垃圾压缩站污水的生物强化处理.doc

垃圾压缩站污水的生物强化处理刘瑶等垃圾压缩站污水的生物强化处理垃圾压缩站污水的生物强化处理*刘瑶庞金钊杨宗政周秀凤(天津科技大学海洋科学与工程学院,天津300222)摘要垃圾压缩站污水是一种具有高COD,高NH.一N特点的有机污水.以厌氧/好氧组合工艺为基础,通过投加高效菌株对活性污泥系统进行生物强化.实验结果表明,与空白相比,厌氧出水COD去除率提高约3O,好氧出水NH3一N去除率提高约2O.最终出水COD<120mg/L,NH3一N<25mg/L,均达到污水综合排放标准(GB8978-1996)Z.级排放标准.关键词垃圾压缩站污水厌氧/好氧生物强化BioaugmentationenhancedtreatmentofwastewaterfromamunicipalsolidwastecompactionstationLiuYao,PangJinzhao,YangZongzheng,ZhouXiufeng.(CollegeofMarineScienceandEngineering,TianjinUniversityofScienceandTechnology,Tianjin300222)Abstract:Augmentationofactiveanaerobicandaerobicbacteriapresentintheacclimatedmixedliquorsanhancedtheeffectivenessofsequentialanaerobichydrolysisdegradationandaerobicoxidation-nitrificationtreatmentofahighCOD/NH3-Nwastewatergeneratedinamunicipalsolidwastecompactionfacility.TheCODremovalrateoftheanaerobicreactorwentupby30,andtheNH3-Nremovalrateoftheaerobicreactorincreasedby20.ConcentrationsofCODandNH3-Nofthefinaleffluentwereconsistentlybelowthenationaldischargelimits(COD一120mg/LandNH3-N=25mg/L).Keywords:WastewaterofcompactionstationAnaerobic-aerobicprocessBioaugmentation垃圾压缩站污水是指压缩垃圾过程中产生的挤压污水l_1.它是一种高浓度有机污水,如果不进行任何处理就随意排放,将会对附近的纳污水体产生严重污染l_2.国内关于垃圾压缩站污水处理的研究还处于起步阶段.在匕方城市,年降水量和垃圾站冲洗水量较少,因此垃圾压缩站污水具有高COD,高NH3一N的特点.生物强化技术是指为提高处理系统的处理能力,向该活性污泥体系投加从原系统中分离出来的高效菌或外源引进菌种从而实现对目标污染物高效去除的方法.投加菌一般是通过直接生物降解作用与污染治理体系中原有的细菌共代谢作用来完成对目标污染物的去除l_3.垃圾压缩站污水的高COD和高NH.一N均会对污泥系统中的生物产生抑制作用,造成某些污染物的去除速率受到限制,可采取投加适宜的高效菌株对污泥系统进行生物强化.实验室保藏的一厌氧菌株为土着菌,筛自粪便处理系统.在生活污水处理中,该菌株对CoD具有很高的去除率.许多研究表明,枯草芽孢杆菌具有促硝化作用_4.其在好氧初期,通过促硝化作用降解NH.一N,再通过同化作用脱去NH.一NE,同时还可以利用硝酸盐氮合成自身营养物质.本实验在垃圾压缩站污水厌氧和好氧处理过程中分别投加这两株菌对其进行生物强化.1实验部分1.1实验材料1.1.1实验用水实验用水取白天津某垃圾压缩站,污水夏季水量为6070t/d,其他季节水量大减,约为1520t/d,水质如表1所示.表1垃圾压缩站污水水质及排放标准Table1Characteristicsofthecompactionstationwastewaterandthenationaldischargelimits由表1可以看出,垃圾压缩站污水的COD超标约150倍,NH.一N超标约30倍,污染强度极大.垃圾压缩站内目前没有处理设施,每天产生的污水第一作者:刘瑶,女,1983年生,硕士研究生,主要从事水污染控制方面的研究.*天津科技大学引进人才科研启动基金资助项目(No.20070425)?605?环境污染与防治第29卷第8期2007年8月需运输至污水厂进行处理.1.1.2实验所用培养基普通培养基(以100mL培养基计):葡萄糖0.5g;硫酸铵0.2g;硫酸镁0.02g;柠檬酸钠0.1g;磷酸二氢钾0.4g;磷酸氢二钾0.6g.固体培养基另加琼脂2g.两种培养基pH为7.07.2.1.2实验工艺垃圾压缩站污水为高浓度有机污水.在高浓度有机污水的处理过程中,厌氧工艺能去除废水中大量的有机物和悬浮物,使与之组合的好氧工艺有机负荷减小,好氧污泥产量也相应降低,整个工艺所需的反应容积减小;厌氧工艺作为前处理工艺能起到均衡作用,减少后续好氧工艺负荷的波动,使好氧工艺的需氧量大为减少且较为稳定,既节约能源又方便实际操作.1.3实验方法1.3.1活性污泥的生物强化厌氧投菌试验:取40mL厌氧污泥,10mL厌氧菌液,加入200mL用生活污水稀释过的垃圾压缩站污水,放入250mL具塞锥形瓶中,在摇床上进行厌氧培养.好氧投菌试验:取20mL好氧污泥,10mL好氧菌液,加入200mL厌氧出水,放入250mL锥形瓶中,在摇床上进行好氧培养.根据投加菌株的生长曲线可知,这两株菌株适宜生长的温度范围为2535,因此确定30.C为实验温度.同时,分别以未接种厌氧菌株的厌氧污泥和未接种好氧菌株的好氧污泥作为空白进行对比实验.每24h换水1次.经过15d,好氧污泥呈黄褐色,沉降性能良好,当好氧出水COD去除率大于70时,表明污泥系统已正常工作,可开始处理污水的试验.1.3.2适宜水力停留时间(HRT)的确定以投加厌氧菌株的厌氧污泥系统为研究对象,每隔4h测定1次上清液的COD和NH.-N.当厌氧处理过程COD去除率达到稳定时即为适宜的厌氧过程HRT.以投加好氧菌株的好氧活性污泥系统为研究对象,每隔2h测定1次上清液COD和NH.一N,直至出水的COD和NH.一N达到GB89781996二级排放标准时即为适宜的好氧过程HRT.1.3.3菌株长效性和优势性的检验长效性:在只投加1次菌株的基础上,对最终出水水质进行长期监测.实验初期,对出水水质采用连续监测.当出水水质达到稳定后,采用抽样检测,1周测定23次,主要监测指标为pH,浊度,COD和NH.一N.通过出水水质来检验投加菌株的?606?长效性.优势性:当出水水质达标且稳定后,向250mL锥形瓶中加入100mL普通培养基,取投菌试验的污泥5g作为菌源接种到锥形瓶中,加入几粒玻璃珠,利于打散污泥絮体.在30.C,150r/min的恒温摇床上培养24h后,取上清液接种至新鲜普通培养基中培养.经过多次富集后,通过稀释涂布平板法,在固体培养基平皿上进行涂布.通过观察在固体培养基上生成菌落的大小,形状,光泽度,颜色,硬度和透明度等特征,检验所投加的菌株形成的菌落数量是否在总菌落数量中占优势.1.3.4分析方法pH采用电极法测定;COD采用重铬酸钾法测定;NH.一N采用纳氏试剂光度法测定;NON采用N一(1-萘基)一乙二胺光度法测定.2实验结果与讨论2.1HRT2.1.1厌氧过程图1为厌氧投菌试验COD去除率和NH.一N与HRT的关系.300f250?200,150100士50Z0908o706050403020100逞料00UU4J2JOHR1yl图1厌氧过程COD去除率和NH3-N随HRT的变化Fig.1EffectofHRToftheanaerobicreactoronNH3-NandCODremoval厌氧酸化水解利用非严格厌氧的兼性微生物对有机物进行初级分解,其中兼性水解菌的胞外酶可将废水中不溶性的固体物质转化为溶解性物质,使大分子物质降解为小分子物质,从而有利于后续的好氧处理.但在厌氧条件下,水体中的有机氮通过厌氧菌的作用转化为NH.一N,会使NH.一N上升;而NH.一N在无氧或缺氧条件下无法向No,NO;转化,因而难以去除.在厌氧投菌试验中,当HRT为8h时,厌氧出水COD为1159mg/L,NH.-N为268mg/L.由图1可见,在8h内COD去除率达70,8h以后COD去除率增大的趋势变缓,而NH.一N随HRT的延长逐渐增大,因此厌氧过程HRT确定为8h.2.1.2好氧过程图2为好氧投菌试验COD和NH.一N与HRT的关系.刘瑶等垃圾压缩站污水的生物强化处理1400I200,1000800呈P60040082000图2好氧过程COD和NH3一N随HRT的变化Fig.2EffectofHRToftheaerobicreactoronCODandNH3一Nremoval由图2可以看出,NH.-N和COD都随HRT的延长而降低.当HRT=6h时,NH.-N为23mg/L,COD为105mg/L,均达到GB8978-1996二级排放标准.继续延长HRT,污水的COD和NH.-N仍在降低,但降解趋势变缓.实际工程中,HRT的延长,会增加能耗,加大处理成本,因此确定好氧过程HRT为6h.2.2污泥的生物强化效果2.2.1厌氧菌株对厌氧污泥的生物强化效果根据1.3.1节实验方法,将两个具塞锥形瓶(1个投加厌氧菌株,另1个为空白样)放入恒温摇床培养8h后取出,静置30rain,测上清液的COD.实验结果见图3.量+投菌-II,-未投菌7n80l+.+._.,蓄曩=:=u12345678910l】试验次数图3投加厌氧菌株对COD去除率的影响Fig3EffectofbioaugmentationonCODremovaloftheanaerobicreactor由图3可以看出,空白试验COD去除率均<55,投菌试验COD去除率在7O78,相比空白试验,COD去除率提高约3O,生物强化效果显着.说明投加的菌株具有优先利用污水中难降解物质的特性,并与污泥系统中原有的生物体系形成协同关系,提高了污染物的去除率.后期投菌试验COD去除率略有上升,这是因为随着实验时间的增长,菌株已完全适应了环境.2.2.2好氧菌株对好氧污泥的生物强化效果根据1.3.1节实验方法,将两个不具塞的锥形瓶(1个投加好氧菌株,另1个为空白样)放入恒温摇床进行培养,每隔2h测定1次上清液的NH.-N和NON.实验结果见图4.由图4可以看出,在好氧处理过程中投加好氧菌株后NH.一N去除效果明显优于空白试验;同时NON的累积速度也明显高于空白试验.好氧投菌试验在HRT为4h左右NON达到最大浓度,而好氧空白试验在HRT为6h左右NON才达到最大浓度,证明好氧菌株提高了NH.-N转化为NON的速率,从而提高了整个硝化反应的速度.HRT为6h时,好氧空白试验出水NH.-N为64mg/L,不能实现达标排放,好氧投菌试验出水NH3-N为21mg/L,相比于空白试验NH.-N去除率提高约2O,达到GB8978-1996二级排放标准.3503002502OO150000般菌)倥白)f投菌)倥白)02468】O】2HRT,h图4投加好氧菌株对NHa.N去除效果的影响Fig4EffectsofbioaugmentationandHRToftheaerobicreactoronnitrificationresults2.2.3菌株的长效性和优势性长效性:实验从2006年1O月至2007年2月运行4个月,仅投加菌株1次.连续监测投菌试验最终出水水质为:pH8.28.6;浊度415NTU;COD1O0116mg/L;NH3一N510mg/L,均满足GB8978-1996二级排放标准.优势性:通过稀释涂布平板法,取1O_.,1O,1O3个稀释梯度,在固体培养基平皿上进行涂布,得到单个菌落.通过比较菌落的大小,形状,光泽度,颜色,硬度和透明度等方面,证明所投加的菌株形成的菌落数量在8O以上,该菌株具有优势性.3结论与讨论(1)在垃圾压缩站污水的生物处理过程中,分别投加1株厌氧菌株和1株好氧菌株对厌氧,好氧过程进行生物强化.与空白相比,厌氧出水COD去除率提高约3O,好氧出水NH.-N去除率提高约2O,生物强化效果显着.最终出水COD<120mg/L,NH3一N<25mg/L,达到GB8978-1996二级排放标准.(2)两种菌株均表现出良好的生物强化效果,经过4个月的实验仍表现出对污染物的高去除率.在活性污泥系统中作为强化菌株投加的微生物面临的是一个复杂的生态环境,既有微生物种群之间的竞争,也有被原生动物捕食的可能性,对其强化作用如何保持长效性的机理仍不清楚.今后应加强这方(下转第611页)?6O7?吕娟等间歇曝气SBR工艺脱氮除磷试验研究2.3工艺实施可行性讨论实验中,SBR的运行模式为厌氧/好氧/缺氧/好氧/缺氧/好氧,在实现”一碳两用”的同时缩短了曝气时间,节省了能耗.理论上,利用水处理过程中已广泛应用的自动控制可实现间歇曝气,但是在实际运行过程中曝气的间歇进行将会引起鼓风机的频繁开关,势必会减少鼓风机的运行寿命.结合实际SBR工艺的运行状况,笔者认为该缺陷可通过对SBR处理工艺的运行进行调整而弥补.实际的SBR污水处理厂一般采用多组SBR反应池切换运行,故首先结合本实验的原理对SBR反应池的运行切换时间进行调整,从而保证各个SBR的曝气时刻不同;其次多组SBR可由同一鼓风机供气,在保证鼓风机连续运行的情况下,通过切换鼓风机的通气阀轮流对多组SBR供气.对于单独的SBR反应池而言就可实现间歇曝气,同时减少了鼓风机开关的频率,保证了设备的寿命,且无需新建反应池.但是涉及到具体的切换运行时间分配参数,还需要通过中试进行进一步研究确定.3结论(1)间歇曝气的SBR系统可富集大量DPAOs,DPAOs占PAOs的比例可达到39;且较长的硝化反应时间也未影响缺氧吸磷的效果.(2)厌氧/好氧/缺氧/好氧SBR系统对COD,总氮,氨氮和总磷的去除率分别达88,83,98和98,且实现了短程硝化反硝化与反硝化除磷的结合,但运行过程中出现了亚硝态氮的累积,是否会产生一氧化二氮有待进一步研究.(3)厌氧/好氧/缺氧/好氧/缺氧/好氧SBR系统与阶段I的厌氧/好氧SBR系统相比,好氧时间由3.0h缩短为100rain,理论上可节约约44的曝气量.该系统对COD,总氮,氨氮和总磷的去除率分别达88,89,100和100,运行过程中未出现亚硝态氮的累积,但DPAOs所占PAOs的比例由厌氧/好氧/缺氧/好氧系统的44下降为39.参考文献1PETERJ,JESPERSENK,HENZEM,eta1.Biologicalphosphorusreleaseanduptakeunderalternationanaerobicandanoxicconditionsinafixedfilmreactor-J.Wat.Res.,1993,27(4):617-624.2KUBAT,VANLOOSDRECHTMCM.PhosphorusremovalfromwastewaterbyanaerobianoxicsequencingbatchreactorJ.Wat.Sci.Tech.,1993,27(5/6):24卜252.3BORTONEG,LIBELLISM,TILCHEA,eta1.AnoxicphosphateuptakeinthedephanoxprocessJ.Wat.Sci.Tech.,1999,40(4/5):177185.4李勇智,彭永臻,王淑滢,等.强化生物除磷体系中的反硝化除磷J.中国环境科学,2003,23(5):534546.5李勇智,彭永臻,王淑莹.厌氧/缺氧SBR反硝化除磷效能的研究J.环境污染治理技术与设备,2003,4(6):9-12.r6TSUNEDAS,0HN0T,S0EJIMAK,eta1.SimultaneousnitrogenandphosphorusremovalusingdenitrifyingphosphateaccumulatingorganismsinasequencingbatchreactorJ.BiochemicalEngineeringJournal,2006,27(3):191-196.7LEEDE,JE0NcO,PARKJM.BiologicalnitrogenremovalwithenhancedphosphateuptakeinasequencingbatchreactorusingsinglesludgesystemJ.wat.Res.,2001,35(16).r8APHA.StandardmethodsfortheexaminationofwaterandwastewaterM.Washington,D.C.:AmericanPublicHealthAssociation,1995.9ZENGRJ,LEMAIRER,YUANZhiguo,eta1.Simulataneousnitrification.denitrification.andphosphorusremovalinalabscalesequencingbatchreactorJ.Biotechno1.Bioeng.,2003,84(2):17O一178.10KUBAT,VANLOOSDRECHTMCM,HEIJNENJJ.Effectofcyclicoxygenexposureontheactivityofdenitfifngphosp