英文文献翻译 满负荷序批式反应器中好氧污泥颗粒研究外文翻译资料

 2022-09-23 17:08:11

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满负荷序批式反应器中好氧污泥颗粒研究

活性污泥好氧颗粒被成功的应用在采用满负荷序批式反应器(SBR)来处理5万吨/d的城镇污水上。在运行了337天之后,在这个满负荷SBR反应器中,好氧颗粒的SVI30平均为47.1mL/g,颗粒的平均直径为0.5mm,获得的沉降速度为42m/h。与运行中的污水处理厂采用厌氧/好氧(A/O)柱塞流反应器和氧化沟(OD)相比,满负荷SBR中的污泥有更紧密的结构和良好的沉降能力。变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析表明:黄杆菌属中无培养的beta;—蛋白细菌,无培养的Aquabacterium sp.,和无培养的 Leptothrix sp.在SBR中占主导地位,然而在A/O和OD中仅仅找到无培养的拟杆菌。这三种类型污泥在胞外高分子物质(EPS)中有高浓度的蛋白质。X射线荧光分析显示:来自原始污水沉淀污泥的金属离子和一些无机物质充当造粒的核心。原始污水的特征对颗粒的形成有一个积极的影响,但是采用周期性交替SBR模式操作,有很短的沉淀时间,没有污泥回流泵,对好氧污泥造粒起到至关重要的作用。

1.介绍

好氧造粒对污水处理是一个新颖有前景的技术[1-3]。好氧颗粒污泥是由微生物自我聚集所形成,与传统的活性污泥法相比,有良好的沉降能力、紧凑的微生物结构、高的生物保留量,能够承受很高的有机负荷率和具有较高的耐毒性[4-7]。然而,好氧颗粒污泥的操作条件被一些因素严格的限制,比如反应器结构、成分构成、合适的压力、体积交换比率、水力条件、有机负荷率(OLR)、交替管理机制、进水方式和循环时间[8-9]。至今,尽管已经提出了几个假设和数学模型,但是仍然缺乏理论模型来解释好氧造粒的机制[10]。而且,以前开展关于好氧造粒的大多数研究是对于实验室规模的反应器[5,9],仅仅很少被用在中试规模反应器[11-14]。除此之外,尽管有几座大规模厂建立在荷兰、葡萄牙、南非,但是只有有限的文献可供利用。

世界上第一座污水处理的中试规模的好氧颗粒污泥反应器被建立于2003年9月,位于荷兰的埃德,由两个平行的高度和直径分别为6米和0.6米的生物反应器组成[11]。位于中国的一个污水处理厂处理低浓度污水采用工作体积为1m3,直径为0.5m的SBR反应器,和另一个位于西班牙处理合成废水,体积为0.1m3直径为0.25m的SBR反应器被建立了。在先前这些所有的中试规模的污水厂中好氧颗粒被成功的培养出来。结果显示:合理的有机负荷率,高的高径比,序批式操作和合适的沉淀时间仍然是必要的因素。一个最近的研究显示,在每个SBR周期的最开始阶段,有更紧密的颗粒厌氧接触和易降解的有机碳能使颗粒的长大、磷和氮的去除更稳定[17]。

据报道,Gansbaai污水处理厂是世界上污水升级项目中采用好氧颗粒污泥技术来处理污水的第一座大规模污水处理厂[15,18]。它被设计为处理4000m3/d的高浓度有机污水,由三个平行的高7米、直径18米的反应器组成。另一个位于荷兰epe的大规模的SBR反应器,被设计为59000人口当量和处理1500m3/h的含有来自屠宰场高浓度的工业废水的市政污水。然而,关于大规模应用的运行操作的具体数据没有被呈现出来。

盐仓污水处理厂坐落于中国东部的沿海城市海宁市。从2008年以来在这座污水处理厂有注意到在厌氧/好氧柱塞流工艺(A/O)和氧化沟工艺(OD)的活性污泥中观察到小的颗粒物。特别是SVI值为60-79mL/g表明来自这两个连续流反应器的污泥与普通的活性污泥相比有更好的沉淀性能。

这项工作的主要目的是论证在SBR反应器中培养好氧颗粒污泥的可行性。随着好氧颗粒污泥的发展,使用该技术的实验室规模、中试规模和大规模的SBR反应器被建立和使用来处理城市污水。来自A/O、OD和SBR的不同污泥的特性被比较。在大规模SBR中的影响好氧污泥造粒的主要因素被讨论。

2.材料和方法

2.1废水和接种污泥

盐仓污水处理厂的废水包括近30%的城市污水和70%的来自印染、化工、纺织和饮料的工业废水。该废水的特性如下:化学需氧量(CODCr)为200-600mg/L,生化需氧量(BOD)为50-105mg/L,氨氮(NH4 -N)为28.0-40.0mg/L,总磷(TP)为2.0-4.0mg/L,水温为18-30℃。进水的BOD/COD的比值为0.23,属于难生物降解废水。实验室规模、中试规模、大规模SBR都采用同一种原始废水,接种污泥来自OD的二沉池。

2.2 A/O工艺的设计和运行

该A/O工艺建立和运行于2001,处理量为10000m3/d(如表1(a))。它包括调节池、反应池、初沉池、A/O池、二沉池、好氧接触池和二沉池。该污水处理厂的A/O柱塞流工艺采用传统的方法设计和运营。二沉池和主生物反应池分开建立,回流污泥通过泵从二沉池送入主反应池的厌氧区域。生物反应池由一个长25m、宽25m、高5m的厌氧区域和后面的长55m、宽25m、高5m的好氧去组成。

2.3 OD的设计和运营

为了迎合日益增长的废水处理要求,二期工程采用OD工艺处理50000m3/d废水,投入运行的时间为2006年(表1(b))。它包括调节池、初沉池、水解酸化池、曝气池、二沉池、和终沉池。这曝气池的尺寸为长90m,宽35m,深3.5m。OD的设计和运营采用传统的方法,二沉池与OD的主体生物反应池分开建造,从二沉池回流的污泥通过泵送入OD的主体生物反应池。

(a)A/O和活性污泥,运行于2001年

(b)OD和活性污泥,运行于2007年

(c)大规模SBR和好氧颗粒,运行于2010年

表1:在盐仓污水处理厂的A/O、OD和大规模SBR的反应器图片和污泥图片

2.4实验室规模SBR的设计和运营

一个圆柱型的实验室规模的SBR反应器,高径比为2.5,工作体积为5L,体积交换率为50%,被建立于2008年(表2(a))。据报道,孔老师已成功的在四个不同高径比分别为24/16/8/4的SBR中培养出好氧颗粒,更高的高径比反应器像20-30最可能使用在文献中来迎合为颗粒形成所要求的最小沉降速度。所以在这儿,我们定义高径比低于4的反应器看作是低的。原始废水从反应器的顶部加入体积为2.5L作为一个循环。实验室规模反应器通过微孔曝气器来进行曝气,运行采用冲排式模式。在接种之后,SBR最初运行的连续循环周期为4h,由进水1min、曝气120min、沉淀60min、出水20min、静置39min构成。运行10天之后,循环周期4h由1min进水、180min曝气、10min沉淀、20min出水和29min静置构成(表1)。进水的有机负荷率控制在3.9-4.5kgCODm3/d,空气流速控制在1.3cm/s,可编程控制器(PLC)控制实现泵、阀门和每个操作周期的时长。

2.5中试规模SBR系统的设计和运行

该中试规模的SBR系统建立于2009年,由一个沉砂池、一个计量罐、两个平行柱组成(表2(b))。这两个平行柱高6m,内径为2m,高径比为2.5,最大工作流量为120m3/d。该中试SBR采用的是微孔曝气器,通过PLC来控制运行。该系统以这样的方式进行运行:首先原始污水被泵入沉砂池中,然后污水通过电动蝶阀和液位控制器流入计量罐中。当到了进水周期,污水被泵入两个平行柱。污水从中试规模反应器的底部被引进。该反应器的体积交换率为50%,运行模式采用冲排式。第一阶段由40min进水、120min反应、60min沉淀和20min出水组成,运行了7天之后,进入第二阶段,由40min进水、120min反应、20min沉淀和20min出水组成(表1)。

2.6大规模SBR的设计和运行

随着管网服务面积的扩大以及城镇化,1999年建造的处理能力为10000m3/d的A/O工艺和2006年建造的处理能力为50000m3/d OD工艺并不能满足日益增长的污水。一个新的污水处理工艺处理能力为50000m3/d在这个污水厂需要被建造。在盐仓污水处理厂建造第三期工程的目的不仅仅是为了提高这个处理能力,而且也是为了迎合中国这日益严格的污水排放标准。所以挑选一个更高效和经济的工艺来处理污水显得紧急又迫切。在A/O和OD工艺中存在有活性污泥的SVI为60-79mL/g,小颗粒的尺寸为30-80um,启发我们在盐仓污水处理厂中采用SBR工艺中培养好氧颗粒污泥处理污水是否是可行的。这A/O和OD工艺是典型的活性污泥工艺,与其他的污水处理工艺的微小不同点是原始污水,暗示在典型的A/O和OD工艺中,原始污水是形成这些颗粒物的关键因素。如果在SBR模型中采用精确的压力来运行,好氧颗粒将容易形成。因此,开展了一系列的实验室规模和中试规模实验,证明了在这种处理厂中形成好氧颗粒是可行的。在实验室小试和中试成功培养出好氧颗粒之后,这第三期工程采用SBR工艺被建立,在2010年开始投入运行(表1(c)),并且在这个工程中好氧颗粒污泥的应用有待进一步研究。

大规模的SBR反应器被划分为四个独立的池子可选择性的运行,每个池子的高径比为0.09,体积为12540m3,其中长为55m,宽为38m,深为6m。在原始污水进入SBR之前,将依次流进入调节池、初沉池和水解池,从SBR中的出水质量通过混凝沉淀得到加强。污水从SBR反应器的顶部进入,该大规模SBR的体积交换率为50%-70%,运行采用充排式。在2010年末尾,该SBR反应器被建成并且开始投入运行。在接种之后,每个循环由40min进水、240min曝气、60min沉淀和30min出水构成,在运行了25天之后,每个操作循环由40min进水、240min曝气、40min沉淀和30min出水构成,在六个月之后,运行周期由40min进水、240min曝气、50min沉淀和30min出水构成(表1)。精确的曝气时间由一个智能系统通过溶解氧的变化来控制。

(a)实验室规模SBR和好氧颗粒,运行于2008

(b)中试规模SBR和好氧颗粒,运行于2009

表2:盐仓污水处理厂的实验室规模SBR和中试规模SBR反应器的图片和污泥图片

图表1:在实验室规模、中试规模和应用规模的一个周期操作时间的分

实验室规模SBR

中试规模SBR

大规模SBR

操作循环

0-10d

11-43d

0-7d

7-50d

0-25d

25-180d

180-now

进水(min)

1

1

40

40

40

40

40

曝气(min)

120

180

120

120

240

240

240

沉淀(min)

60

10

60

20

60

40

50

排水(min)

20

20

20

20

30

30

30

静置(min)

39

29

0

40

0

0

0

2.7分析方法

CODcr、NH4 -N、亚硝态氮(NO2--N)、硝态氮(NO3--N)、30mi

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