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微氧状态下EGSB反应器除污染性能研究

刘晓  
【摘要】: 膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular Sludge Bed),简称EGSB反应器,与普通厌氧反应器相比,具有传质效果好、处理效率高、耐冲击性强等优点。EGSB反应器对进水水质和运行环境的适应性较好,它不仅适于处理高浓度有机废水,对于低浓度废水、低温(15~20℃)和低溶解氧状态也表现出较好的适应性。微氧(microaerobic)指介于厌氧和好氧之间的兼性状态,微氧生物处理在较低的供氧条件下就能实现有机物和营养盐的同步去除,具有能源利用率高、剩余污泥少等优点。本文主要研究了EGSB反应器在微氧状态下的运行情况,其中包括颗粒污泥的培养、COD和氮磷去除效能、以及相关的影响因素。 首先采用EGSB反应器厌氧培养颗粒污泥。用模拟污水(COD为400~1650mg/L)并在接种消化活性污泥中混以少量破碎颗粒污泥,在25℃条件下,以适宜的上升流速和逐步增加的容积负荷,快速完成污泥颗粒化。颗粒污泥形成以后,转为实际生活污水继续培养。在13~26℃、进水COD为144~618mg/L、水力停留时间(HRT)为0.6~1.6h、容积负荷为2.5~19.6kg/(m~3·d)的情况下运行3个多月,稳定运行期间COD平均去除率可达80%左右,出水COD低于100mg/L。培养成熟的厌氧颗粒污泥粒径大都在0.43~2mm;沉速为14~95m/h;比产甲烷活性为0.34~0.45LCH_4/(gVSS·d);颗粒污泥结构致密,内部杆菌和球菌聚集生长。在颗粒污泥培养过程中发现,温度、剪切强度、HRT和容积负荷都对运行效果和颗粒污泥性能产生影响。温度低于15℃或者平均剪切强度超过32.1×10~(-3)Pa都会加速颗粒污泥解体,降低处理效果;但当温度高于15℃时,缩短HRT和提高容积负荷反而能使颗粒污泥活性增强,处理效率有所提高。 随后进行了微氧状态下的运行研究。试验用水仍为生活污水,运行温度为18~27℃。采用逐步增加溶解氧的方式对厌氧颗粒污泥进行微氧驯化。驯化成功后,污泥性能稳定,净化效果显著提高。在DO为0.3~0.5mg/L、HRT为8h、回流比为8:1~10:1、容积负荷为0.4~1.9kg/(m~3·d)的情况下,COD、氨氮、总氮、总磷和SS的平均去除率分别为94%、83%、81%、36%和89%。 研究发现,溶解氧、HRT、回流比、污泥浓度和污泥负荷都对微氧状态下的除污染效果产生影响。经试验确定的最佳运行参数为:DO为0.3~0.4mg/L、HRT为8h、回流比为8:1、MLSS为11~16g/L、污泥负荷低于0.15kgCOD/(kgMLSS·d)。此时,COD、氨氮和总氮的平均去除率分别为93%、84%和82%。 微氧条件下反应器能实现高效稳定的同时硝化反硝化脱氮,微氧环境和高污泥浓度都对污染物去除起到强化作用。与活性污泥法脱氮相比,工艺水力停留时间较短、容积负荷较高、净化效果好;可减少34%的耗氧量和四分之三的剩余污泥。 在微氧条件下,溶解氧和污泥负荷对颗粒污泥性能影响较大。当DO低于0.4mg/L、平均污泥负荷低于0.12kgCOD/(kgMLSS·d)时,颗粒污泥结构致密,沉降迅速,产甲烷和脱氮活性良好。污泥中微生物种类丰富,丝状菌生长较少。提高溶解氧或增加污泥负荷都会造成污泥沉降性能下降、污泥解体和产甲烷活性降低。当平均污泥负荷增加到0.18kgCOD/(kgMLSS·d)时,颗粒污泥丝状化程度和解体数量明显增加。 微氧状态下颗粒污泥内部以及污泥床不同高度分布着不同的优势种群,多种降解途径使除污染效果得到改善。动力学分析表明,同时硝化反硝化脱氮的最佳溶解氧为0.41mg/L。在同时硝化反硝化的基础上,建立了微氧颗粒污泥内氧的传质动力学模型,应用模型对颗粒污泥内氧的分布进行了模拟,并评价了内扩散作用对耗氧反应的影响。结果显示,DO越低、颗粒越大,越不易被氧渗透;内扩散对耗氧反应的影响越明显。用不同DO条件下的实测污泥耗氧速率对模型进行了验证,得到较好吻合。 本研究通过各种运行参数的有效调节,用EGSB反应器厌氧颗粒污泥成功培养出净化效能良好的微氧颗粒污泥,为生产实践的运行调控提供依据。


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