HA-A/A-MCO工艺水解酸化单元运行性能研究

吉芳英 黄力彦 左 宁

现有开发的污泥减量技术都存在着各种各样亟待解决的问题,其中氮、磷去除效果差,尤其是污泥减量与生物除磷效果不能兼优的矛盾特别突出[1,2]。为此,本课题组辅以外排厌氧富磷污水除磷,开发了具有同步除磷脱氮和污泥减量功能的HA-A/AMCO新工艺(Hydrolysis-Acidogenosis-Anaerobic/Anoxic-Multistep Continuous Oxic tank)。HA-A/A-MCO工艺的水解酸化单元是利用厌氧、兼性水解产酸细菌分解污水、污泥中的有机质,提高污水可生化性,为系统后续除磷脱氮补足碳源,并且在一定程度上起到减少系统污泥产量的作用。本文通过将不同比例的来自二沉池的好氧污泥和来自厌氧池的厌氧释磷污泥回流至水解酸化池,以对比研究回流污泥种类和回流比例对水解池产酸、污泥减量以及系统厌氧释磷效果的影响。

1 试验工艺与方法

1.1 试验装置及工艺流程

HA-A/A-MCO工艺流程见图1。该工艺由水解酸化池、厌氧释磷池、缺氧池、多级串联接触曝气池、二沉池、侧流除磷池和化学除磷池组成。反应装置用PVC材料制作,其中水解酸化池有效容积为60 L,HRT为2.5 h;厌氧池和缺氧池有效容积均为30 L,HRT均为1.5 h;多级串联接触曝气池分成相对独立的三格:第一格细菌分散培养区有效容积为15 L,HRT为0.5 h～0.75 h;第二格原生动物生长区有效容积为30 L,HRT为1.5 h;第三格后生动物生长区有效容积为40 L,HRT为2 h;多级串联接触曝气池池底安装有微孔曝气管通过空气压缩机充氧,第二、三格填有填充比为40%的组合式生物填料。侧流沉淀池用以提供化学除磷所需的厌氧释磷上清液,HRT为1 h;二沉池采用辐流式,HRT为1 h。

1.2 原水水质及测定方法

试验用水由重庆大学校园生活污水和自来水再加一定量淀粉,葡萄糖,奶粉,NH4Cl,KH2PO4和无水Na2CO3配制而成,试验原水水质及分析方法如表1所示。

表1 试验水质指标及分析方法

2 试验结果

2.1 水解酸化单元VFA变化情况

从图2看出,在系统稳定运行一个月的测试期间,无论回流好氧污泥还是厌氧释磷污泥进行水解酸化,均能使水解池出水VFA总量增加,且均较无污泥回流时出水VFA值要高,这表明污泥回流,水解池有机质增加,有利于 VFA的产生;同时,由于活性污泥中含有各类水解酶,且水解酶的活性并不受电子受体的影响[5],因此,将污泥回流至水解池有利于难降解有机物的水解,从而提高了VFA的产量。

从图2还可以发现,厌氧释磷污泥回流水解产生的VFA量均高于同等回流比下的好氧污泥产生量。笔者分析原因主要有两个:1)厌氧释磷污泥与水解池中的优势菌相容性强,有利于提高水解效率;2)厌氧释磷污泥胞外聚合物(EPS)量多,利于水解。

从图2还可以看出,2%厌氧释磷污泥回流水解产生的VFA量最大,均值为275 mg/L。理论上分析,较高的回流比更能提高水解单元的传质效率,从而强化水解酸化效果,即污泥回流比5%应比2%时产生更多的VFA,但其产生量为220 mg/L,低于275 mg/L。笔者分析原因可能为:较高的回流比在强化水解酸化池内的水力条件的同时也增加了其内的有机负荷,一方面使水解细菌与基质的接触机会和时间减少;另一方面,高有机负荷容易引起丝状菌疯长,不利于污泥稳定[6],不利于水解池稳定产酸。

2.2 水解酸化单元TP变化情况

从图3可以看出,回流污泥经水解酸化后,使微生物细胞内外的聚磷酸盐解体并不断释放出来,导致水解池出水TP增加,且随回流比的增大而增大。厌氧释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则由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,厌氧释磷污泥回流比好氧污泥回流时水解池出水TP大,且随着回流比的增大,其差值增大。这是由于污水处理系统中活性污泥量仅占混合液比例的1%左右,因此,回流污泥(约含99%的水)中的含磷量近似等于污水中的含磷量。故回流厌氧释磷污泥比回流好氧吸磷污泥含磷量要高。

进水磷浓度一定程度的增加能够抑制聚糖菌的生长,并有利于聚磷菌的优势生长[7,8]。结合图3可见,回流水解厌氧释磷污泥较好氧污泥而言,更有利于促进系统后续A2O除磷脱氮过程中聚磷菌的优势生长,从而增强系统生物除磷能力。

2.3 系统厌氧释磷

由图4结合图2可知,无论是回流水解厌氧释磷污泥还是好氧污泥,相较无污泥回流,其VFA增多,厌氧池PO3-4-P浓度也在增加,尤其是当厌氧释磷污泥回流比为2%时,厌氧池PO3-4-P浓度最大,均值达到57 mg/L。

为保持系统磷平衡,排入化学除磷池的厌氧富磷污水的量随着PO3-4-P的增加而减少,化学固磷污水量的减少也会导致系统运行费用降低,因此,本系统优选回流水解2%厌氧释磷污泥。

结合图2b),图3b)和图4的试验结果还可以发现,2%厌氧释磷污泥回流,厌氧有效释磷量均值为42 mg/L,275 mg/L的VFA经历厌氧段后余44 mg/L,厌氧段消耗231 mg/L,即每释放1 mg磷需吸收5.5 mg VFA。其他工况如图5所示。

由图5知,当回流水解厌氧释磷污泥时(回流比1%～5%),每释放1 mg磷平均需吸收5.7 mg VFA;而回流好氧污泥时(回流比1%～5%)每释放1 mg磷平均需吸收8.0 mg VFA。由此可见,回流污泥种类对VFA的厌氧释磷有效利用率有较大影响。

2.4 水解酸化单元污泥减量效果

其中,Re为污泥减量率;ΔMLSS回流为回流的污泥量;ΔMLSS测试为污泥取样测试消耗量;ΔMLSS水解为水解酸化池增加的污泥量。

污泥回流至水解酸化单元,其中不溶性污泥有机质通过水解酸化处理得到有效降解,转化成溶解性有机质,从而达到污泥减量的目的。

水解酸化单元的污泥减量率可按下式计算[9]:

由图6知,不论是厌氧释磷污泥还是好氧污泥回流到水解池均能得到一定程度的降解,达到污泥减量效果,且污泥减量率均随污泥回流比例的增加而减少。以厌氧释磷污泥为例,污泥减量率由50%(回流比1%)降至40%(回流比2%)。分析原因为:污泥水解酸化促使水解池中溶解性COD(SCOD)增多,SCOD的增加导致VFA产量增加,因此,VFA产生量与污泥水解的量成正相关。当回流厌氧释磷污泥时,1%回流比条件下的污泥回流总量是2%时的50%,而1%(158 mg/L)回流比条件下VFA产量为2%(275 mg/L)时的58%(可以理解为污泥水解量的比值)。因此,1%比2%时的水解酸化污泥减量率要高。

3 结语

1)回流厌氧释磷污泥、好氧污泥均使水解酸化出水VFA总量增加,回流2%厌氧释磷污泥产生的VFA量最大,为275 mg/L。2)回流污泥使出水中磷负荷增加,有利于聚磷菌优势生长,提高VFA的利用率。3)污泥水解酸化可以达到污泥减量的目的,污泥减量率均随着比例的增加而减少。将释磷和污泥减量进行综合考虑,回流2%厌氧释磷污泥最优。

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