缺氧和无氧的HRT对MBR中生物脱氮除磷的影响

缺氧和无氧的HRT对MBR中生物脱氮除磷的影响

  
  摘要：厌氧和缺氧水力停留时间是一个污水处理厂设计工程师和操作人员常用的参数，本研究考察了一个固定回流率厌氧/缺氧/好氧膜生物反应器内其对脱氮除磷效率的影响。厌氧水力停留时间在0.5到3小时内变动，缺氧HRT在1到5小时内变动，而好氧HRT固定在8小时。总氮去除率在76%~89%内变动，随着缺氧HRT的延长，总氮去除率有所增加；但是如果缺氧停留时间不在5h时，增加厌氧HRT对总氮去除率的影响很小。除磷效率在40%到82%内波动，当厌氧停留时间从0.5小时升至2小时，除磷效率增加；但是厌氧HRT在3小时时，增加缺氧HRT除磷效率会降低。本研究表明：优化脱氮除磷效率要求平衡增加脱氮对长缺氧HRT（除磷效率低）的需要和有利于除磷而对脱氮无影响的一个优化厌氧HRT。有利于优化的脱氮除磷效率的HRT被证实为2小时厌氧、4小时缺氧。
  
  关键字：水力停留时间；膜生物反应器；磷；氮；生物脱氮除磷；缺氧；厌氧
  
  1 简介
  近年来，控制营养物质向环境的排放得到更多的关注和严格法律制约。在许多情况下需要新的科技运用到污水处理系统来满足新的城市污水营养的排放标准。传统活性的污泥系统已发达，通过各种厌氧，缺氧和好氧反应器的组合来进行生物除磷脱氮。这些过程包括厌氧/缺氧/氧 （A2O），开普敦大学 (UCT)、 弗吉尼亚倡议水厂 (VIP)、 Bardenpho系统的方法，通常包括 3 – 5 个单独反应器或反应区（不包括澄清剂）[1]。具有多个反应器，澄清池同时又有污泥循环系统的工艺成本过高。
  在过去 10 年，膜生物反应器（Mbr） 已证明是可行方案，以替代传统的激活碳和养分去除污泥系统。膜生物反应器相对于传统活性的污泥系统的几个优势包括优秀的固体的去处和生物量系统中允许最多完整保留高生物量浓度20 g/L内[2]。膜生物反应器还允许运行高的固体保留时间 (SRT)—独立于水力停留时间（HRT）[3]。在高的固体停留时间下运行可以提高处理性能并减少污泥生产，从而减少污泥处置成本。在多级的膜生物反应器系统中，已证明 SRT可以影响除磷 [4]。传统上，人们认为这种较高的污泥龄由于对细菌细胞裂解不允许生物除磷脱及随后的磷释放。然而，几项研究有报道中显示较高的污泥龄的膜生物反应器有生物除磷效果 [5]。
  对于脱氮除磷的不同生物厌氧与缺氧要求可能会导致一系列厌氧与缺氧的水力停留时间为膜生物反应器提供最佳的条件。文献综述发现没有系统的研究关于厌氧与缺氧的水力停留时间的量化不同对于脱氮除磷的影响，虽然它已被建议反应器的水力停留时间对生物脱氮除磷可能有重大的影响 [4]。传统的膜生物反应器系统通常具有厌氧反应器为磷菌生物的积累选择水力停留时间为0.5–2 h、缺氧反应器为反硝化脱氮的时间为 1 至 4 个小时和硝化好氧反应器为增强的磷吸收采用的时间 4 至 12 个小时[1]。从最近一项污水处理厂七方面常规 A2O 的研究的数据显示厌氧水力停留时间1.5 至 3.3 h 缺氧水力停留时间 1.7 到6.1 h 显示在脱氮方面的差异。
  厌氧的水力停留时间对除磷是很重要的；"聚羟基烷酸酯作为PAOs发酵(PHA) 能源储备以备将来使用。取决于进水的水质，如果厌氧水力停留时间太短 (大约 0.5 h或更少）、 缺氧的条件可能发展和PAOs不会发展足够的能源储备以增强的磷有氧区的吸收。提高厌氧区得水力停留时间虽然会为PAOs提高可用性的脂肪酸与保留时间，但PAOs的能源供应将造成磷贫，并会导致二次释放。"磷二次释放可以影响生物磷（EBPR）去除过程 [4]。二次磷的释放中确切的发病时间取决于进水特征。一般来说，高浓度VFAs的进水会倾向于要求较少的厌氧水力停留时间。过长的厌氧水力停留时间不利于脱氮通过限制后面反硝化脱氮处理过程中的可利用的化学需氧量。
  缺氧区的水力停留时间对脱氮和除磷都有影响。如果缺氧的水力停留时间较短 （通常少于1 小时，取决于反应器条件和进水），可能出现不完整反硝化脱氮。提高缺氧区得水力停留时间到 3-4 小时将提高脱氮，虽然超过完整的脱氮点的水力停留时间不会进一步提高脱氮并可以对磷产生负面影响。维护少量硝酸盐以刺激反硝化聚磷已被建议对脱氮除磷有益。几项研究有建议PAOs是更高效提高磷吸收在缺氧的情况下，比有氧环境中磷的吸收同时受到过度缺氧水力停留时间对除磷不利。此外，PAOs与反硝化菌，可能为进行他们的代谢争夺相同的碳源发生潜在的冲突。
  最优的生物除磷的水力停留时间和脱氮的水力停留时间是不同的。出色的生物脱氮是在低厌氧水力停留时间和高缺氧水力停留时间而除磷恰恰相反，更高的厌氧水力停留时间和低缺氧水力停留时间。
  综上所述，这项研究的目标的是确定不同的厌氧与缺氧水力停留时间对膜生物反应器中生物脱氮和除磷的影响。表征的处理性能通常是处理厂设计工程师和运行人员用于取得废水处理的缺氧和厌氧水力停留时间。这结果研究，然后用来估计使用膜生物反应器所需的最优的生物脱氮和除磷的水力停留时间。
  2 方法和材料
  实验室进行小规模膜生物反应器系统的实验由A2O三个单独排列反应器的组成： 厌氧、 缺氧，和好氧 （图 1）。反应器设计基于发现缺氧反应器的膜渗透回收和厌氧反应器的混合液的回用的最优的循环排列的尔苏等人。所有实验，进水流量等于回收流量 (100%)。再生膜渗透是比混合回收夜更搞笑的生物除磷在缺氧反应器中但因为渗透的能源消耗变得更昂贵。厌氧和缺氧反应器都使用圆柱状的总额12 L的磁力搅拌器，提供完整的混合条件。从厌氧，缺氧以及好氧反应器都为重力流。好氧反应器是长方形的以适应最大容量是12L的膜滤器。每个反应器的水力停留时间是通过调整反应器体积来变化的。Themembrane 是一层0.2微米双面纤维素板架的膜滤器，由日本久保田公司制造，每块的总过滤面积为0.15平方米。
  空气扩散器下方为中心提供空气冲刷以减少污染和保持混合液溶解氧浓度至少2mg/L。用一种合成的污水设计模拟中等强度的城市污水进行研究。在水力停留时间实验之前，有关膜生物反应器的基础数据收集是不包括膜生物反应器厌氧和缺氧反应器三个生物脱氮除磷阶段而言的。
  统计软件选用JMP™版本6.0（SAS软件研究所，凯里，北卡罗来纳州）是用于进行实验设计。实验运行显示为表2的一部分。好氧的水力停留时间被固定为8小时使厌氧和缺氧的水力停留时间相互间对生物脱氮除磷的影响可能被孤立或研究。8小时的好氧水力停留时间确保完成硝化的同时满足使用单一膜过滤器的限制通量。
  混合液中的溶解氧浓度用监测用DO计，而氨（氨氮）的测定使用氨计。氧还原电位用氧还原电位计。总氮（TN），硝酸盐（NO3- N）的亚硝酸盐（NO2的-N）和总磷（TP）的分析分别采用哈希检测试剂产品26722-45，26053-45，26083-45，和27426-45。化学需氧量，溶解性化学需氧量（sCOD），5日生化需氧量（BOD5），总悬浮固体（TSS），挥发悬浮固体（VSS）的分析按照标准方法。化学成分和电抗器参数测定每星期至少两倍于稳定的状态下的每周三至四次。
  该反应器接种20L（大约5加仑）来自布恩污水处理厂的活性污泥，该系统在合成的污水中最初工作12小时好氧序批模式来提高驯化微生物。经过6个周期（72小时），启用连续喂料1L/小时模式并100%的回收利用渗透回流到混合液。该HRTs被固定在2小时厌氧，3- H的缺氧和8- H的有氧。系统中的没有混合液被浪费，生物量浓度增加几天为好氧反应器固体停留时间逐渐增加至50天，。从这点来说，反应器直到稳定状态下操作运行，对于每次运行来说，反应器的启动到抽检结果在10%范围内要5天。
  
  
  
  图 1。膜生物反应器脱氮除磷处理图 (重力出流式厌氧从到好氧缺氧）。
  表 1综合废水组成和成分。
  

浓度、 mg/L

成分   硫酸钙      40   三氯化铁   3   Isomil (Simulac ™)   20 毫升 (按体积的 1%)   硫酸镁      4   营养发酵液 (甘露糖 ™)   250   氯化钾   5   碳酸氢钠   63   钠氢钙一元   60   柠檬酸钠   500   组成   化学需氧量 （COD）   494±4a   总氮 (TN)   45.9±0.9   氨氮 (NH3–N)      22.7±0.8   硝酸盐氮 (NO3−–N)      0.4±0.1   亚硝酸盐氮 (NO2−–N)   0.17±0.03   总可溶性磷 (TP)   14.4±0.3   悬浮的固体      27.3±3.5   ph 值   7.2±0.1

  统计 α = 0.05，95%的词。
  3 结果与讨论
  3.1 膜与膜生物反应器的性能
  膜组件所有运行都是在一个平均流量为13.0±0.44L/小时*平方米，平均穿膜压力为0.47±0.06bar(6.8±0.87磅)上进行的。穿膜压力缓慢上升，直到大约45天的研究达到稳定0.5巴（7.25磅）。通量相对稳定，偶尔由于膜污染而增加。该膜用刷子大约每10天清洗一次来维持足够的流量。这种清洁计划相比需要定期化学清洗满刻度膜的应用来保持稳定运行要合理。
  每个平均稳态运行的挥发性悬浮固体，溶解氧，PH，氧化还原电位的结果在图2。通过研究，总悬浮固体在厌氧反应器中的平均浓度为4987±410毫克/L，在缺氧反应器中平均浓度为4423±556毫克/L，好氧中的浓度为7381±507毫克/L。挥发性悬浮固体平均浓度在厌氧反应器中为3623±366毫克/L，缺氧中为3244±427毫克/ L，好氧中为5224± 391毫克的/ L。溶解氧在厌氧反应器中维持低于0.1mg/L，在缺氧中在2mg/L以上。 氧化还原电位在厌氧中稳定在平均−250±10 mV，缺氧中为-160±8mv，好氧中158±3mV。测量证实氧化还原电位在氧，缺氧，好氧反应器之间明星的差异。运行六个水力停留时间为2小时的厌氧反应器和水力停留时间为2小时的缺氧反应器。如图2所示，尔苏等人采用类似的试验系统研究并进行了数字比较。
  每次运平均稳态营养物的去除百分率显示在表2,。所有运行中出水的可溶性化学需氧量是恒定在27.4±2.8 mg/L。膜生物反应器系统中高混合液悬浮固体浓度允许质量和水力负荷分别低于0.15 kg COD/kg MLSS/day和1.2 kg COD/m3/day。膜生物反应器的负荷率低于大多传统系统，通常质量的负荷率为0.3 to 0.6 kg COD/kg MLSS/day，水力负荷率为0.8 to 2 kg COD/m3/day。低负荷率让膜生物反应器形态更有效的运作，并且处理化学需氧量得负荷比传统系统更高。总磷，总氮的去除表明了水力停留时间的影响，去除范围分别从40%到82%和76%到89%。

你加油吧  

穿别人的鞋，走自己的路，让他们继续画图写方案。