李廣柱，張竹清，武中波，艾勝書，邊德軍＊

（1.吉林省環(huán)境監(jiān)測中心站，長春130011；2.長春工程學院水利與環(huán)境工程學院；3.吉林省城市污水處理重點實驗室，長春130012）

百樂克（Biolak）工藝是德國馮·諾頓西公司的專利技術(shù)，其主要特點有：（1）污泥質(zhì)量濃度較高，水力停留時間長，污泥負荷和容積負荷較低，所以耐沖擊負荷能力較強［1－2］，對低溫等環(huán)境條件也有較強的適應(yīng)性［3］。（2）污泥泥齡較長，剩余污泥量較少且穩(wěn)定［1，4］，并且有利于世代時間較長的硝化菌的生長繁殖。（3）懸掛鏈式曝氣系統(tǒng)能耗低、維護方便。（4）采用多池合建的一體化設(shè)計，減少了占地面積。因此，百樂克系統(tǒng)具有占地緊湊，投資低廉等優(yōu)點，尤其適用于小型市政污水處理廠。

目前，百樂克工藝已經(jīng)在我國城鎮(zhèn)污水處理廠中廣泛被應(yīng)用，其設(shè)計和污水處理效果也多見報道［5－6］，但對其脫氮過程和影響因素的研究相對較少。本研究以吉林省某城市污水處理廠為研究對象，通過1年的跟蹤監(jiān)測，對百樂克工藝同步脫氮的過程、效果和影響因素進行了研究，為其優(yōu)化工藝運行、提高脫氮效果提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 某污水處理廠百樂克工藝概況

吉林省某城市污水處理廠百樂克工藝，2010年6月正式投入運營，按一級B標準設(shè)計，處理規(guī)模30 000m3／d，設(shè)百樂克綜合生化池2座，單座總?cè)莘e16 443m3。

1.2 工藝流程和研究方法

百樂克工藝流程和監(jiān)測點位的設(shè)置見圖1。在2012年4月—2013年3月的1年時間里，對進、出水水質(zhì)進行跟蹤檢測，每月不少于6次，每次檢測在1天內(nèi)對進水、出水采樣檢測2～4次，結(jié)果取平均值，同時測定生化池平均水溫、污泥質(zhì)量濃度（MLSS）和出水水量。生化池全程水質(zhì)檢測在工藝運行條件穩(wěn)定，進水水質(zhì)、水量波動較小的時段內(nèi)進行，在1天時間內(nèi)對全部7個采樣點分別采樣檢測4次，結(jié)果取平均值，同時測定生化池沿程DO變化情況。

圖1 工藝流程與檢測點位示意圖

1.3 監(jiān)測項目和分析方法

COD：重鉻酸鉀法；TN：過硫酸鉀氧化紫外分光光度法；NH＋4—N：納氏試劑分光光度法；NO－3—N、NO－2—N：離子色譜法；BOD5：稀釋接種法；MLSS：重量法；DO、PH、水溫：YSI Proplus便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀；流量：YSI FlowTracker流量流速測定儀。

1.4 工藝運行參數(shù)

研究期間，污水廠工藝運行狀況良好，實際運行各參數(shù)值范圍如表1所示。

表1 運行參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 污水處理效果

進出水水質(zhì)和去除率情況見表2。研究期間，進水COD、NH＋4—N、TN質(zhì)量濃度均波動較大。系統(tǒng)對COD和NH＋4—N的平均去除率分別達到88%和86%，出水COD、NH＋4—N全部達標。但TN處理效果不穩(wěn)定，TN去除率在34%～73%之間，平均去除率56%。出水中氮元素主要以NO－3—N形式存在，反硝化不完全是影響脫氮效果的主要原因。

表2 進、出水水質(zhì)和去除率

2.2 脫氮影響因素分析

影響反硝化脫氮的因素主要包括：TN負荷、COD／TN、水溫、污泥回流比、缺氧區(qū)容積等。研究期間該廠污泥回流比和曝氣池曝氣量相對穩(wěn)定，因此本研究重點分析了水溫、TN負荷、COD／TN對百樂克工藝同步脫氮效果的影響。各次檢測工藝運行條件和TN處理效果見圖2。

研究期間，系統(tǒng)水溫在7.1～26.6℃之間，平均水溫僅為13.4℃。從圖2可以看出，TN去除率與水溫變化的相關(guān)性比較明顯。取進水TN負荷為0.045～0.055kg（m3·d）－1、COD／TN 在7.0～9.0之間，生化池平均水溫分別為7.8℃、12.6℃、17.2℃和23.5℃條件下的4次檢測數(shù)據(jù)進行比較。結(jié)果表明（見圖3），各水溫條件下，TN的去除率分別為43%、48%、58%和71%，水溫由23.5℃降低到7.8℃，TN去除率降低了近40%，水溫是影響脫氮效果的重要因素。

另外研究期間，系統(tǒng)TN負荷、COD／TN均波動較大。但在水溫≥15℃時出水TN質(zhì)量濃度全部達標。水溫＜15℃時，對出水TN達標和未達標時的檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，出水TN達標的64次檢測數(shù)據(jù)中，平均TN負荷0.045kg·（m3·d）－1，平均COD／TN為8.44；而出水TN未達標的11次檢測數(shù)據(jù)中，平均TN負荷0.057kg·（m3·d）－1，平均COD／TN為6.61。這表明，系統(tǒng)在低溫、高負荷條件下運行，或在低溫條件下處理低COD／TN廢水時，都易導(dǎo)致出水TN不達標。

2.3 生化池全程水質(zhì)監(jiān)測分析

生化池全程水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖4～5。廢水進入?yún)捬鯀^(qū)前，首先與回流污泥混合，混合后COD、TN、NH＋4—N質(zhì)量濃度分別由319mg／L、39.6mg／L、30.5mg／L 下降到 208mg／L、28.2mg／L、14.6mg／L，NO－3—N質(zhì)量濃度由1.34mg／L上升到7.89mg／L。

厭氧區(qū)前段受進水和回流污泥中DO的影響，DO質(zhì)量濃度較高，之后迅速降低，COD、TN去除率分別為47%、32%。曝氣區(qū)各監(jiān)測點DO波動較大，DO平均質(zhì)量濃度沿水流方向逐漸上升。曝氣區(qū)前半段，DO質(zhì)量濃度上升速度較慢，系統(tǒng)逐漸由交替好氧、缺氧轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚醐h(huán)境，COD、NH＋4—N、TN去除率分別為49%、74%、16%。曝氣區(qū)后半段，DO質(zhì)量濃度上升速度較快，COD、NH＋4—N、TN去除率分別為42%、67%、7%。

圖2 各次檢測工藝運行條件與TN處理效果

圖3 水溫對TN去除效果的影響

百樂克生化池厭氧區(qū)和曝氣區(qū)均具有同步脫氮的功能，但對TN去除的貢獻差別明顯。厭氧區(qū)水力停留時間（HRT）2.5h，TN去除量占去除總量的66%；曝氣區(qū)水力停留時間（HRT）15h，TN去除量占總?cè)コ康?4%；特別是在曝氣區(qū)后半段，僅占8%。

百樂克生化池內(nèi)嚴格的厭氧環(huán)境容積所占比例極小，系統(tǒng)主要通過同時硝化反硝化脫氮（SND）。近年來的研究表明［7－11］，將DO控制在較低水平，反硝化作用將得到促進；同時COD／TN也是影響SND的重要因素，在一定范圍內(nèi)，碳源越充足，TN去除率越高。上述監(jiān)測數(shù)據(jù)也表明，由厭氧區(qū)到曝氣區(qū)后半段，隨著DO質(zhì)量濃度的升高，以及可利用碳源的減少，TN去除率顯著降低。

因此，當進水TN負荷較高或C／N較低時，在不外加碳源或提高回流比，增加運行費用的條件下，可以通過調(diào)節(jié)曝氣量，適當降低曝氣區(qū)DO質(zhì)量濃度，來提高曝氣區(qū)同步反硝化脫氮效率。但是，降低DO質(zhì)量濃度也存在著NH＋4—N的硝化效率下降的風險，所以曝氣量的調(diào)節(jié)應(yīng)綜合考慮曝氣區(qū)進水C／N、TN負荷、有機負荷等多方面因素，具體的調(diào)控方法有待在今后的實踐中去進一步研究和總結(jié)。

圖4 沿程各監(jiān)測點位COD、TN、NH＋4—N、NO－3—N、NO－2—N變化

圖5 沿程DO變化

3 結(jié)語

（1）吉林省某城市污水處理廠全年進、出水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果表明，該廠百樂克工藝對COD和NH＋4—N的處理效果較好，平均去除率分別達到88%和86%，出水COD、NH＋4—N全部達標。但TN處理效果不穩(wěn)定，TN去除率在34%～73%之間，平均去除率56%，反硝化不完全是影響同步脫氮效果的主要原因。

（2）水溫是影響系統(tǒng)脫氮效果的重要因素，水溫由23.5℃降低到7.8℃，TN去除率降低了近40%。系統(tǒng)在低溫、高負荷條件下運行，或在低溫條件下處理低COD／TN廢水時，都極易導(dǎo)致出水TN不達標。

（3）百樂克生化池厭氧區(qū)和曝氣區(qū)均具有同步脫氮的功能。厭氧區(qū)同步反硝化脫氮效率較高，而曝氣區(qū)（尤其是曝氣區(qū)后半段）受DO環(huán)境和反硝化碳源不足的影響同步反硝化效率較低。

（4）通過調(diào)節(jié)曝氣量，降低曝氣區(qū)整體的DO水平，是提高同步反硝化脫氮效率的重要途徑，但必須權(quán)衡其與NH＋4—N的硝化效率的關(guān)系，綜合考慮進水C／N、TN負荷、有機負荷等多方面因素，具體的調(diào)控方法有待在今后的實踐中去進一步研究和總結(jié)。

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