間歇式循環延時曝氣活性污泥法處理校園生活污水

齊 楠, 黃琳麗, 鄭翻萍, 潘 晶, 肖 露, 侯萬園, 許可為(1. 沈陽師范大學 學科與科研工作處, 沈陽 11004;2. 沈陽農業大學 農學院, 沈陽 110086; . 沈陽師范大學 生命科學學院, 沈陽 11004)

0 引 言

間歇式循環延時曝氣活性污泥法(intermittent cyclic extended aeration sludge,ICEAS)是目前國內常用的處理生活污水的方法[1-3]。該方法有較好的脫氮除磷功能,無污泥回流和混合液內循環,能耗低:污泥齡長,污泥沉降性好,剩余污泥少[4-6]。本文采用ICEAS技術處理沈陽師范大學校園生活污水,考察不同運行參數與處理效果的關系,以確定ICEAS工藝處理校園生活污水的最佳運行參數[7]。

1 材料與方法

1.1 實驗裝置

本研究采用的ICEAS反應器為一有效容積為10 L的長方體不銹鋼容器,由可編程邏輯控制器控制進水、曝氣、攪拌、沉淀和排水的過程。也可手動設定所需要的處理過程及時間。反應器主反應區底部設有排泥口和排水口(圖1)。

圖1 ICEAS反應器Fig.1 Reactor ofintermittent cyclic extended aeration sludge

1.2 實驗運行方式及各水質分析方法

實驗污水為沈陽師范大學校園生活污水,水質指標范圍:化學需氧量(COD)為250～450 mg/L,總氮(TN)為25～50 mg/L,氨氮(NH3-N)為15～35 mg/L,總磷(TP)為2～10 mg/L,懸浮物(SS)為150～200 mg/L。COD采用重鉻酸鉀還原法;NH3-N采用納氏比色法;TP采用磷鉬酸銨比色法;NO3-N采用紫外分光光度法;SS采用蒸干稱重法[5]。

2 結果與分析

2.1 運行參數的選擇

ICEAS運行過程中,厭氧、好氧、缺氧及沉淀采用的參數值不同,該工藝對SS、COD、TP、氮的去除效果也不同。為了確定ICEAS工藝處理校園生活污水過程中影響各污染指標去除的主要因素及理想的運行參數組合,選取了影響處理效果的厭氧時間、曝氣時間、缺氧時間、沉淀時間,進行了4因素3水平的正交實驗,各因素的取值如表1。以TP、COD、SS和NH3-N的去除率為考核指標,實驗結果如表2。由表2可得,影響ICEAS工藝處理校園生活污水效果的因素從主到次依次為曝氣時間、厭氧時間、缺氧時間、沉淀時間。

表1 L9(34)4因素3水平正交表Tab.1 4 factors and 3 levels orthogonal table

表2 ICEAS處理校園生活污水正交實驗結果Tab.2 Removal performance of campus wastewater treatment by ICEAS

2.1.1 厭氧時間對處理效果的影響

厭氧階段:厭氧過程中,聚磷菌吸附并降解污水中的有機物,同時釋放磷;厭氧過程釋放磷越充分,聚磷菌貯存的能量就越多,在好氧階段吸收磷的效果就越好[4]。由表2可見,ICEAS工藝厭氧時間偏短,除磷效果不理想;厭氧時間過長,會延長運行周期的時間;厭氧時間為3 h時,聚磷菌釋放磷基本完成;如果再增加厭氧時間,聚磷菌釋放磷的速度緩慢。由正交實驗結果可以確定ICEAS工藝處理校園生活污水的最佳厭氧時間為3 h。

2.1.2 曝氣時間對處理效果的影響

曝氣階段:有機物被活性污泥吸附并氧化降解,氨氮被氧化成硝態氮。由表2實驗結果可見,曝氣2 h,COD去除率高達90%以上,說明在ICEAS工藝中,COD能在較短的曝氣時間內去除;但NH3-N的去除率不高,只有25.99%～65.60%;另外TP的去除率也偏低。當曝氣時間在3 h以上時,NH3-N去除率均高于81.42%,同時5、6、8、9工況條件下由于厭氧時間充足(3 h以上),TP的去除率高達79.95%～86.46%。因此曝氣時間是影響ICEAS工藝TP和NH3-N去除的重要因素。當曝氣時間為4 h,厭氧2 h以上時,TP和NH3-N去除率很高。曝氣時間過長,水中的有機物被過分降解,由于碳源不足,會嚴重影響缺氧段的反硝化脫氮效果,并且增加運行成本,因此曝氣時間不宜過長。由正交實驗可以確定ICEAS工藝處理校園生活污水的最佳曝氣時間為3 h。

2.1.3 缺氧時間對處理效果的影響

缺氧階段:反硝化菌進行反硝化作用,將硝態氮轉化為氮氣,達到去除污水中氮的目的。ICEAS工藝反硝化速率不高,反硝化時間不宜過短;但是如果反硝化時間過長,聚磷菌會在缺氧條件下釋放磷,從而影響磷的去除,同時增加運行周期的時間。正交實驗可以確定ICEAS工藝處理校園生活污水的最佳缺氧時間為3 h。

2.1.4 沉淀時間對處理效果的影響

沉淀階段:ICEAS工藝采用靜置沉淀,沉淀時間短,沉降性能好[4]。由表2可見,沉淀時間為1 h時,出水SS濃度小于20 mg/L。如果沉淀時間過長,反硝化作用產生的氮氣會使污泥上浮,影響出水水質。正交實驗可以確定ICEAS工藝處理校園生活污水的最佳沉淀時間為1 h。

2.2 最佳運行參數處理效果

圖2 一個運行周期內COD、NH3-N去除率隨時間變化Fig.2 COD and NH3-N removal rate in an operational period

圖3 一個運行周期內N-N、TP濃度隨時間變化Fig.3 N-N and TP concentrations in an operational period

3 結 論

影響ICEAS工藝處理校園生活污水的因素由主到次依次為曝氣時間、厭氧時間、缺氧時間、沉淀時間。ICEAS工藝處理校園生活污水的最佳運行流程及參數為:污水進水ICEAS工藝后,厭氧攪拌(3 h)→曝氣(3 h)→缺氧攪拌(3 h)→沉淀(1 h)→出水(排泥),運行周期為10 h。采用最佳運行參數時,TP去除率達到80%以上,NH3-N的去除率達到90%以上,COD的去除率達到95%以上,SS的去除率達到90%以上;并且出水COD、TP、NH3-N、SS達到城鎮污水處理廠污染物排放標準一級B標準。

[1]蔣展鵬,楊宏偉. 環境工程學[M]. 3版. 北京:高等教育出版社, 2013.

[2]劉杰,仲傭護,祁建立, 等.城市污水采用ICEAS工藝技術[J]. 湖南造紙, 2015,11(3):27-28.

[3]王穎懿. 改進ICEAS工藝在污水處理中的應用[D]. 上海:華東理工大學, 2014.

[4]陳永祥,程曉如,邵青. SBR處理城市生活污水的試驗研究[J].環境科學與技術, 2001,6(3):15-17.

[5]國家環境保護總局,《水和廢水監測分析方法》編委會. 水和廢水監測分析方法[M]. 4版. 北京:中國環境科學出版社, 2002.

[6]朱淑琴. 間歇式活性污泥除磷的試驗研究[J]. 環境工程, 1997,15(6):13-14.

[7]李淑更,張立秋,吳學偉,等. 間歇循環延時曝氣活性污泥法處理城市污水的試驗[J]. 工業用水與廢水, 2004,35(6):57-59.