分散式污水處理新技術(shù)：厭氧消化+厭氧氨氧化 德國(guó)中試案例分析
發(fā)布日期：2017-07-12 點(diǎn)擊：1029
分散式污水處理裝置是原位處理生活污水的重要途徑之一，它既能減小長(zhǎng)距離輸水的成本，還能降低相應(yīng)的維修費(fèi)用。分散型污水處理裝置的設(shè)計(jì)理念是占地緊湊、不產(chǎn)生異味、便于使用和管理。
厭氧消化工藝是用于分散式污水處理裝置的典型工藝，它具有占地小、低能耗、低污泥產(chǎn)量、產(chǎn)生沼氣等特點(diǎn)。在不同的操作工況之下，有機(jī)物去除率可達(dá)25%~90%之間。氮是生活污水的重要成分之一，在厭氧消化工藝之后必須設(shè)置對(duì)應(yīng)的脫氮環(huán)節(jié)以降解污水中的氮，厭氧氨氧化工藝(Anammox)是脫氮領(lǐng)域的新技術(shù)，在針對(duì)污泥消化液脫氮處理中已有工程應(yīng)用。
現(xiàn)有研究表明，應(yīng)用厭氧消化和脫氮工藝聯(lián)合處理高濃度污水，具有較好的處理效果，但對(duì)于處理濃度相對(duì)較低的生活污水，仍然是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。
為了研發(fā)對(duì)低濃度生活污水的處理效果，德國(guó)埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)(Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg)流體力學(xué)研究所搭建了一個(gè)“厭氧消化工藝+厭氧氨氧化工藝”的中試裝置，用于將回收的生活污水處理后用作家庭再生水。相比飲用水而言，家庭再生水沒(méi)有明確的水質(zhì)要求，所以本案例中出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定參照德國(guó)污水規(guī)范(AbwV 2016)和巴伐利亞洗浴用水規(guī)范(BayBadeGewV 2008)，出水氨氮、總氮、磷、COD的限值分別為10、13、1、75mg/L，大腸桿菌和腸球菌不應(yīng)超過(guò)900 CFU /100ml和330 CFU/100毫升。
中試裝置搭建
中試裝置搭建于德國(guó)埃爾蘭根污水處理廠，包括三個(gè)反應(yīng)器R1、R2和R3(圖2)。其中，R1和R2用于厭氧消化工藝，R3用于厭氧氨氧化工藝，總處理能力為2噸/天。R1和R3為間歇式攪拌反應(yīng)器，反應(yīng)器進(jìn)水保持軸向流態(tài)。R2為固定床反應(yīng)器(FBR)，生物載體來(lái)自德國(guó)Seekbelwerke公司的Bio-NET®塊狀填料(圖2)。R1和R2的微生物接種自德國(guó)Obermichelsbach污水處理廠厭氧消化池，R3的微生物接種自德國(guó)FuldaGläserzell污水處理廠的DEMON反應(yīng)器。
圖1 Erlangen污水處理廠
在R1和R2厭氧消化反應(yīng)器之前設(shè)有一個(gè)帶加熱裝置的緩沖罐，用來(lái)預(yù)熱進(jìn)水，以滿足中溫厭氧消化工藝對(duì)溫度的要求。在R3反應(yīng)器之后，設(shè)有兩個(gè)砂濾罐和一個(gè)活性炭吸附罐，進(jìn)一步去除懸浮物、有機(jī)物等，以提高最終出水水質(zhì)。
當(dāng)R1、R2、R3三個(gè)反應(yīng)器全部運(yùn)行起來(lái)之后，整個(gè)中試裝置持續(xù)運(yùn)行200天。
圖2 中試裝置
圖3 Bio-NET®塊狀填料
中試裝置啟動(dòng)
為使不同微生物適應(yīng)反應(yīng)器環(huán)境，設(shè)置三個(gè)反應(yīng)器分別啟動(dòng)，進(jìn)水從合成廢水逐步替換為市政污水。厭氧消化工藝的停留時(shí)間為24小時(shí)，COD處理效果如圖4所示。最終出水COD大約為112mg/L，COD去除率保持在62%左右，出水COD已經(jīng)接近排放指標(biāo)要求的75mg/L。
圖4 厭氧消化工藝段COD處理效果(啟動(dòng)過(guò)程分三步進(jìn)行：1.微生物適應(yīng)階段 2.R1和R2逐步調(diào)整進(jìn)水階段 3.R2進(jìn)水全部來(lái)自R1出水的全運(yùn)行階段)
厭氧氨氧化工藝的停留時(shí)間為6小時(shí)，氨氮處理效果如圖5所示。第三階段至第五階段氨氮去除率的降低可能是因?yàn)樗衼喯跛猁}氮和氨氮的比例失調(diào)。最終實(shí)驗(yàn)確定亞硝氮和氨氮的最佳比例為1.14。R3反應(yīng)器在運(yùn)行4周之后成功啟動(dòng)，溫度控制在28~35℃，pH為7.1~8.2，氨氮去除率可達(dá)92%。
圖5 厭氧氨氧化工藝段氨氮處理效果
中試裝置運(yùn)行
圖6分別反應(yīng)了中試裝置運(yùn)行200天的COD和氨氮處理工況。厭氧消化工藝的出水COD為85mg/L，厭氧氨氧化工藝的出水COD為39mg/L。結(jié)果表明，如果單獨(dú)運(yùn)行厭氧消化工藝，出水COD無(wú)法達(dá)到75mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)，但加上厭氧氨氧化工藝之后，出水COD完全可以達(dá)標(biāo)。
對(duì)氨氮而言，厭氧消化工藝段的出水氨氮濃度為50mg/L。氨氮濃度不降反升的原因是在厭氧消化過(guò)程中，水中蛋白質(zhì)的水解導(dǎo)致氨氮濃度升高。經(jīng)過(guò)厭氧氨氧化工藝段，出水氨氮濃度為1mg/L，完全可以達(dá)到10mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)。
圖6 200天工況下COD、氨氮處理效果
總結(jié)
分散式污水處理是未來(lái)污水處理的發(fā)展趨勢(shì)之一，埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)的研究是針對(duì)分散式污水處理領(lǐng)域的一種全新研發(fā)思路，極好的結(jié)合了厭氧消化工藝和厭氧氨氧化工藝占地緊湊、能耗低的特點(diǎn)，是符合可持續(xù)發(fā)展的新型技術(shù)路線。
該研究將厭氧工藝在高濃度污水處理中的應(yīng)用延伸到低濃度生活污水處理，為厭氧工藝處理生活污水進(jìn)行了成功示范。在有機(jī)物降解和脫氮作用下，出水COD和氨氮完全可以分別達(dá)到75mg/L和10mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)。
中試裝置的啟動(dòng)是整個(gè)系統(tǒng)成功的關(guān)鍵，每個(gè)反應(yīng)器在啟動(dòng)時(shí)采用不同組分的合成廢水，再按照一定比例逐漸替換為市政廢水是啟動(dòng)成功的核心。該研究對(duì)分散式污水處理裝置處理低濃度生活污水提供了全新的思路。
