周維奇， 張 鑫

(上海城市水資源開發(fā)利用國家工程中心有限公司， 上海 200082)

對(duì)污水進(jìn)行生物脫氮除磷可以有效控制水體富營養(yǎng)化，避免對(duì)景觀的影響和生態(tài)系統(tǒng)的破壞[1]。根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)，氨氮的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)、一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)、一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)的最高允許濃度分別為25，8和5 mg/L。若出水要引入稀釋能力較小的河湖作為城鎮(zhèn)景觀用水和一般回用水等用途時(shí)，應(yīng)執(zhí)行一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

目前我國許多污水處理工藝對(duì)COD、BOD、SS的去除率很高，但是總氮去除率只有50%～70%[2]。A2/O工藝具有投資少、出水水質(zhì)穩(wěn)定、能耗費(fèi)用低等特點(diǎn)，在工程實(shí)踐中被廣泛應(yīng)用。筆者通過中試考察了A2/O工藝的生物脫氮除磷性能，尋求確保氮磷指標(biāo)能夠符合排放標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)、高效的處理方法，以期為污水廠的運(yùn)營設(shè)計(jì)提供參考。

1 A2/O工藝生物脫氮除磷

A2/O工藝生物脫氮的過程包括氨化—硝化—反硝化，主要影響因素包括溫度、C/N、pH、DO、重金屬及有毒物質(zhì)、污泥齡等。溫度對(duì)微生物的代謝活動(dòng)影響較大，是脫氮過程中重要的影響因子[3]。A2/O污水處理工藝脫氮受季節(jié)變化影響較大，冬季低水溫會(huì)導(dǎo)致污水脫氮效果差，出現(xiàn)出水總氮超標(biāo)的現(xiàn)象。

為保證硝化作用的正常進(jìn)行，活性污泥中的溶解氧應(yīng)在2.0～3.0 mg/L。同時(shí)，生物脫氮的過程應(yīng)保持合適的碳氮比，當(dāng)進(jìn)水BOD5/ TN<3時(shí)，需適當(dāng)添加碳源以確保反硝化反應(yīng)完全進(jìn)行[4]。此外，還要考慮控制恰當(dāng)?shù)幕旌弦夯亓鞅取H等，從而提高脫氮效率。

在生物除磷過程中，聚磷菌在厭氧和好氧條件下交替運(yùn)行達(dá)到生物除磷的目的，通過排放富含磷的污泥去除水體中的磷。

2 試驗(yàn)裝置與方法

2.1 試驗(yàn)裝置

與傳統(tǒng)A2/O工藝相比，中試將厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)綜合在1個(gè)反應(yīng)池內(nèi)，從而減少占地面積，降低成本，如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)裝置Fig.1 Device of the experiment

整個(gè)裝置的污水處理規(guī)模為100 m3/d，放置在沉砂池出水一端，主體材料為不銹鋼。合建式A2/O生化反應(yīng)池內(nèi)部厭氧段、缺氧段、好氧段的水力停留時(shí)間分別為1.5，2.5和8 h。內(nèi)部污泥回流和內(nèi)循環(huán)均由排污泵控制，并確保不發(fā)生堵塞。采用電磁流量計(jì)測定流量，好氧池內(nèi)設(shè)有攪拌泵，底部設(shè)置曝氣管。

2.2 進(jìn)水水質(zhì)

試驗(yàn)進(jìn)水為沉砂池出水，總體上為低碳源水質(zhì)，COD和BOD的波動(dòng)比總氮、氨氮大，BOD/TN為4.29，平均BOD/COD為0.49，見表1。

表1 進(jìn)水水質(zhì)Tab.1 Quality of the influent mg·L-1

2.3 試驗(yàn)方案

主要考察了pH、溫度、混合液回流比、DO這4個(gè)因子與生物脫氮除磷的關(guān)系。分別選取3組溶解氧和污泥回流比進(jìn)行獨(dú)立試驗(yàn)，設(shè)計(jì)6組工況，試驗(yàn)參數(shù)見表2。每種工況連續(xù)運(yùn)行1個(gè)月，每天測量pH和溫度。

表2 混合液回流比與溶解氧試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)Tab.2 Parameters of reflux ratio of mixed liquor and dissolved oxygen

6組工況的污泥濃度均為2.2～2.8 g/L，水力停留時(shí)間為12 h，污泥回流比為100%，水力停留時(shí)間均一致。其中，工況1、工況2、工況3主要考察混合液回流比對(duì)生物脫氮的影響，以及低回流比情況下達(dá)到高脫氮率的可行性。工況4、工況5、工況6則主要考察在混合液回流比為200%的條件下，好氧段不同的溶解氧對(duì)出水氨氮的影響，以提高低溫條件下污水脫氮效率。

2.4 測試方法

COD、BOD、TN、MLSS、NH3-N、MLVSS、TP均按國家標(biāo)準(zhǔn)方法測定。溫度、pH、溶解氧為現(xiàn)場測試指標(biāo)，其中溫度每日早中晚各測定1次，各檢測點(diǎn)pH和溶解氧每日測量1次，并保證溶解氧在設(shè)定范圍內(nèi)。

3 結(jié)果與討論

3.1 混合液回流比對(duì)出水氨氮的影響

進(jìn)水氨氮平均值為27.4 mg/L，當(dāng)混合液回流比在0～200%內(nèi)變化時(shí)，出水氨氮可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。如圖2所示，氨氮去除率變化不大，平均值為88.62%。隨著混合液回流比的增加，總氮去除率也隨之提高。考慮到能源節(jié)約，選擇最適回流比為100%～150%。

圖2 混合液回流比對(duì)脫氮效果的影響Fig.2 Effect of reflux ratio of on denitrification

3.2 溶解氧對(duì)出水氨氮的影響

進(jìn)水水溫為10.0～13.0 ℃時(shí)，不同溶解氧下進(jìn)、出水氨氮和總氮見圖3。隨著曝氣量的增大，氨氮去除率明顯提高。溶解氧為1.0，2.6和4.5 mg/L時(shí)，出水氨氮分別為20.2，10.4和0.7 mg/L，總氮也分別降低至24.2，14.9和8.4 mg/L。在冬季低溫條件下，可通過增加曝氣來提高溶解氧，使出水氨氮達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

低溫對(duì)于生物脫氮具有明顯的抑制作用[6-7]，當(dāng)溫度降低1℃時(shí)，為保證脫氮效果，溶解氧應(yīng)提高10%[8]。但溫度升高后，即使溶解氧為1 mg/L，出水氨氮依然可以達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 溶解氧對(duì)氨氮去除效果的影響Fig.3 Effect of DO on removal of ammonia nitrogen

3.3 pH與溫度對(duì)脫氮效果的影響

試驗(yàn)初期，進(jìn)水溫度都小于15 ℃。由于脫氮過程中硝化反應(yīng)受溫度影響較大，溫度低于15 ℃時(shí)硝化細(xì)菌的活性顯著降低，這一過程可通過增加曝氣來提高硝化菌的活性。第22 d后水溫逐漸回升，此時(shí)溫度對(duì)硝化作用和反硝化作用影響較小，生物脫氮效果較好，無需提供較多的溶解氧。

整個(gè)試驗(yàn)過程進(jìn)水pH值在7.0～8.0，接近硝化作用和反硝化作用的最適宜pH值，因此pH并未對(duì)運(yùn)行效果產(chǎn)生顯著影響。

圖4 進(jìn)水pH與水溫的變化Fig.4 Changes of pH and water temperature of influent

3.4 生物除磷

生物除磷的影響因子主要有硝酸鹽、pH與堿度、BOD5/TP、污泥齡、溫度等。在污水廠實(shí)際運(yùn)行過程中，pH與堿度變化均不大，對(duì)生物除磷效果影響較小。溫度在10～30℃有助于取得較好的除磷效果，BOD5/TP和污泥齡的影響較小。厭氧階段存在硝酸鹽時(shí)，反硝化細(xì)菌與聚磷菌競爭優(yōu)先利用底物中的甲酸、乙酸、丙酸等低分子有機(jī)酸，聚磷菌處于劣勢，會(huì)抑制聚磷菌的磷釋放。試驗(yàn)過程中，進(jìn)水總磷平均值為3.5 mg/L，生物出水總磷平均值為1.2 mg/L，去除率為68.6%，能取得較好的生物除磷效果。

4 結(jié)論

① 在低溫條件下，可通過增加溶解氧來提高氨氮的去除率。試驗(yàn)初期，水溫均低于15 ℃，當(dāng)水中溶解氧為4.5 mg/L時(shí)，出水氨氮小于一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。而若溶解氧僅為1 mg/L，出水氨氮濃度偏大。

② 在0～200%內(nèi)增大混合液回流比，可以提高對(duì)總氮的去除率。但考慮到能耗因素，在滿足出水要求的情況下，混合液回流比可選取100%～150%。

③ 提高溶解氧可有效降低出水氨氮，但當(dāng)水溫高于20 ℃時(shí)，可適當(dāng)降低溶解氧。

④ 在進(jìn)水總磷平均值為3.5 mg/L時(shí)，生物出水總磷平均值為1.2 mg/L，去除率為68.6%，實(shí)現(xiàn)了較好的生物除磷效果。