AAO--MBR组合工艺强化去除氨氮及其硝化速率.pdf

第 32 卷第 4 期 2O1O 年 O8 月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 Jou rnal o f C i v i l A rc hi tec tural E nvi ron m ental E n gi neeri ng V oI 32 N o 4 A u g 2O 1O M B R 组合工艺强化去 除氨 氮及 其硝化速率 陈 卫 武 迪 朱宁伟 郑晓英 李 激 羊鹏程 1 河海大学 环境 学院 南京 210098 2 无锡 市排水管理处 江苏无锡 214011 摘 要 将 PV D F 帘式 中空纤 维膜 组件 与 A A O 工 艺结 合 构 建 A A O M B R 强化 生 物脱 氮 的 中试 系统 用 于处理太 湖流域城 镇 污水 针 对组 合 工 艺的脱 氮效果 以组合 工艺 M B R 池 内活性 污泥的硝化 速率 为研 究对 象 分 析 了溶解 氧 D O 浓度 进 水氨 氮浓 度 和 温度 对 硝 化 速 率 的影 响 结果表明 组合 工艺在夏 季和冬季的氨 氮平均去除率分别稳 定为 96 56 和 96 68 低 温 T 15 条件 下 进水氨 氮 浓度 对硝 化速 率影响 不大 温度升 高硝 化速 率加 快 温度 为 30 5 时组 合 工 艺的硝 化速 率为 11 8 时的 2 6 倍 与 常 规 工 艺相 比 组 合 工 艺 的硝 化 速 率 是 氧化 沟工 艺的 2 3 倍 组 合工 艺两级硝 化 空间形成 的较 长水 力停 留 时 间和 M BR内膜 的 截 留作 用补 偿 了低 温 对硝 化 速 率的 影响 关键 词 A A O M B R 组合 工艺 低 温 氨 氮去 除率 硝化 速率 中图分类 号 X 703 1 文 献标志码 A 文章编 号 1674 4764 2010 04 0090 06 E n h an c ed A m m o n i a R em o val an d N i tri fi c ati o n R a te o f A A O M B R C om bi ned Proc ess W U D i Z H U N i n g w e i Z H E N G X i a o y i ng L I J i Y A N G P e n g c he n g 1 College of E nvi ronm ental H ohai U ni versi ty N anji ng 210098 P R C hi na 2 W u x i D rai n age M an agem en t O ffi c e W ux i 2 140 11 Ji ang su P R C hi na A bstrac t By c om bi ni ng the m em brane bi oreac tor of the P V D F hollow fi ber m em brane w i th the A A O proc ess a pi lot test system of A A O m em brane proc ess A A O M BR w as c onstruc ted and em ployed i n treati ng m u ni c i pal w astew ater i n T ai hu L ak e B asi n A c c ord i ng to th e n i tro gen rem ova l o f c o m b i n ed pro c ess the n i tri fi c ati on rate of ac ti vated slu dge i n MB R w as studi ed T he effec t of di ssolved o xygen c on c entrati on i n fluent am m o ni a n i tro gen c on c entrati on and tem p eratu re o n ni tri fi c ati o n rate w as analyzed It i s fou nd that th e av erage rem oval rates of am m on i a n i tro gen of c o m bi n ed p ro c ess are 9 6 56 an d 96 68 i n sum m er an d w i nter respec ti vely In flu ent am m on i a c o nc en trati on has li ttle effec t on n i tri fi c ati on rate at low tem p eratu re of less th an 15 0 H i g her tem peratu res w ou ld speed up the n i tri fi c ati on rate and th e ni tri fi c ati on rate o f c om bi n ed proc ess at 30 5 w as 2 6 ti m es than th at at 1 1 8 C om p ared w i th th e c on ven ti o nal pro c ess ni tri fi c ati o n rate of c om b i ned p roc ess w as 2 3 ti m es th an that i n o xi dati on di tc h T h e en hanc ed n i tri fi c ati on of lo ng h yd rauli c retenti on ti m e form ed b y tw o n i tri fi c ati on p hase and th e role o f m em brane fi ltrati on i n M B R o ffset the i n hi b i to ry effec ts o f lOW tem peratu re on n i tri fi c ati o n rate K ey w ords A A O M BR c om bi ned proc ess L ow tem perature A m m oni a ni trogen rem oval rate N i tr fjc a ti o n rate 收稿 日期 2010 01 02 基金项 目 国家科技 支撑项 目 2006B A C 19B01 江苏省科技支撑计划一社会发展项 目 BE 2008674 作者简介 陈卫 1958一 女 教授 博士生导师 主要从事水处 理技术研究 E m ai l c w 5826 hhu edu c n 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第4 期 陈 卫 等 A A O M B R 组合工艺强化去除氨氮及其硝化速率 91 为实现太湖流域水环境可持续 发展 重点整 治 水体富营养化 江苏省颁布了 太湖地区城镇污水处 理厂及 重 点 工 业 行 业 主 要 水 污 染 物 排 放 限 制 D B 32 1072 2007 和 城镇 污水 处理厂 污染 物排放 标准 G B 18918 2002 因此 太 湖 流 域 城 镇 污 水 处理厂 提标改 造任务 紧迫 近年 膜生物反应器 M BR 以其处 理效 率高 出水水 质 好 和 占地 面 积 小 等 优 点 而 受 到 关 注 M B R 反 应器 对 有机 物 和 SS 的去除 效 果 明显 但 由 于反应器中常是完全好氧环境 对氮 磷营养元素的 去除效果不佳 因此将 M B R 与传统 的生物脱 氮除 磷工艺组合成为研究热点 其 中 A O M BR U C T M BR 和 A A O M B R 等组合工艺有相关报道 但 目前研究 应用 的组 合 工艺 中 虽 然 膜 对 污染 物 的 去 除有一定 的作 用 但 生 物 反应 器 仍 承 担 主要 处 理 任务 研 究重 点也放 在污染 物 去除机 理 控制 膜 污染 和污泥减量等方面口 然而水质条件 环境因素 的 差异对组 合工 艺脱 氮效果 的研究 鲜 有报 道 相 比于 反硝 化 菌 硝 化 菌对 环境 条件 的变化 更 为 敏 感 因为硝化菌是世代时间很长的 自养 菌 环境条件改 变时 它 与其他 异养 微 生 物竞 争 往往 处 于 劣 势 8 硝化过程受到抑制 氨氮去除率降低 系统 内缺少足 量 硝酸盐 氮 进 而影 响反硝 化过程 使 得 总氮去 除率 降低 太湖流域城镇污水存在水质 水量变化大 碳 氮 比普遍偏低 悬浮固体无机组分所 占比例偏高等 水 质特征 低 温 丁 2 00 m g L 时的比氨氧化速率 k 发现继续增加 D O 浓度 比氨 氧 化速率 k 将不会 过多增 加 因此 D O 浓度 和硝化 速 率呈零 级动力 学 反 应 D O 不是 限制 因子 可见 试 验系 统 内 D O 是 氨 氮 去 除 率 高 的 原 因 之 一 同 时 也能证 明该研究 中用 比氨氧化速率 k 来表示硝 化速率的合理性 按照公式 1 2 来计算硝化速 率 r 一 N H 4 一N 氧 化 T 1 k r M L V S S 2 2 3 低温 T 15 条 件下 氨 氮 浓 度对 硝 化 速率 的影 响 在 低 温 丁 15 C 条 件 下 系 统 中氨氮 浓度 随 时间变化情况见图 3 硝化速率值见表 1 图 3 可知 1 0 0 42 4 x 一5 978 2 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第4 期 陈 卫 等 A A O M B R 组 合工 艺强化 去除氨 氮及 其硝化 速率 93 硝化时间随进水氨氮浓度的升高而延长 由表 1 得 出结论 低温时硝化速率缓慢 均在 1 000 m g g M LV SS h 左右 有研 究表 明在 硝 化反 应 过 程 中 当氨氮 负荷从 0 08 kg rn d 增 至0 40 kg rn d 时 硝化反应的效率降低 了 31 引 而 该试验中硝化速率 随进水氨 氮浓度的提高略有升 高 但 变化 不 明 显 主 要 原 因 在 于 试 验 污 泥 取 自 M B R 池 与普 通 活性 污 泥 法 相 比 膜 的截 留作 用 使 得 M LSS 值较大 且污泥中硝化菌数量较多 进入反 应器内的氨氮立 即被充足 的硝化菌转化成为硝态 氮 故试验中硝化菌 的数量也不能成为硝化反应的 限制性因素 由此说明 该组合工艺设计负荷合理 抗冲击负荷 良好 能强化冬季氨氮去除作用 表 1低 温 T 15 C 条件 下活性污泥硝化速率测定结果 编号 黻 叭 M L V S S k m g g一 g L M I V S S h 一 注 表 1 中 r 为容积氨氧化速率 k 为 比氨氧化速率 即硝化速率 表 2 不 同温度 相 同进水氨氮浓度条件下活性污泥硝化速率测定结果 编号T 反应 浓度 一 R V L S S ML k v s m s g a 1 9 6 b 24 0 2O 39 1 9 93 20 7 8 2 3 5 O 2 4 3 0 2 2 2 0 2 4 温 度对 活性污 泥硝化 速率 的影 响 温度对任何生化反应都会产生影响 氨 的完全 硝 化反应 是 由 2 种 不 同种类 微 生 物 参 与 依 次 完成 故 温度变 化会 改 变亚 硝 化 菌 和硝 化 菌 的 活 性 比例 影响不同反应过程 的速率 温度不但影响硝化细菌 的活性 而且 会影 响其 比增长 速率 温 度 升高 硝 化 菌的繁殖速率增快 亚硝化菌的最大 比增长速率 与 温度 的关 系 服 从 A rrheni us 方程 即 温 度 每升 高 10 1 值 增 加 一 倍 根 据 硝 化 反 应 动 力 学 方 程l l k u Y 式 中 y 为 亚 硝 化 菌 的 表 观产 率 系数 一般为 0 04 0 13 m g m g 比氨 氧化 速 率 k 与 1 值 成 正 比 由表 1 和表 2 可 知 进水 氨 氮 浓度相 同 时 温 度 为 3O 5 时组 合工 艺 的硝 化速 率 为 11 8 时 的 2 6 倍 硝 化速 率 随温度 的升 高而 增 大 图 4 显示 温度降低 硝化时间延长 常规工艺 中为保证 低温 有 良好 的硝化 效 果 一 般 冬 季 会 适 当 延长 水力停 留时 间 组合 工 艺 有好 氧 区和 M BR 区 2 级硝化组成 硝化区总水力停留时间大于 12 h 有 效 强化 了冬 季 硝 化过 程 的 完 整进 行 因 此 较 长 的 水力停 留时 间也是 冬季低 温条件 氨 氮去 除 效果 好 的 原 因之 一 oa 温 鏖 为19 6 b 温 度为 24 口 温 度为 3ot5 0 量 一 瓣 暑 稚 图 4 不 同 温 度 条 件 下硝 化 速 率变 化 曲线 2 5 不 同工艺 中活性 污泥硝 化速 率的测 定 在相同温度条件下 处理相 同水质太湖流域城 镇 污水 活性 污泥分 别取 自组合 工 艺和 常规 工艺 如 表 3 所示 结果表明 组合工艺的硝化速率是氧化沟 工艺的 2 3 倍 有研究证实硝化速率和系统 内硝化 细菌数量呈 正相关关 系 组合工艺 中膜组件对 活性 污泥 和微 生物 的高 效 截 留分 离 作 用 使 得 系统 污泥龄延长 有利于世代周期较长的硝化细菌大量 繁殖 实现硝化菌的富集驯化 强化了系统整体 的硝 化效果 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 94 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 32 卷 O A A M B R 0 Jl合 艺硝化速率 口 氧化沟工艺硝化速率 0 30 60 90 l20 I5 0 l80 2 l0 t ra i n 图 5 不 同 工 艺活 性 污 泥 硝 化 速 率 曲线 3 结论 1 A A 0 M B R 组 合工 艺 M B R 池 D O 浓度 保持 在 3 0 m g L 以 上 能够 充 分 满 足 硝化 菌 的 需要 强化 氨氮去 除效 果 2 冬季低温条件下 硝化速率受进水氨氮浓度 影 响不大 因此 冬季 较 高 进 水氨 氮 浓 度 不 会抑 制 组 合工 艺的硝 化效果 3 冬季低 温 降低 了硝 化速 率 与常规 工 艺 比较 组合 工艺硝 化速率 为氧化 沟工 艺 的 2 3 倍 这不 仅 由于 A A O M BR 组 合 工 艺 有 好 氧 池 和 M B R 池 2 级硝化 空间 延 长 了水 力停 留 时间 同时 膜截 留 作用使 活性 污泥 中硝化 菌 得 以富集 这种 强 化 的硝 化作用 补偿 了 冬 季 低 温 对 整 个 系统 硝 化 作 用 的 影 响 因此 组合 工 艺 在冬 季 低温 条 件 下仍 能 保 持 96 68 的 氨 氮 去 除 率 出 水 平 均 氨 氮 浓 度 只 有 0 5 6 m g L 参 考文献 1 H O N G S P BA E T H T A K T M et a1 F ouli ng c on tro l i n ac ti vated slud ge sub m erg ed ho llow fi ber m em brane bi oreac tors J D esali nati on 2002 143 219 22 8 2 曹斌 黄 霞 北 中敦 等 A 膜 生物反应器 强化生 物 脱氮除磷 中试研究EJ 中国给水排水 2007 23 3 22 26 C A 0 B IN H U A N G X IA B E I Z H 0 N r D U N et a1 P i lot test on enh an c ed b i olog i c al n i trog en an d phosphorus rem oval by usi ng A O M B R EJ C hi na W ater W astew ater 200 7 23 3 2 2 2 6 3 C H A N G I S C L EC H P L JE F FE R s0 N B et a1 M em brane fo u l i n g i n m em brane b i oreac to rs fo r w astew ater treatm ent J E nvi ron E ng 2002 128 1 1 10 18 1 02 9 4 A D H A M S G A G LIA R D0 P B O U L O S L et a1 F easi bi li ty o f them em b rane bi oreac to r pro c ess fo r w aterrec lam ati on J w at Sc i T ec hnology 2001 43 10 203 20 9 5 J R A JE SH B A N U D O K H A C U A N L C K T A E Y E 0 M N u tri ent rem o val i n an A O M B R reator w i th sludge reduc ti on J Bi oresourc e T ec hnology 2009 100 38 20 382 4 r 6 W IT T E B 0 L L E L V E R ST R A E T E W B O O N N Q uan ti fyi n g c om m u ni ty dyn am i c s o f n i tri fi ers i n func ti onally J A ppli ed and Envi ronm ental M i c ro b i olo g y 20 08 7 4 1 28 6 2 93 7 杨庆 彭永臻 中试规模 的城市污水常 低温短程硝化反 硝化 J 中国给水排水 2007 23 15 1 3 Y A N G Q IN G P E N G Y o N r Z H E N N i tri fi c ati o n an d d eni tri fi c a ti on of P i lot sc ale m un i c i p al w astew a ter at room low tem perature J C hi na W ater Wastew ater 2 00 7 2 3 15 1 3 8 F U Z H IM I Y A N G F EN G L IN A N Y IN G Y U et a1 S i m ultan eo us n i tri fi c ati on and den i tri fi c ati o n c ou pled w i th p ho sph orus rem oval i n an m od i fi ed an o xi c o xi c m em brane bi oreac tor A O M BR J B i oc hem i c al E n gi neeri ng Jo urnal 2 00 9 4 3 19 1 19 6 9 M IC H A E L W FA L K K Y U N G G U E N SO N G M IC H A E L G M ati asek an d S tefan Wuertz M i c ro bi a l c o m m u n i ty d yn am i c s i n rep li c ate m em b ran e b i oreac tor N atural reproduc i ble fluc tuati ons J W ater R esearc h 20 09 4 3 8 42 85 2 ri 0 ZH A N G H A N M IN X IA 0 LIN W A N G JIN G N I X IA O et a1 E n han c ed bi o lo gi c al n u tri en t rem o val u si ng M U C T M B R system J B i oresourc e T ec hnology 20 0 9 1 00 10 48 10 54 11 马勇 王淑莹 曾薇 等 A O 生物脱 氮工艺处理生 活污 水 中试 一 短程 硝化 反硝化 的研 究EJ 环境 科学 学 报 2006 26 5 703 709 M A Y O N G W A N G S H U Y IN G ZE N G W E I et a1 A O pi lot sc ale ni trog en rem o val pro c e ss treati n g d om esti c w astew ater 工 T he stud y of sh ort c u tn i tr fi c a ti on a nd deni trm c ati on J A c ta Sc i enti ae C i rc um stanti ae 26 5 6 5 4 3 2 O 一 一 蛏懑帮墨稚翟 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第4 期 陈 卫 等 A A O M B R 组 合 工艺强化 去除氨 氮及 其硝化 速率 95 7 O 3 一 0 9 121 JA Y A M 0 BA N S O H G A IK I S E ffec t of D O on ki neti c s of ni tri fi c ati on J W ater Supply 1996 6 141 150 13 赵庆 良 刘雨 废水处 理与资 源化新工 艺 M 北 京 中 国建筑工业 出版社 2006 14 沈耀 良 王宝贞 废水生物处理新技 术 M 1 2 版 北京 中国环境科学出版社 2006 15 彭永臻 刘 秀红 D O 浓度对生 活污水硝 化过程 中 N 0 产生量的影响 J 环境科学 2006 29 3 660 664 P E N G Y O N G Z H E N L IU X IU H 0 N G E ffec ts o f D O c on c en trati on o n N 2 O p rod uc ti o n d u ri n g n i tri fi c ati o n for treati ng dom esti c w astew ater J E nvi ronm ental S c i enc e 20 0 6 2 9 3 66 0 6 64 161 LIU Y C A P D E V IL L E B R esponse pattern of ni tri fyi ng bi ofi lm reac tor to shoc k loadi ng J Bi otec hno1 Lett i 9 94 l6 6 55 6 60 17 马俊 倒置 A o 工艺 污水生 物脱氮 效果研 究 D 北 京 北京工业大学 2006 18 沈耀 良 王宝贞 废水生物处理新技 术 M 2 版 北 京 中国环境科学出版社 2006 19 陈金声 史 家辉 徐亚同 硝化速率测定和硝化细 菌计数 考察脱氮效果的应用 J 上海 环境科学 1996 15 3 18 2O C H E N J IN S H E N G S H I JIA H U 1 X U Y A T O N G M ea su rem ent o f ni tri fy i n g rate an d n i tro bac teri a c o un t fo r a pp li c ati on to i n vesti g ati n g th e effeets of deni tri fi eati on J Shanghai E nvi ronm ental Sc i enc e 199 6 l5 3 18 2O 编辑王秀玲 上接 第 75 页 9 曾亮 黄少 文 胡欣 等 玻 化微 珠保温砂 浆 的性 能优 化 J 南 昌大学学报 工科版 2008 30 4 341 344 Z E N G L IA N G H U A N G S H A O WE N H U X IN et a1 O p ti m i zi ng prop erti e s o f vi tri fi ed m i c rosp here i nsulati on m ortar J1 Journal of N anc hang U ni versi ty E n gi n eeri ng T e