 0 、好氧池 D O 1 5 mg L、缺氧池 D O 0 1 0 2 m g L、缺 氧池 H R T 3 h r、污泥回流 比5 0 、水温 1 7 2 0 C的条件下，考察 了 S R T分别为 5 d、6 d、7 d、8 d、9 d、1 0 d情况下的 T N去除，每个条件实验时问 1 5天，结果 T N去除结果见 图 3所示。7 8 9 1 O 污泥龄 d 不 同污泥龄条件下 T N去 除 8 0 7 O 甜 6 O 5 0 由图 3可以看出，随着污泥龄的增加，T N去除率逐渐提高，且成近似线性关系，所以污泥龄越

14、高，T N去除率越高。O 3 2 1 0 9 8 7 (1 I 皂)z 5 7 2 东 莞 理 工 学 院 学 报 2 0 1 4 2 4 水温对 T N去除的影响 在 ML S S 2 5 0 0 m g L、混合液回流比2 0 0、好氧池 D O 1 5 m g L、缺氧池 D O 0 1 0 2 m g L、缺 氧池 H R T 3 h r、污泥 回流 比5 0 、S R T 1 0 d的条件下，考察 了水温 1 5 2 6 C的 T N去除结果，见图4所 示。l 6 l 4 ，、1 2 1 0 一 言8 6 4 1 5 1 6 1 7 l 8 l 9 20 21 2 2 2 3 2 4

15、 2 5 2 6 水温 图 4不 同水温条件下 TN去除 7 0 6 0 基 5 0 由图4可以看出，随着温度的升高，T N去除率也逐渐提高，当温度低于 2 0 q C时，T N去除率较低；当温度高于 2 0 C时，T N去除率较高。3 结语 本文考察 了 A O生化处理工艺 中，缺氧池 容积负荷、混合液 回流比、污泥龄 和水温 4个 因素对 T N去除的影响，研究结果表明：缺氧池水力停 留时间大于 3 h r，即容积负荷高于 0 2 4 k g T N 13 1。d 时，T N去除率大于7 0，然后增速逐渐变慢；混合液回流比对 T N去除的影响较大，T N去除随混 合液回流比的提高而增加，当

16、混合液 回流 比大于 1 5 0 时，出水 T N浓度低于 1 0 mg L，去除率接近 7 0 ，即稳定达到一级 A标准；污泥龄越长，T N的去除率越高，建议污泥龄不小于 1 0 d，通过填料可 以延长附着在填料上污泥的污泥龄；温度对 T N的去除有一定影响，但 当水温高于 2 0 C时，其变化对 T N的去除影响不大。参 考 文 献 1 王荣斌，汪翠萍，邢奕，等 城市污水处理厂二 级出水深度处理 回用 的设计与运行 J 环境工程，2 0 0 7(4)：1 01 2 2 住 房和城 乡建设部关于全 国城镇污水处理设施 2 0 1 1 年第 四季度建设和运行情况的通报 R 北京：2 0 1 2

17、 3 张洁，胡卫新，张雁秋 城市污水生物脱磷除氮工艺的新进展 J 污染防治技 术，2 0 0 3，1 6(3)：4 0 4 2 4 张杰，臧景红A 0工艺的固有缺欠和对策研究 J 给水排水，2 0 0 3，2 9(3)：2 2 2 6 5 黄东辉，赵勇 城市污水处理厂 出水达一级 A标准的新技术 J 给水排水 动态，2 0 1 l(6)：2 82 9 6 郑兴灿，尚巍，孙永利，等 城镇污水处理厂一级 A稳定达标的工艺流程分析与建议 J 给水排水，2 0 0 9(5)：2 5 2 9 7 邵辉煌，张韵，方先金，等 城镇污水处理厂强化生物脱氮试验研究 J 给水排水，2 0 1 0(4)：2 3 2

18、 7 8 P o e h a n a K，K e l l e r J，L a n t P Mo d e l d e v e l o p me n t f o r s i m u h a n e o u s n i t ri f i c a t i o n a n d d e n i t r i fi e a t i o n J Wa t e r S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y 1 9 9 9，3 9(1)：2 3 52 4 3(9 朱杰，付永胜 生物脱氮处理过程 中厌氧氨化作用研 究 J 水处理技术，2 0 o 7，3 3(1)：3 9 4 2

19、1 0 Z h u G，P e n g Y，L i B，e t a 1 B i o l o g i c a l r e m o v a l o f n i t r o g e n f r o m w a s t e w a t e r J R e v i e w s o f E n v i r o n m e n t al C o n t a m i n a t i o n a n d T o x i c o l o gy，2 0 0 8，1 9 2：1 5 9 1 9 5 1 1 K l a n g d u e n P o e h a n a，J u r g K e l l e r S t

20、u d y of f a c t o r s a f f e c t i n g fo r s i m u l t a n e o u s n i t r i fi c a t i o n a n d d e n i t r i fi c a t i o n(S N D)J Wa t e r S c i e n c e a n d T e c h n o l o gy，1 9 9 9，3 9(6)：6 1 6 8 第 3期 黄宁，等：城市污水生化处理系统中总氮去除的影响因素分析 7 3 An An al y s i s o f Re m ov al o f Tot al Ni t r ogen

21、 i n A2 O Sys t em f or Tr ea t i ng M u ni ci p al W as t e w at er HUANG Ni ng CHEN Bi ng-do ng (1 I n d u s t r y C e n t e r o f D o n g g u a n E n v i r o n m e n t P r o t e c t i o n，D o n g g u a n 5 2 3 0 1 1，C h i n a ，)Abs t r act A p i l o t s c a l e A O s y s t e m i s u s e d f o r i

22、 n v e s t i g a t i n g t h e ma i n p a r a me t e r s w h i c h i n fl u e n c e t h e r e mo v a l o f t o t a l n i t r o g e n T h e r e s u i t s r e v e a l t h a t t o r e d u c e t h e t o t a l n i t r o g e n f r o m 3 0 mg L t o l e s s t h a n 1 0 mg L wh i c h c a n me e t t h e f i r

23、 s t。c l a s s A p e r mi t t e d c r i t e r i a o f m u n i c i p a l w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t s，t h e v o l u m e l o a d o f t h e a n o x i c p o n d s h o u l d b e l a r g e r t h a n 3 h r(c o r r e s p o n d i n g v 0 l u m e t r i c l o a d i n g 0 f 0 2 4 k g T N m一

24、 d )，t h e r e f l u x r a t i o o f t h e mi x e d l i q u i d s h o u l d e x e e e d 1 5 0 ，t h e s l u d g e a g e s h o u l d n o t 1 e s s t h a n 1 0 d a n d t h e w a t e r t e mp e r a t u r e s h o u l d b e h i g h e r t h a n 2 0 CT h e r e s u h s c a n b e a p p l i e d t o t h e r e mo v a l o f t h e t o t a l n i t r o g e n i n mu ni c i p a l wa s t e wa t e r t r e a t me nt p l a n t Key wor ds mu n i c i p a l w a s t e wa t e r；t o t a l n i t r o g e n：A 0：p i l o t s t u d y