常规A2/O和倒置A2/O的对比:磷的释放和吸收行为外文翻译资料

 2022-08-12 03:08

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常规A2/O和倒置A2/O的对比:磷的释放和吸收行为

摘要:

比较了两个一起运行的全尺寸工艺的除磷性能,该两个工艺分别是由厌氧,缺氧和好氧池组成的常规A2/O工艺和无内部循环的由缺氧,厌氧和好氧池组成的倒置A2/O工艺的。同时使用操作数据和模拟结果,重点说明磷酸盐(P)的释放行为。倒置A2/O工艺具有较好的长期除磷性能(0.2plusmn;0.3 vs. 0.7plusmn;0.7 mg / L),这应归因于在未曝气的池子中较高的P释放速率(0.79 vs. 0.60 kg P /(kg MLSS·day))。磷的释放发生在倒置A2/O工艺的缺氧和厌氧池,结果导致更有效地磷释放。虽然两个系统中的”Candidatus Accumulibacter phosphatis”的种群丰度在倒置和常规A2/O工艺中分别非常相似(分别占(DAPI染色颗粒的)微生物总数的(19.1plusmn;3.27)%和(18.4plusmn;4.15)% ,通过荧光原位杂交(FISH),高浓度DAPI染色结果表明,好氧池中整个聚磷酸盐累积生物(PAO)的丰度差异很大,聚磷颗粒与总颗粒的平均比例微生物(DAPI染色的颗粒)分别为(45plusmn;4.18)%和(35plusmn;5.39)%。运行数据和模拟结果均显示,倒置A2/O工艺由于其特殊的配置而保留了更多的PAO种群,这使得有效的磷释放和在未曝气的池子中有更好的磷去除能力。

介绍

A2/O工艺由厌氧,缺氧和好氧池依次组成,由于具有同时去除氮和磷的能力而被广泛使用(Barnard等,1975,1976; Rabinowitz和Marais,1980; Mino等,1998年),其内部循环率高达100%–300%,污泥回流率约为100%。 然而,已发现残留污泥中残留的硝酸盐对磷酸盐(P)释放的干扰会影响除磷效率。因为几种异养细菌可能会消耗能量和生长所需的可发酵化学需氧量(COD) 使用硝酸盐作为外部电子受体(Venter等,1978; Hascoet和Florentz,1985)。 据估计,对于循环厌氧反应器中的1 mg NO3--N,将消耗8.6 mg可发酵的COD(Henze等人,2008),这将导致反硝化和磷释放之间的底物竞争。为了避免这种影响和提高除磷性能,几种改进的系统被研究出来,即开普敦大学(UCT)系统,五级Bardenpho工艺和生物化学除磷(BCFS)系统(van Loosdrecht等, 1998; Tchobanoglous等,2002)。 但是,这些工艺也因其较高的能耗和复杂的配置而闻名(Baeza等,2004)。 为了减少能源消耗和防止硝酸盐对磷释放的潜在干扰,通过取消内部循环并反转厌氧和缺氧区的位置,开发了一种所谓的倒置A2/O工艺(Zhang和Su,1999; Zhang和Gao,2000)。 从那时起,倒置A2/O工艺已在中国的数个污水处理厂开始应用。

在倒置A2/O中,进水以规定的比例(通常为20%/ 80%或30%/ 70%)分配到缺氧和厌氧区中。 最好条件是,将残留的硝酸盐从缺氧区中清除,然后将磷在随后的厌氧区中充分释放,而不会干扰硝酸盐。在有氧条件下,多磷酸盐累积生物(PAO)对磷的吸收增加,是因为这些微生物正处于“饥饿”条件下。 虽然已经讨论了进水分布对磷和TN去除性能的影响(Gao等,2005; Liu等,2010a,2010b),但是关于倒置系统中磷释放行为的研究很少,并且与常规A2/O工艺相比,除磷性能的提高尚未得到全面验证。

在这次研究中,将位于中国北方的污水处理厂中的平行全尺寸常规A2/O工艺和倒置A2/O工艺的磷释放和吸收行为进行比较。 用荧光原位杂交(FISH)技术定量PAO,4,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)高浓度染色方法用于在活性污泥中定量细胞间聚磷酸盐(poly-P)颗粒(Wong等,2005)。 同时,使用活性污泥模型(ASM)来模拟这两个工艺,特别是关注磷的释放和吸收行为。 这将是对全尺寸倒置A2/O工艺除磷性能的首次综合研究。

1 材料和方法

1.1 目标系统和水采样

所研究的污水处理厂分别由常规和倒置A2/O工艺组成,每个系统的处理能力为200,000立方米/天。倒置A2/O的进水分配比是稳定的(缺氧池为30%,厌氧池为70%)。在采样期间,两个系统的污泥回流率均约为100%。两种系统的详细说明如图1和表1所示。如表1所示,常规系统比反向系统大一些。从2009年2月至2009年7月,每周从每个单元的两端和中部采集混合液样品以进行水质监测,并通过从需氧和厌氧单元的端部采集样品,对活性污泥进行每月表征。采样后,样品立即被运送到实验室进行分析。化学需氧量,生物需氧量(BOD),混合液悬浮固体(MLSS)和磷酸盐种类的测定遵循标准程序(APHA,1998)。该工厂提供了2007-2009年的常规数据。还监测了运行条件,例如污泥保留时间(SRT)和进水量。

流速(m3 /day)

组成

体积(m3

深度(m)

HRT(hr)

倒置 200000

常规 200000

缺氧池

厌氧池

好氧池

3060

5034

19986

6

6

6

1.5

2.4

9.6

厌氧池

缺氧池

好氧池

3221

6441

22544

6

6

6

1.5

3

10.8

表一:常规A2/O和倒置A2/O工艺的详细信息

1.2 FISH分析和高浓度DAPI染色

根据1995,Amann等人进行FISH分析。简而言之,将活性污泥样品在4°C下用4%多聚甲醛固定3个小时,并在–20°C以1:1(V / V)的磷酸盐缓冲液(PBS,pH 7.4)和乙醇的混合物存储。在冰上超声处理约3分钟后,将3 micro;L样品置于载玻片孔中并固定3小时。然后分别使用50%,80%和98%乙醇加入载玻片进行脱水5分钟。(PAO462:CGTCATCTACWCAGGGTATTAAC5`–3` PAO651:CCCTCTGCCAAACTCCAG5`_3`,PAO846:GTTAGCTACGGCACTAAAAGG 5`-3`, Crocettiet al., 2000)已进行商业合成,并用异硫氰酸荧光素(FITC)标记5进行杂交。在杂交和冲洗程序之后,用装备着冷却的CCD照相机的落射荧光显微镜(Axioskop2 mot plus,Zeiss,德国)分析荧光杂交的细胞。使用Zeiss提供的软件(Axio Vision 4.1)计算PAO的比例。每个样本至少获得40个视图,并取其平均值以获得最终结果。然后通过将FISH结果除以DAPI计数来得出PAO与细菌总数的比率。

名称

样本

百分比 (%)

总COD

TCOD

100

惰性可溶COD

S I

1.0 plusmn; 0.2

易于生物降解COD

S S

COD中的挥发性脂肪酸VFA

S A

20 plusmn; 3.3

可发酵,易于生物降解COD

S F

12 plusmn; 1.2

颗粒性难生物降解COD

X S

55 plusmn; 6.8

惰性颗粒COD

X I

12 plusmn; 1.4

表2 有关在沉沙池中COD的占比

2009.02——2009.07

倒置 常规

Q (ton/day)

200000

CODin (mg/L)

440 plusmn; 130

CODeff (mg/L)

59 plusmn; 17*

37 plusmn; 12

BOD5in (mg/L)

236 plusmn; 65

BOD5eff (mg/L)

7 plusmn; 1

6 plusmn; 1

总磷in (mg/L)

5.47 plusmn; 0.46

总磷eff (mg/L)

0.29 plusmn; 0.25

0.71 plusmn; 0.64

NO2 minus;-N(mg/L)

10.4 plusmn; 3.7

3.48 plusmn; 0.57

NO3 minus;-N (mg/L)

6.36 plusmn; 2.0

10.39 plusmn; 2.36

MLSS (mg/L)

2881 plusmn; 356

3803 plusmn; 350

SRT (day)

8.65 plusmn; 2.48

13.56 plusmn; 3.20

进水分配

3:7

/

残留亚硝酸盐影响值(10.4 plusmn; 3.7 mg N/L)

表3 常规和倒置A2/O工艺的主要参数

同时,先前研究中描述的DAPI高浓度染色方法(Wong等人,2005)被用来确定活性污泥中多聚磷颗粒的丰度。 将细胞固定在载玻片上,在室温下用新鲜制备的DAPI溶液(50mu;g/ mL)染色10分钟,用水彻底漂洗,然后风干。使用与FISH相同的方法观察poly-P颗粒。然后通过将DAPI高浓度染色结果除以FISH分析获得的DAPI计数,得出poly-P颗粒的比例。

1.3 活性污泥模型

基于ASM2d的AQUASIM软件(EAWAG,许可证号:251)构建了完整的植物数学模型(Henze等,2000)。当沉降室被设置为无需生化反应进行固液分离的理想位置,整个生物池都可以看做是CSTR。 没有磷酸盐化学沉淀的ASM2d被用来模拟两个系统中的生化反应。灵敏度分析用于参数估计。

根据荷兰STOWA对废水进行表征的标准指南,对充气砂砾室中的水进行了分析(Roeleveld和van Loosdrecht,2002)。 按照STOWA协议的建议,在用Zn(OH)2絮凝并用0.45mu;m滤膜(美国密理博)过滤后,测量可溶性COD分数。每周测量的总COD分为模型成分,如表2所示。 剩余内容已隐藏,支付完成后下载完整资料


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