低氧曝气生物倍增技术处理PTA污水实验研究.pdf

低氧曝气生物倍增技术处理 污水实验研究李丽娜，何庆生，范景福（中石化炼化工程（集团）股份有限公司洛阳技术研发中心，河南省洛阳市 ）摘要：采用低氧曝气生物倍增工艺处理精对苯二甲酸（）污水。通过水力实验优选硅胶和钛合金微米曝气管进行生化处理实验，生化处理过程分为 个阶段。污泥浓度在阶段升高而在阶段稳定，是由兼性菌降解污染物的主要过程不同造成的；污泥浓度在阶段降低是由曝气不均引起的。高污泥浓度和长污泥停留时间保证了系统对化学需氧量稳定的、良好的去除效果，去除率为 ；系统具有较好的氨氮去除效果，虽然进水氨氮浓度升高、溶解氧低会造成出水质量波动，但可迅速恢复；系统对总氮的去除效果一般，这是由于硝化和反硝化作用的动态平衡易受环境因素影响。可通过改进曝气方式达到适宜的溶解氧和良好的流化情况。关键词：低氧曝气生物倍增 污水水力实验生化处理化学需氧量氨氮总氮低氧曝气生物倍增（）工艺是基于传统活性污泥法，以循环流动为特点，集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能为一体的技术。在低溶解氧（）的条件下，该工艺能够同时实现生物脱氮除磷、有机物去除及污泥硝化等处理过程 。由于其具有处理效率高、运行费用低、占地面积小、运行稳定、出水可直接达标排放等优点，在处理工业废水的中试及工程应用中已有相关报道 。该研究针对精对苯二甲酸（）污水开展 工艺的实验研究，对反应器的启动特性、污染物的去除效果进行研究，明确去除化学需氧量（）、促进硝化和反硝化过程同步发生的关键控制条件，为提升 工艺去除污染物的稳定性提供实验依据。实验室小试实验研究 水质分析实验原水包括 污水、醇醚废水经催化湿式氧化法（）处理后的出水（出水）。实验原水水质见表 。由表 可知：污水的生化性一般，而 出水的生化性较好，两者的 （生化需氧量）与 的比值分别为 和 。将两者与自来水一起按比例混合作为进水，根据进水水质及曝气装置，将处理过程分为个阶段：阶段、阶段、阶段。各阶段进水水质见表 。表 实验原水水质 项目 污水 出水 （）（）（）（）（）（）（）值 注：为氨氮；为总氮；为总磷；为总溶解性固体。表 各阶段进水水质 项目阶段阶段阶段 （）（）（）（）（）水力实验和生化处理实验在水力实验中，分别采用橡胶、硅胶和钛合金微米曝气管对 反应器进行曝气，考察充氧效果。水力实验流程：在常规的污泥浓度（）下，向反应器内吹入氮气，当 小于收稿日期：；修改稿收到日期：。作者简介：李丽娜，工程师，博士，年毕业于京都工艺纤维大学材料化学专业，目前从事污水处理研究工作。联系电话：，：。基金项目：中国石油化工股份有限公司低氧曝气生物倍增污水处理技术开发项目（）。时开始曝气，调节进气量和进液量，通过溶氧仪以 的时间间隔记录水中 。至 基本稳定后，更换其他曝气管重复上述流程。反应器的有效容积为 ，由厌氧区、气提区、曝气一区、曝气二区、沉降区及气提回流区组成，曝气区底部铺设曝气管。反应器平面示意见图 。图 反应器平面示意 生化处理实验流程：待处理污水经布水器进入反应器，在进水端气提区的提升作用下进入曝气一区去除大部分 ，然后在曝气二区前端与沉降区回流的硝化液混合，在曝气二区末端一部分回流至厌氧区对进水进行稀释再次参与循环，另一部分进入沉降区进行沉降，沉降后一部分通过底部集泥槽进入气提回流区，经提升后进入曝气二区参与内循环，而经沉降处理的污水则通过上部排水口排出反应器。除进出水和沉淀阶段外，均对系统进行低氧曝气。结果与讨论 水力实验采用钛合金微米曝气管时，随着时间快速增大，当充氧时间为 时，为 ，最终稳定在 ，超过 时水中 （），充氧效果较好。采用橡胶曝气管时，随时间的增长速度最慢，当充氧时间为 时，基本稳定在 ，之后缓慢增长，后达到 。采用硅胶曝气管时的效果介于上述两者之间，当充氧时间为 时，稳定在 ，后达到 。种曝气管的充氧效果与它们产生的气泡尺寸有关，其气泡尺寸由大及小排序为橡胶曝气管、硅胶曝气管、钛合金微米曝气管。钛合金微米曝气管所产生的气泡尺寸较小、比表面积较大、上升速度较慢，可增大气液传质界面面积并延长停留时间，因此充氧效果较好。基于微气泡曝气的生物膜反应器的应用验证了小尺寸气泡可降低能耗、提高溶氧效果 ，但气泡上升速度慢会造成紊流效果弱，同时易形成流化死区，最终导致溶氧效果降低。综上，确定曝气管时需同时考虑充氧效果及流化情况 。该研究采用硅胶曝气管和钛合金微米曝气管进行生化处理实验。生化处理实验接种污泥为某污水处理厂氧化沟活性污泥。反应器曝气 后加入配水，调节相关工艺参数（在 ，值为 ，温度 为 ）。个阶段（阶段、阶段、阶段）工艺条件见表 。实验过程考察了反应器的 、污泥沉降比（）以及 浓度、浓度和 的变化。在阶段中，逐步提高进水量并于第 日开始投加碳酸氢铵，进行污泥驯化培养；在阶段和阶段中，配水 约为 ，继续投加碳酸氢铵（质量浓度约为 ），并继续提高进水量。阶段和阶段采用硅胶曝气管，阶段采用钛合金微米曝气管。表 个阶段工艺条件 运行阶段运行时间 进水量（）（）曝气一区曝气二区 值设计出水 （）阶段 阶段 阶段 与 的变化各阶段的 与 见图。由图可知：在阶段中，随着进水量的提高，由 逐渐升至 ，保持在 以上。在低 下，系统中的污泥处于有氧和缺氧两种状态。在有氧状态下，污泥的兼性菌利用 作为电子受体，通过氧气作用降解污染物，污泥生长速率较快；而在缺氧状态下，部分硝酸盐取代作为电子受体，通过内源性硝酸盐呼吸降解污染物，污泥生长速率较慢。因此，在阶段污泥驯化培养完成后，阶段的 基本达到稳定。在阶段中，更换曝气管导致产生的气泡的尺寸过小从而造成了反应器曝气不均匀，所以 明显降低，这也说明了虽然钛合金微米曝气管可增大气液传质界面并延长气泡停留时间，但是易造成流化受限。图 各阶段的 与 的去除效果各阶段 的去除效果见图 。由图 可知：在阶段中，出水平均 为 ，平均去除率为 ，并且随着 的升高，出水 逐渐降低，在阶段后期低于 ；在阶段和阶段中，出水平均 为 ，平均去除率为 。上述结果表明：该系统对 具有良好的去除效果。虽然阶段 的 明显降低，但是 的去除效果无明显变化，说明长污泥停留时间和高 保证了低污泥负荷和高容积负荷，因此系统具有良好的污染物降解性能和耐冲击负荷性能。图 各阶段 的去除效果 及 的去除效果各阶段 的去除效果见图 。由于配水中几乎无 ，因此投加碳酸氢铵来考察系统对 的去除效果。在阶段中：出水 平均质量浓度为 ，平均去除率为 ，表明系统对 具有良好的去除效果；在阶段末期，由于碳酸氢氨投加量增加导致出水 质量浓度稍有波动，但随着微生物的逐渐适应，去除率提高至原来的稳定水平。在阶段中，出水 平均质量浓度为 ，平均去除率为 。在阶段中：出水 平均质量浓度为 ，平均去除率为 ；阶段末期出水 质量浓度波动是由于更换曝气管导致曝气不均从而对硝化细菌造成冲击引起的。图 各阶段 的去除效果 各阶段 的去除效果见图 。在阶段中：出水 平均质量浓度为 ，平均去除率为 ，表明系统对 具有一定的去除效果；第 日的出水 质量浓度明显升高而出水 质量浓度仅为 ，可能是由于 过高阻碍了反硝化反应引起的；阶段后期出水 质量浓度明显比前期高，推测是碳酸氢氨投加量增加造成的。在阶段中，出水 平均质量浓度为 ，平均去除率为 ，可能是由于 过高以及混合液流化性能较差抑制了反硝化作用、破坏了硝化和反硝化作用的动态平衡造成的。在阶段中，更换曝气管在一定程度上抑制了硝化作用，但对反硝化作用的影响较小，因此对 的去除效果无明显影响。图 各阶段 的去除效果 与传统活性污泥系统相比，反应系统的污泥停留时间长，可保证生长缓慢及世代时间长的自养型硝化细菌的生长时间和充足的生物量 ，有利于硝化作用，但当进水 质量浓度增加或者 降低后，系统中硝化细菌受到冲击并且需要一定时间恢复适应。的去除是硝化和反硝化作用达到动态平衡的结果，反硝化细菌是兼性厌氧微生物，在缺氧或厌氧环境下可以用 或 代替 作为电子受体，生成、和 等 ，易受到 及系统流化作用的影响。为了有效去除 ，需要改进反应系统的曝气方式以充分流化并达到适宜的 。结论在采用 反应器处理 污水的小试实验研究中，根据水力实验结果，优选使用硅胶和微米钛合金曝气管进行生物处理实验。生物处理实验分为 个阶段，系统较高的 （大于 ）保证了长污泥停留时间、良好抗冲击性能和污染物去除效果。在阶段稳定后，系统对于 、和 的去除效果良好，平均去除率分别为 、和 ；在阶段和阶段中，系统对 的去除效果仍然良好，但对于 和 的去除效果出现了波动，是由于硝化和反硝化作用受到进水 质量浓度、和流化情况的影响。综上所述，反应器对 去除效果良好，对 和 有一定的去除效果但不稳定，可以通过改进曝气方式达到稳定的硝化和反硝化作用进而改善去除效果。参考文献 李文博，丁爱中 生物倍增技术处理石油化工综合污水中试研究 弹性体，（）：庄仲昌，庄昌伟，王克云 生物倍增（）工艺处理城市污水 环境科学与管理，（）：胡林林，王建龙，文湘华，等 低溶解氧条件下生物脱氮研究中的新现象 应用与环境生物学报，（）：余韦，刘阳，李赛赛，等 微气泡曝气在膜生物反应器中的应用研究 工业用水与废水，（）：汤利华，孟广耀 曝气器的最优孔径分析 中国科学技术大学学报，（）：贾荣畅，刘颖，朱燕，等 微孔曝气器孔径与运行气量对微孔曝气氧传质的影响研究 环境污染与防治，（）：卢俊刚，胡冲，朱友良，等 生物倍增和倍活产品在炼油废水处理中的应用 化学工程师，（）：邹莎莎，吴雪琪，王珏，等 对苯酚抑制作用具有持久抵抗性的硝化污泥的驯化 中国环境科学学会，中国光大国际有限公司 中国环境科学学会科学技术年会论文集 北京：中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有限公司，：辛明秀，赵颖，周军，等 反硝化细菌在污水脱氮中的作用 微生物学通报，（）：（编辑王艳星），（），）：，（），：，