间歇曝气和连续曝气对完全混合式反应器系统脱氮性能的影响_张雯

第32卷第11期2013年11月环境化学ENVIＲONMENTALCHEMISTＲYVol．32，No．11November20132013年3月2日收稿．*国家科技重大专项(2008ZX07421-002)资助．＊＊通讯联系人，E-mail:zhangwen0531@126．comDOI:10．7524/j．issn．0254-6108．2013．11．023间歇曝气和连续曝气对完全混合式反应器系统脱氮性能的影响*张雯1＊＊邓风2徐华2(1．南京大学地球科学与工程学院，南京，210008;2．南京工业大学环境学院，南京，210008)摘要为研究利用曝气方式控制完全混合式反应器(CSTＲ)去除有机物和提高脱氮效率的可行性，本文考察了不同的间歇曝气和连续曝气工况下，CSTＲ中DO、pH每2min的微观变化规律，以及对NH+4-N和TN去除效果的影响．探究不同的曝气方式下CSTＲ运行时微生物代谢和降解能力的短时变化性、总体稳定性以及运行的可行性．结果表明，曝气-停曝时间分别为2—1h、2—2h、2—3h、3—1h、3—2h、3—3h、4—1h、4—2h、4—4h和连续曝气这几种工况下，2—1h、3—1h、4—1h、4—2h和4—4h时更有利于硝化细菌的生长和代谢，氨氮去除效果较好，与连续曝气相当，均达到了85%以上，其中4—4h时效果最好，达到96．41%．连续曝气工况下TN的去除率低于2—1h、4—1h、4—2h和4—4h工况下的效果，且这4种工况TN去除率稳定并均高于2—2h、2—3h、3—1h、3—2h和3—3h工况，其中4—2h和4—4hTN去除率最高分别达到68．09%和73．39%．9种间歇曝气连续曝气工况下CSTＲ中COD去除性能无显著差异，COD去除率为95%以上．关键词CSTＲ，好氧颗粒污泥，间歇曝气，连续曝气，COD，脱氮，NO－3-N．尽管目前关于好氧颗粒污泥在CSTＲ工艺中的研究和应用已有报道，而从降低能耗的角度出发，关于曝气方式对好氧颗粒污泥在连续流工艺中的影响以及整个实验过程的微观变化还鲜见报道．已有研究表明，间歇曝气循环周期内缺氧-好氧时间的分配至关重要，延长好氧时间有利于COD去除和硝化反应进行，而相对较长的缺氧阶段则有利于亚硝酸氧化菌(NOB)活性抑制并实现短程硝化反硝化［1-2］．本研究拟采用CSTＲ运行好氧颗粒污泥工艺，忽略在SBＲ反应器中常采用的选择压、污染物浓度变化周期和循环时间等条件对污泥性能的影响［3］，以持续的液相剪切力代替SBＲ反应器中的气相剪切力强化氧气传递［4］，在CSTＲ中展开单因次正交试验和平行试验，得出适合的温度和碱度［5-9］，培养出成熟的好氧颗粒污泥后，在此条件下对9种间歇曝气和连续曝气的工况进行平行试验，着重探讨CSTＲ工艺中好氧颗粒污泥在这两种不同工况下DO、pH、COD、NH+4-N、NO－3-N及TN的微观变化和对目标污染物的去除效果，对实际工程中整套反应系统的有机物去除情况进行模拟，同时在提高反应器运行效率，节能环保等工程角度对该系统确定了最优化工况方案，为实际工程提供参考．1材料与方法1．1试验装置实验室进行平行试验，装置为有机玻璃制成，如图1所示．装置为连续进水，总有效容积为17．05L，由曝气区和沉淀区组成，曝气区与沉淀区之间设有可调污泥回流缝，可以根据需要调节和控制污泥回流量．泥水混合液呈下向流，并在底部回流至升流区，三相分离区，泥、水、气在此发生分离，气体溢出装置，污泥沉降至降流区，上清液由出水口排出．为保证进水的连续性，废水由自控系统经由恒流泵流入反应器．1．2试验用水与接种污泥人工模拟废水浓度见表1，试验时模拟生活污水由葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4和自来水配制而成．11期张雯等:间歇曝气和连续曝气对完全混合式反应器系统脱氮性能的影响2177图1试验装置示意图Fig．1Schematicoftestequipment表1人工模拟废水组成Table1Thecompositionofsimulatedwastewater项目浓度/(mg·L－1)项目浓度/(mg·L－1)COD392—440NH+4-N116—124NO－3-N0．41—0．92NO－2-N0．22—0．69TN157—1631．3水质分析项目试验中需测定的水质指标及监测方法:COD、NH+4-N、NO－3-N、NO－2-N、TN等采用国际标准法测定［10］;溶解氧采用YSI-MOD-EL58型溶氧仪测定;pH值采用pHs-3C型pH计测定;污泥形态采用OlympusBH22型光学显微镜(连接数码相机进行图片拍摄)观察．1．4试验方法实验共分为4组，每组有3个反应器进行平行试验．运行期间，第一组的3个反应器曝气-停曝时间分别为2—1h、2—2h、2—3h，第二组分别为3—1h、3