HA-A/A-MCO工藝水解酸化單元運(yùn)行性能研究

吉芳英 黃力彥 左 寧

現(xiàn)有開發(fā)的污泥減量技術(shù)都存在著各種各樣亟待解決的問題,其中氮、磷去除效果差,尤其是污泥減量與生物除磷效果不能兼優(yōu)的矛盾特別突出[1,2]。為此,本課題組輔以外排厭氧富磷污水除磷,開發(fā)了具有同步除磷脫氮和污泥減量功能的HA-A/AMCO新工藝(Hydrolysis-Acidogenosis-Anaerobic/Anoxic-Multistep Continuous Oxic tank)。HA-A/A-MCO工藝的水解酸化單元是利用厭氧、兼性水解產(chǎn)酸細(xì)菌分解污水、污泥中的有機(jī)質(zhì),提高污水可生化性,為系統(tǒng)后續(xù)除磷脫氮補(bǔ)足碳源,并且在一定程度上起到減少系統(tǒng)污泥產(chǎn)量的作用。本文通過將不同比例的來自二沉池的好氧污泥和來自厭氧池的厭氧釋磷污泥回流至水解酸化池,以對(duì)比研究回流污泥種類和回流比例對(duì)水解池產(chǎn)酸、污泥減量以及系統(tǒng)厭氧釋磷效果的影響。

1 試驗(yàn)工藝與方法

1.1 試驗(yàn)裝置及工藝流程

HA-A/A-MCO工藝流程見圖1。該工藝由水解酸化池、厭氧釋磷池、缺氧池、多級(jí)串聯(lián)接觸曝氣池、二沉池、側(cè)流除磷池和化學(xué)除磷池組成。反應(yīng)裝置用PVC材料制作,其中水解酸化池有效容積為60 L,HRT為2.5 h;厭氧池和缺氧池有效容積均為30 L,HRT均為1.5 h;多級(jí)串聯(lián)接觸曝氣池分成相對(duì)獨(dú)立的三格:第一格細(xì)菌分散培養(yǎng)區(qū)有效容積為15 L,HRT為0.5 h～0.75 h;第二格原生動(dòng)物生長(zhǎng)區(qū)有效容積為30 L,HRT為1.5 h;第三格后生動(dòng)物生長(zhǎng)區(qū)有效容積為40 L,HRT為2 h;多級(jí)串聯(lián)接觸曝氣池池底安裝有微孔曝氣管通過空氣壓縮機(jī)充氧,第二、三格填有填充比為40%的組合式生物填料。側(cè)流沉淀池用以提供化學(xué)除磷所需的厭氧釋磷上清液,HRT為1 h;二沉池采用輻流式,HRT為1 h。

1.2 原水水質(zhì)及測(cè)定方法

試驗(yàn)用水由重慶大學(xué)校園生活污水和自來水再加一定量淀粉,葡萄糖,奶粉,NH4Cl,KH2PO4和無水Na2CO3配制而成,試驗(yàn)原水水質(zhì)及分析方法如表1所示。

表1 試驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)及分析方法

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 水解酸化單元VFA變化情況

從圖2看出,在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行一個(gè)月的測(cè)試期間,無論回流好氧污泥還是厭氧釋磷污泥進(jìn)行水解酸化,均能使水解池出水VFA總量增加,且均較無污泥回流時(shí)出水VFA值要高,這表明污泥回流,水解池有機(jī)質(zhì)增加,有利于 VFA的產(chǎn)生;同時(shí),由于活性污泥中含有各類水解酶,且水解酶的活性并不受電子受體的影響[5],因此,將污泥回流至水解池有利于難降解有機(jī)物的水解,從而提高了VFA的產(chǎn)量。

從圖2還可以發(fā)現(xiàn),厭氧釋磷污泥回流水解產(chǎn)生的VFA量均高于同等回流比下的好氧污泥產(chǎn)生量。筆者分析原因主要有兩個(gè):1)厭氧釋磷污泥與水解池中的優(yōu)勢(shì)菌相容性強(qiáng),有利于提高水解效率;2)厭氧釋磷污泥胞外聚合物(EPS)量多,利于水解。

從圖2還可以看出,2%厭氧釋磷污泥回流水解產(chǎn)生的VFA量最大,均值為275 mg/L。理論上分析,較高的回流比更能提高水解單元的傳質(zhì)效率,從而強(qiáng)化水解酸化效果,即污泥回流比5%應(yīng)比2%時(shí)產(chǎn)生更多的VFA,但其產(chǎn)生量為220 mg/L,低于275 mg/L。筆者分析原因可能為:較高的回流比在強(qiáng)化水解酸化池內(nèi)的水力條件的同時(shí)也增加了其內(nèi)的有機(jī)負(fù)荷,一方面使水解細(xì)菌與基質(zhì)的接觸機(jī)會(huì)和時(shí)間減少;另一方面,高有機(jī)負(fù)荷容易引起絲狀菌瘋長(zhǎng),不利于污泥穩(wěn)定[6],不利于水解池穩(wěn)定產(chǎn)酸。

2.2 水解酸化單元TP變化情況

從圖3可以看出,回流污泥經(jīng)水解酸化后,使微生物細(xì)胞內(nèi)外的聚磷酸鹽解體并不斷釋放出來,導(dǎo)致水解池出水TP增加,且隨回流比的增大而增大。厭氧釋磷污泥回流使水解池中出水TP由13.6 mg/L(回流比 1%)增大至16.3 mg/L(回流比 5%);好氧污泥回流TP則由13.2 mg/L(回流比1%)增大至15.4 mg/L(回流比5%)。并且,同回流比下,厭氧釋磷污泥回流比好氧污泥回流時(shí)水解池出水TP大,且隨著回流比的增大,其差值增大。這是由于污水處理系統(tǒng)中活性污泥量?jī)H占混合液比例的1%左右,因此,回流污泥(約含99%的水)中的含磷量近似等于污水中的含磷量。故回流厭氧釋磷污泥比回流好氧吸磷污泥含磷量要高。

進(jìn)水磷濃度一定程度的增加能夠抑制聚糖菌的生長(zhǎng),并有利于聚磷菌的優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)[7,8]。結(jié)合圖3可見,回流水解厭氧釋磷污泥較好氧污泥而言,更有利于促進(jìn)系統(tǒng)后續(xù)A2O除磷脫氮過程中聚磷菌的優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng),從而增強(qiáng)系統(tǒng)生物除磷能力。

2.3 系統(tǒng)厭氧釋磷

由圖4結(jié)合圖2可知,無論是回流水解厭氧釋磷污泥還是好氧污泥,相較無污泥回流,其VFA增多,厭氧池PO3-4-P濃度也在增加,尤其是當(dāng)厭氧釋磷污泥回流比為2%時(shí),厭氧池PO3-4-P濃度最大,均值達(dá)到57 mg/L。

為保持系統(tǒng)磷平衡,排入化學(xué)除磷池的厭氧富磷污水的量隨著PO3-4-P的增加而減少,化學(xué)固磷污水量的減少也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用降低,因此,本系統(tǒng)優(yōu)選回流水解2%厭氧釋磷污泥。

結(jié)合圖2b),圖3b)和圖4的試驗(yàn)結(jié)果還可以發(fā)現(xiàn),2%厭氧釋磷污泥回流,厭氧有效釋磷量均值為42 mg/L,275 mg/L的VFA經(jīng)歷厭氧段后余44 mg/L,厭氧段消耗231 mg/L,即每釋放1 mg磷需吸收5.5 mg VFA。其他工況如圖5所示。

由圖5知,當(dāng)回流水解厭氧釋磷污泥時(shí)(回流比1%～5%),每釋放1 mg磷平均需吸收5.7 mg VFA;而回流好氧污泥時(shí)(回流比1%～5%)每釋放1 mg磷平均需吸收8.0 mg VFA。由此可見,回流污泥種類對(duì)VFA的厭氧釋磷有效利用率有較大影響。

2.4 水解酸化單元污泥減量效果

其中,Re為污泥減量率;ΔMLSS回流為回流的污泥量;ΔMLSS測(cè)試為污泥取樣測(cè)試消耗量;ΔMLSS水解為水解酸化池增加的污泥量。

污泥回流至水解酸化單元,其中不溶性污泥有機(jī)質(zhì)通過水解酸化處理得到有效降解,轉(zhuǎn)化成溶解性有機(jī)質(zhì),從而達(dá)到污泥減量的目的。

水解酸化單元的污泥減量率可按下式計(jì)算[9]:

由圖6知,不論是厭氧釋磷污泥還是好氧污泥回流到水解池均能得到一定程度的降解,達(dá)到污泥減量效果,且污泥減量率均隨污泥回流比例的增加而減少。以厭氧釋磷污泥為例,污泥減量率由50%(回流比1%)降至40%(回流比2%)。分析原因?yàn)?污泥水解酸化促使水解池中溶解性COD(SCOD)增多,SCOD的增加導(dǎo)致VFA產(chǎn)量增加,因此,VFA產(chǎn)生量與污泥水解的量成正相關(guān)。當(dāng)回流厭氧釋磷污泥時(shí),1%回流比條件下的污泥回流總量是2%時(shí)的50%,而1%(158 mg/L)回流比條件下VFA產(chǎn)量為2%(275 mg/L)時(shí)的58%(可以理解為污泥水解量的比值)。因此,1%比2%時(shí)的水解酸化污泥減量率要高。

3 結(jié)語

1)回流厭氧釋磷污泥、好氧污泥均使水解酸化出水VFA總量增加,回流2%厭氧釋磷污泥產(chǎn)生的VFA量最大,為275 mg/L。2)回流污泥使出水中磷負(fù)荷增加,有利于聚磷菌優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng),提高VFA的利用率。3)污泥水解酸化可以達(dá)到污泥減量的目的,污泥減量率均隨著比例的增加而減少。將釋磷和污泥減量進(jìn)行綜合考慮,回流2%厭氧釋磷污泥最優(yōu)。

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