給排水畢業(yè)設計外文翻譯

生物資源技術 100(2009)3820-3824 內容列表提供在 ScienceDirect 生物資源技術 期刊主頁 :/locate/biortech 在一個 A2O-MBR 反應器 中 實現污泥 的 脫氮除磷技術 J. Rajesh Banu, Do Khac Uan, Ick-Tae Yeom * 土木及環(huán)境工程部門 ,SungKyunKwan 大學 ,300,Chunchun-dong Jangan-gu,Suwon-Si,440-746、韓國 ， 文章相關信息 文章來源 2008 年 7 月 20 日收 錄 修正 于 2008 年 12 月 11 日 2008 年 12 月 15 日 通過 2009 年 2 月 25 日 發(fā)布在網上 關鍵詞 A2O 反應 器 MBR 脫氮除磷技術 TMP 摘 要 在目前的研究中 ,一種先進的污水處理工藝 研制出了 在 A2O-MBR 過程 合并減少剩余污泥和回收磷 的技術 。 A2O-MBR 反應器在 17LMH 流量 下 連續(xù) 運行 210 天 。然后 在兩 周內 逐步提高設計流量 。這座反應 器運行在 兩種不同的 MLSS 范圍。熱化學消化污泥 運 行 在 一個固定的 pH值 (11)和溫度 (75 )下，可溶解的 COD 含量 為 25%。釋放出 的磷 通過沉淀， 轉化為 有機物 等過程 被送回 厭 氧 罐 。污泥 的 厭氧消化 對 COD 和總磷的去除 沒有任何影響。反應器 在 210 天的運行中 ,MBR 通過 膜過濾壓差 保持相對穩(wěn)定。研究結果表明 ,所提出的流程配置 在不降低處理水 水質 的情況下， 有可能減少剩余污泥 的產生 。 2008 年 Elsevier Ltd。版權所有。 1.引言 剩余污泥的減少和 脫 氮除磷是污水處理廠兩個相關的重要 課 題。 MBR 過程 由于 具有 更長的 污泥齡 ， 所以 處理程度 更 高 ,污泥的產量相對較低 (Wen et al., 2004)。 在 MBR 反應器內污泥的產量 大概降低 28-68%， 這 取決于所用的污泥齡 (Xia et al.,2008)。 然而，通過減少污泥齡來降低污泥產量是受到限制的 ， 因為生物膜上聚集太多的 MLSS 可能會有潛在的危害 (Yoon et al., 2004)。在 MBR 反應器 內這個問題可以通過引進污泥分解技術來解決。據報道，污泥分解技術可以提高污泥的可生化性能 (Vlyssides and Karlis, 2004)。 總體來說， 污泥的消化分解 和生化處理是污泥減量化處理的基礎。最新的技術提供了一些 很有前途的 污泥分解技術，包括： 超聲 波 分解 (Guo et al., 2008)、脈沖動力分解 (Choi et al.,2006)、臭氧氧化 (Weemaes et al., 2000)、熱分解 (Kim et al., 2003)、堿催化分解 (Li et al., 2008)、酸催化分解 (Kim et al., 2003)、熱化學分解 (Vlyssides and Karlis, 2004)。在這些分解技術中，熱化學分解法被認為是最簡單而且最有效的方法 (Weemaes and Verstraete, 1998)，在熱化學分解法中，氫氧化鈉水解法又被認為是最為有效的方法， (Rocker et al., 1999).。 一般來說，在 A2O 工藝過程中既可以脫氮也可以除磷。 同時，這對在一個構筑物內，通過一系列的工藝，同步去除有機物也是很有利的 (Tchobanoglous et al., 2003).。磷的去除主要是在有氧與缺氧交替的情況下通過聚磷微生物的過度攝取而達到的。 在污泥的預處理中，一定量的可溶解磷將被投加 ，它可以增加磷在污 水中的聚合 度 (Nishimura, 2001)。所以，在這些可溶解磷進入河流之前一定要去除掉。此外，工業(yè)化對磷資源的需求在不斷地增長 ， 在許多發(fā)達國家，一 些研究已經開始著手從剩余污泥中提取磷資源， 釋放的磷通過鈣鹽沉淀析出的方法提取?？紤]到這種情況，在最近的研究中，一些新式的處理工藝已經將三個過程整合在一起： 一： 在 MBR 工藝中進行熱化學分解 以進行污泥減量化處理；二： A2O 工藝進行生物脫氮除磷；三： 通過鈣鹽沉淀析出提取磷。取得的數據然后用來評價這種混合系統的性能。 2.方法 2.1 廢水 經過預處理的廢水作為原水流入。這種進水中含有混合碳源、大量的營養(yǎng)元素、一個堿度控制系統 (NaHCO3)和一些微量元素，主要成分包括： ( L)210 毫克葡萄糖、 200 毫克NH4C1、 220 毫克 NaHCO3,22 34 毫克 KH2PO4。 微量元素 包括： 0.19 mg MnCl2 4H2O, 0.0018 mg ZnCl2 2H2O, 0.022 mg CuCl2 2H2O, 5.6 mg MgSO4 7H2O, 0.88 mg FeCl3 6H2O, 1.3 mg CaCl2 2H2O。這種混合污水每周準備三次，并且 化學需氧量 (COD)為 210 1.5 mg/L, 總氮 (TN)為 40 1 mg/L 和 總磷 (TP)為 5.5 mg/L。 2.2 A2O-MBR 處理器 A2O-MBR 處理器，好氧部分的工作容積是 83.4L，用一個擋板將它分為三部分，其中厭氧部分 8.4L，缺氧部分 25L，好氧部分 50L，混合的污水通過泵吸的方式以一定的流速流入處理器中。一個流速傳感器 被安置在好氧池的底部來控制進水的流速。厭氧池、缺氧池、好氧池的水力停留時間分別是 1h、 3h、 6h.為了更好地脫氮除磷，該裝置設置了兩種內循環(huán)，循環(huán)一是在厭氧段與缺氧段中進行，循環(huán)二是在好氧段與缺氧段中進行，厭氧段與缺氧段以較低的 轉 速混合， 以保證混合物中的懸浮固體始終處于懸浮狀態(tài)。 在好氧區(qū)域，曝氣頭被用來提供氧氣以使有機 物得到氧化和氨化，好氧池中的氧氣濃度維持在 3.5 mg/1，并通過溶解氧在線檢測儀來控制。 在五塊大小為 0.23pm 的濾膜作用下，好氧池中發(fā)生固液分離。每塊濾膜的工作面積為 0.1m2。它們通過普通的管道被連在一起。一個真空泵連在管上以提供負壓。 在通常 的管道中安裝壓力測量儀表來測定管內壓力。泵的工作時間自動控制，每 啟動10 分鐘后自動關閉 2 分鐘，如此 循環(huán)。 2.3 熱化學分解污泥 從 MBR 的 好氧段 流出的混合液體 每日約有 1.5%的流量被截留 然后進入熱化學消化系統，熱化學消解反應運行在一個固定的 pH 11(氫氧化鈉 )和溫度為 75，運行時間為 3 小時。經過熱化學消解反應后懸浮物與污泥分離，經過消解的污泥可用于后續(xù)的厭氧生物化學反應(Vlyssides and Karlis, 2004)。所以這些污泥會被送入 MBR 反應器的厭氧段。 2.4 磷的回收 生石灰被用來做沉淀劑以回收浮在表面的含磷化合物，經過回收處理后的懸浮物被送回缺氧池用作碳源和氮源。 2.5 化學分解 對廢水中的 COD, MLSS, TP, TN 應進行詳細的分析 (詳見 APHA 方法 ,2003)，進水和出水中的氨氮含量通過離子選擇性電極來測定 (Thereto Orion, Model: 95 一 12)。 分析樣品中硝態(tài)氮減少量使用鎘分析的方法 (APHA,2003。 3 結果與討論 圖一數據記錄了運行過程中反應器 內 MLSS 的濃度， MBR 反應器的一個優(yōu)點是它可以在高濃度的 MLSS 下正常運行， 反應器所用的 EBPR 污泥來自韓國的 Kiheung 污水處理廠。反應器開始運行的 MLSS 濃度是 5700 mg/L，并隨著時間的增加逐漸增加 MLSS 的濃度，到第 38 天時 MLSS 的濃度已經達到 8100 mg/L。從此時起，通過回收剩余污泥來使 MLSS 的濃度維持在 7500 mg/L，這個過程叫做步 驟一。 在表一中對缺少污泥消化（步驟一）與具備污泥消化所得數據進行了對比，具備污泥消化的試驗負荷為 0.12 gMLSS/gCOD.，與傳統的活性污泥法 0.4 gMLSS/gCOD 相比相對低些 (Tchoba-noglous et al., 2003)。 在高濃度 MLSS 下處理量較低 (Visva-nathan et al., 2000)，因此 MBR 工藝的處理能力應該小些 。 Rosenberger et al.等人建議采用 MLSS 的濃度范圍 (7.5 一 10.5 g/L)作為判斷的指標。 在他們的研究中，他們指出，通常情況下 ，在中等濃度 (7 一 12 g/L).的 MLSS 濃度下， MLSS 的增加對處理結果并沒有影響。 在每天回收 1.5污泥量的情況下 ， 熱化學污泥厭氧消化在第 70 天就開始了。污泥消化一般可分為兩個階段，階段一（第 70-139 天 )，階段二 (第 140-210 天 )。在階段二中， MBR反應器內的 MLSS 濃度維持在 7500 mg/L 左右，在階段三中維持在 10500 mg/L 左右，這兩個過程都證明了污泥消化在污泥減量化處理中的重要作用。階段二與階段三的負荷率為0.03g MLSS/gCOD,，和階段一比較，這兩個階段分別減少 58% 和 75%的污泥量。實驗得到的數據說明階段三比階段一和二的處理能力要低些，這是因為在階段三中有更多的生物固體進入反應池中。 從這些數據可以看出，即便是引入污泥消化預處理 ， A2O 的脫氮除磷效率也并沒得到改變。一個實驗分析顯示，這些顯示經過污泥消化和不經過污泥消化處理的試驗數據并沒有 達到統計上的顯著水平。 然而，在 污水處理過程中 ， 包括污泥消化過程， 出水的水質會越來越壞， 這是因為一些可溶但不可降解的微生物產物的釋放 (Ya-sui and Shibata, 1994; Salcai et al., 1997; Yoon et al., 2004)。在研究期間，溶解性化學需氧量在 18-38 mg/L 的水平上，對應出水中有機物的含量為 4-12mg/L.。 這些數據證明，在保證良好的和穩(wěn)定的出水水質方面，膜法隔離起著重要的作用。 磷元素是引起海洋赤潮的主要營養(yǎng)元素，因此減少出水中磷元素的含量十分必要。幸運的是磷元素的總含量一直維持在 1 mg/L(Mer-vat and Logan, 1996)。 圖二數據顯示在該研究中， A2O-MBR 處理系統對磷的去除效率。即便是引入了污泥消化處理， A/O 工藝對磷的去除效果也并不理想。 在最新的研究中，通過生石灰吸收的方 式使可溶性的磷元素變成磷酸鹽沉淀，并在處理水流入河流之前被回收， 所以由于污泥減量化處理而使出水中磷元素含量升高的可能性被大大減小。進水的磷元素濃度在 5.5 mg/L 左右，經過四周的處理，出水中磷元素的含量已經降到 2.5 mg/L。開始磷的去除率比較低是因為 聚磷微生物的生長率比較低，并且一些像缺氧這樣的運行環(huán)境也不具備。經過最初一段時間，磷的去除效率逐漸提高。在 A2O 工藝中磷的去除主要靠聚磷微生物的過量攝取，這些微生物生長緩慢，并且易受外界環(huán) 境的影響 (Carlos et al., 2008)。 在整個研究中，磷的去除率基本不受影響，一直處在 74-82%。從實驗的結果來看，熱化學預處理對聚磷微生物基本無影響，在 研究中，出水中磷的濃度一直維持在 1 mg/L 以下。 圖表三揭示熱化學分解中磷元素的狀況。在熱化學分解過程中， 生物體中固定的磷被溶解并被釋放到溶液中。被溶解的磷大概占到 45-50%。堿性物質被投加以增加溶液的 PH 使其保持在 9.2-9.8.，這樣的 PH 有利于形成磷酸鹽以除去磷元素。溶液表面的磷可以通過投加生石灰吸收來除去，投加的比例為摩爾比 2.1:1。 圖表四揭示了 A2O-MBR 處理工藝中硝化和反硝化過程。硝化是脫氮處理中最初的也是比較重要的一個過程，不徹底的硝化過程將使脫氮的處理效率大大降低 (Morita et al., 2007 and Choi et al., 2008).。溶氧量是影響硝化效果的一個重要因素，當溶氧濃度降低到 2.5 mg/1以下時，硝化作用的效率將會受到抑制 (Bane et al., 2008).。為了保證良好的硝化條件，好氧池中的溶氧濃度需要維持在 3.5 mg/1 左右。在硝化作用的第二步中， 經過硝化作用形成的硝酸鹽在缺氧的 條件下經過反硝化作用轉化為氨氣釋放出。當反硝化作用后，溶液中的氮元素含量在 4.6 mg/L 左右。 圖表五說明在 A2O-MBR 處理工藝中總氮的去除效率。 從圖表可以明顯看出，在整個研究中，氮的去除基本不受影響，進水中氮的含量為 40 mg/L，經過預處理可以除去大約 50-55%的氮，污泥消化對氮的去除效率無影響，大約能去除 60% 到 67%的氮。出水中的氮含量在14-18 mg/L.的水平。 在整個研究中，橫隔膜的 壓力會逐漸增加，到第 210 天，壓力已經達到 6cm 汞柱。 看來污泥解體對膜污染沒有起作用。類似的 ,在 研究 MBR 污泥減量化過程中 , Young et al. (2007)報道說 ,堿性處理污泥并未造成膜污染。 4.結論 在 PH 為 11 和溫度為 75的條件下， 當一部分固體微生物用堿進行消解時， MBR 工藝仍能夠穩(wěn)定的運行。熱化學消解法中可以用鈣鹽來回收浮在表面的磷元素。這個系統可以在保證除磷效率的情況下長期運行。關于污泥消化的進一步研究正在進行中。 鳴謝 這項研究獲得了 GS 集團公司的支持 ，韓國教育部門的第 21 智庫集團也給予了幫助。 參考文獻 1. Akin, B.S., Ugurlu, A., 2004. The effect of an anoxic zone on biological phosphorus removal by a sequential batch reactor. Bioresour. Technol. 94, 1-7 2. APHA, 2003. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21 st ed. American Public Health Association, American Water Works Association,Water Pollution and Control Federation, Washington, DC 3. Banu, J.R., Uan, I., Yeom, LT., 2008. Effect of ferrous sulphate on nitrification during simultaneous phosphorous removal from domestic wastewater using laboratory scale anoxic/oxic reactor. World J. Microbiol. Biotechnol. 24, 2981-2986 4. Choi, H., Jeong, Sw， Chung, Y 一 2006. Enhanced anaerobic gas production of waste activated sludge pretreated by pulse power technique. Bioresour Technol. 97, 198-203 5. 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