生活污水的一体化反应器同步脱氮除磷研究

传统的生物脱氮包括硝化和反硝化两个过程，传统工艺将这2个过程设在2个不同的处理单元或在时间上缺氧和好氧环境交替的同一个反应器中，所需要的能耗较高。近年来，一体化反应器的开发为生物脱氮除磷的高效、低成本运行提供了可能性[1]。许多研究者在不同类型反应器中发现了同步硝化反硝化（SND）现象，并且对形成机理和控制条件进行了深入探讨[2]。如Hano[3]等构建的能同时进行硝化-反硝化的气提式反应器以导管内部为好氧区、反应器筒体与中央导管间的环隙为缺氧区，通过曝气推动污水在好氧区和缺氧区之间循环实现脱氮；但是，其液体循环比高，两区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。Loosdrecht[4]设计的三筒式反应器虽然克服了这个缺点，但是反应器的操作条件较为复杂。随着一体化反应器的发展，生物膜逐渐被结合成为主体工艺的一部分。与活性污泥法相比，生物膜法抗冲击负荷能力高、污泥产量少且沉降性能好、能耗低[5-6]。本文设计的生活污水一体化同步脱氮除磷反应器构造简单、操作简便，利用双室生物悬浮载体挂膜处理城市生活污水，比利用普通生物悬浮载体处理废水更好。1试验部分1.1试验用水原水取自于中国科学院生态环境研究中心的生活污水，水质波动较大，水质范围为：COD为120～350mg·L-1，氨氮质量浓度为40～65mg·L-1，总氮质量浓度为30～100mg·L-1，总磷质量浓度为3～6.5mg·L-1。1.2试验装置试验装置见图1。试验所用反应器为PVC材料加工而成的圆柱形反应池，总高1.4m，内径200mm，总有效体积36.4L，填料区体积为30.1L。反应器上部为悬浮载体分布区。沿反应器的不同高度设有排水口（兼做采样口用），采用置于反应器底部的微孔曝气，并在曝气区内放入悬浮载体。污水由蠕动泵提升后直接进入好氧区，出水由反应器的上部直接流入沉淀池，再将沉淀池的硝化液和污泥100%回流入反应器的好氧区进行反应。采用3套平行的试验装置，即反应器1、2、3，内装相同数量的悬浮载体；连续曝气，整个过程中反应生活污水的一体化反应器同步脱氮除磷研究张晓伟1，3，张松林1，姜琦2，田秉晖3，辛丽花3，马玉涛3（1.西北师范大学地理与环境科学院，甘肃兰州730070；2.环境保护部水专项实施管理办公室，北京100029；3.中国科学院生态环境研究中心，北京100085）摘要：根据污水生物脱氮除磷原理设计了一套一体化反应器，并在其中分别投加普通生物悬浮载体和双室悬浮载体，以研究两者对生活污水同步脱氮除磷的效果。结果表明，在相同HRT下、温度控制在20～30℃和pH为6.5～7.8时，双室悬浮载体对污水总氮的平均去除率比普通生物悬浮载体的高近10%；但是两者对总磷及COD的去除效果相近，且对COD的去除效果较好，平均去除率在90%以上；Grau模型计算表明，HRT为12h时，反应器中投加双室悬浮载体后的污水底物降解常数最大（2.18）。因此，把双室悬浮载体及其一体化反应器用于污水的同步脱氮除磷是一种高效的生活污水处理方法。关键词：双室悬浮载体；脱氮除磷；水力停留时间中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000-3770(2012)01-0059-004收稿日期：2011-06-29基金项目：环境水质学国家重点实验室专项经费的资助（08Y07ESPCR）；环保公益性行业科研专项（200809087）作者简介：张晓伟（1986－），男，硕士研究生，研究方向为环境化学；E-mail：zhangxiaowei789456@126.com联系作者：张松林，博士，教授；E-mail:zhangsonling65@163.com第38卷第1期2012年1月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.38No.1Jan.,201259器的pH维持在6.5～7.8，水温控制在20～30℃；其中，反应器1中投加普通悬浮载体，反应器2、3中分别投加双室悬浮载体，其水力停留时间（HRT）分别为24、24、12h。反应器接种的污泥取自北京某污水厂强化脱氮除磷工艺的回流污泥，接种量8g·L-1。试验挂膜方式采用快速排泥法，污泥100%回流，反应器的填充率为35%。反应器填料经挂膜之后，反应器1中的污泥质量浓度（MLSS）平均为1g·L-1左右，反应器2和3中的MLSS平均分别为1.4g·L-1和2.05g·L-1，这是因为新型的双室悬浮载体创造了多种微生物生长的不同环境，使反应器中微生物的种类和数量大大增加，污泥的活性也随之提高，进而提高了反应器中的MLSS质量浓度。因此，本反应器将活性污泥和生物膜工艺有机融合在同一反应器内以稳定和强化处理效果，实现了这2种常规生物处理工艺的一体化。1.3悬浮载体研究所用为双室悬浮载体，直径为100mm，其内室的