德态Levapor?悬浮填料处理生活污水的研究

项目1：在低温状态下通过使用Levapor®悬浮填料对生活污水的BOD5去除和硝化研究

低温时污泥的活性降低，污泥龄短，为了有效降低氨氮的含量通常要对已建设施进行较大规模的改扩建。

与此相对通过投放高效悬浮填料Levapor®是更佳的选择。生物悬浮填料的添加在工艺运行过程中综合了活性污泥法和生物膜法的优势，涉及现有污水处理厂管线的改动较少，改造费用较低，不占用新的土地，对现有工艺的运行影响也较小，可充分挖掘现有污水处理厂的处理潜力。

项目的研究目的：

?建立稳定的硝基化过程

?在冬天低温条件下氨氮70%的去除率

反应池技术参数：

•好氧池体积 V = 45 m3

•水深 H = 4 m

•填料体积 5.5m3   (12%的填料体积比)

•澄清池体积 15m3

•池底铺设微孔曝气器

水量/水质参数：

•进水量 Q = 6.7 - 12.5 m3/h

•水力停留时间 t = 3.6 - 6.7 h

•温度 T = 7 °C - 18 ℃

•溶解氧浓度 O2 > 3 mg/l

•BOD5 = 80 - 180 mg/l

•TN = 27- 52 mg/l

•总氮负荷 LV = 0.15 - 0.3 kg TKN/m3 x天

•检测次数：3次/周

悬浮填料在11月初投放到原先为去除BOD5设计的反应池中，几个小时内填料完全湿润并呈流化状态。3个星期后在水温17 ℃时开始硝化，氨氧化率达到70% - 80%，12月中旬后水温12℃，硝化过程保持稳定。次年的3月下旬因为水力以及总氮负荷的高峰，部分活性污泥被洗出，氨氮的去除效率降低（33 - 38天），因附着在悬浮填料上的生物膜的作用2到3个星期后硝化恢复正常，见图1。

图1. 进水总氮和出水氨氮/硝化氮数值，水温10 - 17℃

 

 随着硝化的稳定以及水温升高到17℃-18 ℃，硝化量从最初的10-20 g N/kg MLSS x天达到60-80g N/kg MLSS x天，TKN氧化率达到90% - 98%(表格1和图2)。

表格1：不同条件下的生化悬浮物的硝化能力

运行条件

VTS-N (Noxidized /kg MLVSSxday )

悬浮污泥

10 - 20

固定在填料上的活性污泥，温度10-13°C

40 - 50

固定在填料上的活性污泥，温度17-18°C

60 - 80

 

图2：在不同的F:M比例下硝化能力与温度的关系

 

BOD5的平均负荷 LV = 0.6 kgBOD5/m3 x天，BOD5的进水浓度为136.1 mg/l，平均出水浓度为10.2 mg/l，去除率为92.3%，见图3。

图3：BOD5的进水和出水浓度以及BOD5单位负荷率

 

在反应池中活性污泥和生物膜共存，大量增加了曝气池中的生物量，从而使处理能力大幅提高。在此项目中，悬浮污泥浓度为2500 - 3500 mg/l，生物膜中的浓度最大为4200 mg/l (图4), 过剩的污泥自动从生物膜上脱离。

图4：试验阶段一Levapor®悬浮填料的活性污泥浓度

 

此外还研究了悬浮填料在反应池中的密度。在曝气的作用下最高密度6-7m3/m2x h，因为测量的是池表面的密度，沉降到池底的无法观察到。当曝气量减少，密度在4m3/m2 x h时，填料密度显著降低（图5）。

带有生物膜的填料的沉降速度为100-150 m/h, 停止曝气所有的填料沉入池底。悬浮填料内部形成缺氧区，40 - 60%的硝酸盐在其内部被反硝化。

图5：在不同的曝氧密度下填料的流化性

 项目2：前置反硝化研究

为了研究前置反硝化的运行效率和稳定性一年后对设施作了改建，变为反硝化-硝化流程，见图6。

污泥回流率在315% 到480%之间波动。此外为了去除磷还设置了一个蠕动泵，持续加入 53 - 89 g/m³的FeSO4 x7 H2O。

图6：反硝化流程图

 

在总氮负荷增加和低温条件下系统启动后硝化迅速达到稳定状态（图7），前置反硝化很大程度上去除了总氮。

图7：带前置反硝化的总氮去除，水温11 - 17℃

 

图8和表格2说明了氨氮浓度与温度和氮负荷之间的关系。从中可以看到当活性生物附着在悬浮填料上时，即使负荷增大，温度在10℃到12℃之间硝化和反硝化也能稳定、有效地进行。

图8：总氮负荷为200-260 gTKN/m³x day，出水氨氮浓度与温度的变化关系

 

表格2：低温时总氮去除率，1.1-1.5 无前置反硝化，2.1-2.3 前置反硝化 

 

 

结论

通过将聚氨酯泡沫物质与高性能吸附物质相粘合形成一种新的改性悬浮填料，相对于一般的泡沫物质无论是在挂膜速度，吸水性等各项指标上都有质的飞跃。

在对冬天的生活污水的氨氮降解试验项目中，Levapor®悬浮填料的性能得到了充分的展示，即使是在低温状态下硝化、反硝化都能稳定运行。