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SBR-SBHBR工藝技術優化汙水除磷脫氮

SBR-SBHBR工藝技術優化汙水除磷脫氮

     根據生物除磷脫氮對環境條件的要求,構想采用序批式活性汙泥反應器(Sequencing Batch Reactor,SBR)與序批複合式生物膜反應器(Sequencing Batch Hybrid Bio film Reactor,SBHBR)串聯工藝並結合活性汙泥外循環技術,來優化除磷脫氮,其工藝流程如圖1所示。SBR級,是生物懸浮生長係統,采用高負荷低泥齡運行,以除磷為主要目的,構成係統的除磷級;SBHBR級,反應器內填加懸浮填料,是生物懸浮與附著複合生長係統,通過控製運行條件亞硝酸型硝化反硝化脫氮,兼顧同時硝化反硝化的方式脫氮,是係統的脫氮級;活性汙泥外循環係統由厭氧釋磷池、化學除磷池及相應的循環管線構成,采用活性汙泥外循環技術可緩解城市汙水中碳源不足的矛盾,強化SBR級的除磷效果。

    1、係統的操作過程
如圖1所示,整個係統一個周期的操作過程敘述如下。SBR級(除磷級):嚴格限量曝氣方式充水→厭氧攪拌(釋磷)→曝氣(攝磷、降解COD)→沉澱排泥→排水。對於城市汙水(有機物濃度一般較低),充水時間可盡量短,以增大反應器內基質的濃度梯度,並在充水的同時進行攪拌,起到混合、稀釋並使聚磷菌充分利用汙水中的易降解有機物進行釋磷;在曝氣階段,要注意合理調控曝氣時間和泥齡,使係統在曝氣過程中既達到充分攝磷、降解有機物,同時又要盡量避免硝化作用發生;為防止沉澱階段發生磷的提前釋放問題,可在沉澱開始後不長時間相繼開始排泥,排出的富磷活性汙泥(數量大於係統產生的剩餘活性汙泥量)直接送入厭氧釋磷池;最後將除磷後的含氮上清液作為下一級(SBHBR)的進水排出SBR反應器。
活性汙泥外循環係統:在每一運行周期從SBR係統排出的富磷活性汙泥進入厭氧釋磷池的同時,投加適量原水進行攪拌釋磷,然後經泥水分離,將釋磷後汙泥的一部分在SBR的好氧階段回流至SBR反應器,以強化SBR的除磷能力;另一部分釋磷後的汙泥(相當於SBR級的剩餘活性汙泥部分)在SBHBR級的反硝化階段隨反硝化碳源一起送入SBHBR反應器,以補充該級的反硝化碳源;釋磷池中的富磷上清液送化學除磷池進行化學除磷,除磷後,上清液隨SBHBR的進水一起送入SBHBR反應器,化學汙泥排出係統。
SBHBR級(脫氮級):限量曝氣方式充水→曝氣(硝化)投加原水缺氧攪拌(反硝化)→後曝氣→沉澱、排水、排泥。充水時間可盡量短並伴隨攪拌,使反硝化菌能夠充分利用進水中剩餘的有機物對反應器內剩餘的硝態、亞硝態氮進行反硝化脫氮;在曝氣階段,通過合理地控製曝氣量,把硝化反應控製在亞硝化階段;在缺氧攪拌階段引入適量原水和相當於SBR級的剩餘活性汙泥部分的來自於厭氧釋磷池的釋磷汙泥作為碳源進行反硝化脫氮;反硝化之後,再進行短時間曝氣,以吹脫附著在汙泥上的氮氣、進一步去除水中剩餘的有機物和將水中可能剩餘的亞硝態氮氧化至硝態氮(減小出水的毒性);最後通過沉澱、排水、排泥過程完成整個工藝一個周期的運行操作。
    2、新工藝的可行性
根據聚磷菌與硝化菌世代時間存在的差異性,通過合理控製曝氣時間及泥齡,將聚磷菌與硝化菌分別控製在兩級反應器中優勢生長是可行的。由於亞硝酸菌對DO的親和力較硝酸菌強,通過合理控製SBHBR級的DO,可以達到抑製硝酸菌活性和淘汰硝酸菌的目的,從而可將硝化作用控製在亞硝化階段;SBHBR級生物的複合生長和係統內較低的DO水平,有利於係統內出現缺氧/厭氧宏觀環境和微環境,為同時硝化反硝化創造了條件;將部分富磷汙泥在SBR係統外經厭氧釋磷並儲碳後,再送回SBR係統好氧吸磷,不僅強化了SBR級除磷效果,同時也可使SBHBR級得到相對較多的剩餘碳源,這對SBHBR級同時硝化反硝化有利;SBR級去除了大部分進水中的有機物,消除了原水中較高的有機物濃度對硝化反應的抑製影響;以原水作和釋磷並儲碳後的汙泥為反硝化碳源,可使係統具有較高的反硝化速率;RSBHBR級生物的複合式生長,可較有效地避免在較低DO條件下汙泥的膨脹現象。所以該SBR-SBHBR工藝將磷、氮分別控製在兩級反應器中高效去除並同時脫碳,在理論和實踐上都是可行的。
    3、新工藝的特點
上述兩級串聯工藝借鑒了AB工藝的基本思想,通過合理的操作過程,將除磷與脫氮這兩個相互矛盾的生物處理過程分別控製在兩個序批式反應器中進行,使係統既具有SBR法的靈活性,又具有AB法的高效性。該係統與常規除磷脫氮係統相比較具有以下特點。
    3.1SBR和SBHBR可以根據需要合理確定各自的運行泥齡,解決了常規工藝中生物除磷與脫氮之間的泥齡之爭。
    3.2進水中的碳源主要用於滿足釋磷的需要,反硝化采用外加原水和外循化汙泥作為碳源,使進水中的碳源得到了合理的分配,解決了釋磷與脫氮之間的碳源競爭問題。
    3.3可以根據需要,靈活地控製SBR級的曝氣時間及泥齡,實現最大限度地減少硝化菌在反應器中的生長數量,較好地避免了在該級中發生硝化作用,從而可消除厭氧區的硝酸鹽成分對厭氧釋磷的不利影響。
    3.4進水中的大部分有機物和有毒有害物質(當進水中含有抑製硝化菌的有毒有害物質時)可以在SBR級除磷的同時被降解或吸附,防止了高有機負荷對SBHBR單元硝化反應的衝擊和緩解了有毒有害物質對硝化過程的抑製作用[18];同時,SBHBR級中生物的複合式生長和較低的有機物濃度,有利於硝化菌的優勢生長、增加汙泥中硝化菌的比例、提高硝化反應速率。
    3.5在除磷級采用了活性汙泥外循環技術,使係統具有Phstrip工藝的特點,對進水的BOD5/TP值沒有特殊的限製,除磷的效果及穩定性優於常規的生物除磷工藝。該工藝不僅解決了由於進水碳源不足對除磷效率的影響,也有效地解決了常規生物除磷係統處理大量富磷汙泥的難題。
    3.6進水中的大部分有機物是在高負荷運行條件下經SBR級去除的,SBHBR級具有很高的硝化速率,並控製SBHBR內的硝化反應進程至亞硝化結束階段,這可有效地減少兩級反應器總的曝氣量,縮短總的反應時間,從而可有效地減少係統的運行費用和節省反應器的占地麵積和基建費用。
    3.7由於係統的最終出水是經非生物除磷係統(SBHSR級)排出的,不存在混合液中富磷懸浮顆粒和富磷汙泥釋磷的影響,而且SBHSR係統中微生物的正常代謝對P的需求,還可以進一步降低SBR級出水中P的含量。因此,該工藝係統可以容易並且穩定地實現,最終出水中TP達到《國家城鎮汙水處理廠汙染物排放標準(GB18918-2002)》中的一級a標準(TP(0.5mg/L)。
3.8磷是以穩定的化學汙泥的形式排出處理係統的,不存在富磷生物汙泥容易引起二次磷汙染的問題。同時,化學汙泥是在高濃度溶解磷的厭氧釋磷池中通過投加化學藥劑生成的,這不僅可充分利用濃度效應加快化學沉澱反應過程和提高藥劑的利用率,並且也可獲得較純的化學汙泥,以有利於磷資源的回收。
    4結語
在分析常規生物除磷脫氮工藝缺欠的基礎上,提出了SBR-SBHBR工藝結合活性汙泥外循環技術的生物除磷脫氮運行模式,旨在將磷與氮這兩個相互矛盾的生物處理過程分別控製在兩級反應器中高效去除。通過合理地控製操作過程,采用該工藝可望解決常規生物除磷脫氮工藝中的泥齡問題、生物釋磷與反硝化之間的碳源競爭問題和厭氧區的硝酸鹽問題等,使功能不同的微生物在各自有利的條件下生長,從而提高係統除磷脫氮的效果和穩定性;該工藝也可望能有效地解決常規生物除磷係統處理大量富磷汙泥的難題。

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