气升间歇内循环一体化反应器的开发

第34卷第3期2013年6月大连交通大学学报JOURNALOFDALIANJIAOTONGUNIVERSITYVol．34No．3Jun．2013文章编号:1673-9590(2013)03-0090-06气升间歇内循环一体化反应器的开发郭海燕，李芸，林静，陈建冬，张寿通(大连交通大学环境与化学工程学院，辽宁大连116028)*摘要:提出了一种新型的气升间歇内循环一体化反应器，利用曝气动力实现混合液在厌氧区和好氧区的循环，采用变液位间歇交换模式在厌氧区创造厌氧/缺氧交替环境，通过强化反硝化除磷过程实现污水同步脱氮除磷．考察了三种工艺形式下污染物的去除效能和去除特性，实验结果表明:采用固定床生物膜－沉淀出水工艺形式，可以实现良好脱氮，厌氧区固定生物膜微生物具备反硝化除磷环境，但因无法有效排泥造成除磷效果较差;采用移动床复合生物系统－沉淀出水工艺形式，可以加强以活性污泥形式存在的常规聚磷菌的作用，除磷效果改善，但生物量受污泥沉淀效果的影响而偏低造成氮、磷去除率较低;采用移动床复合生物系统－膜出水工艺形式，能保持较高浓度的生物量并能有效排泥．在水力停留时间(HRT)为22h、间歇交换周期为185min、污泥龄(SRT)为17d的条件下，进水COD、NH4+-N和PO43－-P浓度分别为821．3、102．5和21．3mg/L时，反应器对COD、TN和PO43－-P去除率分别达到91.8%、84．8%和94．4%．关键词:脱氮除磷;反硝化除磷;一体化反应器;间歇内循环文献标识码:A0引言在我国小城镇发展过程中，污水排放量逐年增加，由氮、磷引起的水体富营养化现象日益突出，这其中一个重要原因就是中小城镇经济能力较弱，而现行的大多污水处理工艺和设备的投资及运行费用相对较高，难以在经济水平低、缺少技术管理人员的小城镇推广应用．一体化反应器基于传统脱氮除磷原理，通过不同溶解氧环境在空间上的分区优化而实现单体反应器内脱氮或除磷，近年来受到许多研究者的关注．根据微生物存在状态可分为一体化生物膜法和一体化活性污泥法，前者如缺氧－好氧流化床反应器［1］、一体化A/O生物膜反应器等［2-4］，具有结构紧凑、适应性强、污泥产量小、不需污泥回流等优点，但其脱氮过程类似于前置反硝化工艺，需外加动力进行硝化液回流，且生物膜始终处于同一溶氧环境下，无法实现磷的有效脱除;后者如AmOn污水处理装置［5］、气升式活性污泥反应器等［6］，利用了水流喷射动力或曝气动力来实现混合液的循环，节省了各种外置的回流设备，但液体在反应器内的流态容易从平推流转变成完全混合流，导致不完全脱氮．截至目前，有关一体化新型反应器的研究报告仍有不断问世，且偏重于各项工艺技术，如膜技术，各种生物膜技术的集成优化［7-10］．其中，生物膜与活性污泥法相比具有更复杂的生态系统和空间结构，采用生物膜法除磷也表现出一定的优势［11-13］．但总体上，以上研发的一体化工艺仍未能有效解决脱氮和除磷微生物对碳源的竞争以及两者的泥龄矛盾，无法实现良好的同步脱氮除磷效果．针对以上问题，本文提出了一种新型的气升间歇内循环一体化反应器(专利号:ZL200910010575．0):采用生物膜法分区固定不同生化环境需求微生物，利用曝气动力实现混合液回流，采用变液位运行方式实现混合液在各区间的周期交换，在空间和时间上实现脱氮、除磷微生物所需的不同生化环境的，通过强化反硝化除磷过程实现污水中氮、磷的同步去除．基于以上反*收稿日期:2012-12-03基金项目:国家自然科学基金资助项目(50908028);环境与化学工程学院大学生科技创新基金资助项目(201103)作者简介:郭海燕(1977－)，女，副教授，博士，主要从事水污染控制工程的研究E-mail:ghy2721@sina．com．第3期郭海燕，等:气升间歇内循环一体化反应器的开发91应器的设计思想，本文进行了反应器的构建和微生物培养驯化，考察了三种基本工艺形式下污染物去除效能和去除特性，为该工艺的进一步开发提供理论依据．1实验装置及材料1．1实验装置反应器结构及原理示意图如图1所示，由生化区和出水区组成，生化区由导流板分为曝气区和非曝气区，曝气区设空气扩散装置，非曝气区设进水管，两区内可设固定或移动填料，出水区可采用沉淀出水或膜组件过滤出水．运行方式上，采用间歇进水、连续出水方式，使反应器液位始终在高液位和低液位之间变化，实现曝气区和非曝气区混合液的周期变换．曝气区主要进行好氧硝化反图1一体化反应器构造原理应，而非曝气区则处于厌氧和缺氧交替环境，无混合液循环时进行厌氧释磷，有混合液循环时进行反硝化吸磷，从而实现污水中碳、氮、磷污染物的去除．实际构建的一体化反应器由有机玻璃制成，总