霍鵬

國(guó)電東北環(huán)保產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，中國(guó)·遼寧 沈陽(yáng) 110136

1 引言

氮是生物生長(zhǎng)過(guò)程中必須要用到的一類元素，而在水體中如果有大量的氮存在的話將會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。根據(jù)相關(guān)資料表明，在水體中無(wú)機(jī)氮的濃度達(dá)到了0.3mg/L 時(shí)，其就已經(jīng)是富營(yíng)養(yǎng)化了，這種濃度下水中的藻類將大量繁殖，這將導(dǎo)致水中的溶解氧濃度較低，一方面威脅到了其他生物的生長(zhǎng)安全，間接導(dǎo)致水質(zhì)變差。另一方面有一些藻類存在毒素，將直接威脅到水源的安全。所以為了能降低水體中的氮含量，論文探究A2O 工藝在污水脫氮中的效果，并分析其節(jié)能能力。

2 中國(guó)水污染現(xiàn)狀

就目前中國(guó)的污水排放形式來(lái)看，工業(yè)廢水占據(jù)了百分之七十左右，這些廢水對(duì)于農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等都造成了不小的影響，而水中的污染物質(zhì)大多都進(jìn)入了河流和土壤，對(duì)當(dāng)?shù)氐乃丛斐闪似茐模诒砻嫔媳憩F(xiàn)出惡臭、渾濁的狀態(tài)，而在使用時(shí)也容易導(dǎo)致中毒、癌癥等。在氮源方面，目前中國(guó)地表水水質(zhì)中大多以NH4+-N 的形式存在[1]。

3 中國(guó)水污染治理現(xiàn)狀及A2O 工藝

3.1 A2O 工藝

所謂A2O 污水處理工藝，其全稱為厭氧/缺氧/好氧生物脫氮除磷工藝。該工藝發(fā)明自美國(guó)，其基本原理就是在于生物脫氮以及生物除磷。在A2O工藝中，污水直接進(jìn)入?yún)捬醭亍⑷毖醭睾秃醚醭?，最后通過(guò)二沉池后得到過(guò)濾，在其工藝流程中，好氧池與缺氧池構(gòu)成了硝化液內(nèi)回流體系，而二沉池則直接與厭氧池構(gòu)成外回流體系，專門用于污泥回流?？梢哉f(shuō)，A2O 污水處理工藝具有非常好的污水處理效果，而中國(guó)的污水處理工作也大量的應(yīng)用該工藝[2]。

3.2 A2O 工藝的優(yōu)點(diǎn)及其延伸

A2O 工藝具有一套比較固定的污水處理流程，其將厭氧菌放置在流程的第一個(gè)位置是充分的利用厭氧菌群能在高濃度和高有機(jī)物的環(huán)境下生存，能達(dá)到更好的處理效果。而在具體的處理過(guò)程中，A2O 工藝將脫氮和除磷放在一個(gè)流程中，簡(jiǎn)化流程的同時(shí)也提升了效果。可以說(shuō)，在目前中國(guó)的工業(yè)廢水和城市污水處理中，A2O 技術(shù)是最為有效的技術(shù)，并且在厭氧、缺氧和好氧細(xì)菌的交替運(yùn)行下，絲狀菌無(wú)法得到繁殖，這也就抑制了污泥的膨脹，同時(shí)也會(huì)使污泥中存在大量的磷，所以其可以用為化肥。基于A2O 的這些優(yōu)點(diǎn)，中全球?qū)2O的研究也越來(lái)越多，目前已經(jīng)有廣泛應(yīng)用的A2O 工藝延伸技術(shù)有倒置A2O 工藝、UCT/MUCT 工藝、JHB 工藝等[3]。

4 A2O 工藝污水處理廠優(yōu)化脫氮

4.1 好氧段填料投加

為了加強(qiáng)A2O 系統(tǒng)在低溫下的脫氮效果，可以在好氧段加強(qiáng)投料，促進(jìn)系統(tǒng)的脫氮能力。論文依照相關(guān)試驗(yàn)，對(duì)進(jìn)水量、內(nèi)回流比、外回流比進(jìn)行設(shè)置，并控制反應(yīng)器厭氧段、缺氧段和好氧段溶解氧的濃度。通過(guò)研究可知，在投加填料前氨氮的去除率在70%，而投料后則達(dá)到了86%，這是由于低溫下雖然硝化細(xì)菌的世代間隔長(zhǎng)，生長(zhǎng)速度滿，但是在投加填料后硝化細(xì)菌將獲得更好的生長(zhǎng)空間——生物膜，這就使硝化細(xì)菌的硝化效率增加，抵消了因?yàn)樯L(zhǎng)緩慢帶來(lái)的低效問(wèn)題。[4]。

4.2 前端聚合鋁鐵投加

為了能確保A2O 系統(tǒng)處理效率，可以在該系統(tǒng)的曝氣池前段投加不同量的聚合鋁鐵。在投加聚合鋁鐵的初期階段，可以發(fā)現(xiàn)污水中總氮的平均去除率與聚合鋁鐵投加量有著十分密切的關(guān)系，其存在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)投加量線。在標(biāo)準(zhǔn)投加量線以下時(shí)，總氮的去除率將小于總氮的平均去除率，并且隨著投加量的增大而減小。而在標(biāo)準(zhǔn)投加量線以上，總氮的去除率將飆升至平均去除率以上，并隨著投加量的增大而減小。而對(duì)于氨氮來(lái)說(shuō)，在聚合鋁鐵投加量在標(biāo)準(zhǔn)投加量以下時(shí)，氨氮去除率會(huì)隨著投加量的增大而增大，明顯高于出水濃度。而在標(biāo)準(zhǔn)投加量以上時(shí)，其出水平均濃度有著非常明顯的降低，也就是說(shuō)無(wú)論是否在標(biāo)準(zhǔn)投加量線附近，氨氮的去除率都會(huì)隨著投加量的增大而增大，這意味著在前端投加聚合鋁鐵將有利于NO3--N 的去除。究其原因，處于較高投加量A2O 系統(tǒng)的好氧段異氧菌活性、硝化菌活性增加，而亞硝化菌活性降低，抑制了后生動(dòng)物，提高硝化效率，從而達(dá)到了較好的脫氮效果。而處于標(biāo)準(zhǔn)投加量線附近的硝化菌與異氧菌濃度都較小，所以去除率不高[5]。

4.3 末端聚合鋁鐵投加

在進(jìn)一步研究A2O 運(yùn)行效率的過(guò)程中，有研究發(fā)現(xiàn)在末端投加聚合鋁鐵也能達(dá)到一定的效果，在運(yùn)行階段可以看出，在末端各段加入聚合鋁鐵對(duì)總氮的去除率影響并不大，各階段對(duì)總氮的去除率差異也很小。而研究發(fā)現(xiàn)，相比于前端聚合鋁鐵的加入，在末端投加聚合鋁鐵將更加有效的降低NH4+-N，這意味著雖然聚合鋁鐵在曝氣池前端的投加會(huì)對(duì)硝化細(xì)菌產(chǎn)生一定的抑制，但是在后端加入?yún)s能降低其不利影響。

4.4 復(fù)合聚鐵投加

鐵鹽和鋁鹽中，鐵和鋁都以三價(jià)金屬離子的形式存在，但是鐵的相對(duì)原子質(zhì)量是鋁的兩倍，而復(fù)合聚鐵這類高分子混凝劑在水中能水解成絮凝態(tài)的水解產(chǎn)物，其吸附性較好，所以如果能用在A2O 系統(tǒng)出水的水質(zhì)保障上將發(fā)揮出非常好的效果。在A2O 曝氣池末段投加復(fù)合聚鐵可以發(fā)現(xiàn)，在溫度升高的過(guò)程中，其脫氮效率也會(huì)逐漸增加。另外，除了溫度，污泥齡也會(huì)對(duì)硝化效果產(chǎn)生影響，根據(jù)研究表明污泥齡越長(zhǎng)，溫度對(duì)硝化效率的影響越大，但是當(dāng)污泥齡達(dá)到一定范圍后溫度對(duì)硝化效率的影響不大。

4.5 聚合鋁鐵投加

在上述的研究中可以發(fā)現(xiàn)，聚合鋁忒的投加效果對(duì)A2O整體系統(tǒng)的生物活性有著較大的影響，包括對(duì)系統(tǒng)的污泥齡、沉降性、微生物活性和群落等的影響。在投加了聚合鋁鐵后，系統(tǒng)中的活性污泥微生物群落結(jié)構(gòu)雖然不變，但是總生物量卻減少，這意味著聚合鋁鐵的投入將使單位體積內(nèi)的污泥活性降低。那么在污泥齡和污泥沉降性方面，聚合鋁鐵的投加將使剩余的污泥量有明顯的增加，使硝化細(xì)菌的污泥齡長(zhǎng)，反硝化氮菌的污泥齡卻較短，這對(duì)于A2O 系統(tǒng)的脫氮效率有著極大的影響。

5 A2O 工藝節(jié)能效果

在污水處理規(guī)模越來(lái)越大的背景下，污水處理工作的能耗就越來(lái)越大，所以如何能降低污水處理廠的能耗已經(jīng)成為目前污水處理廠發(fā)展的重點(diǎn)所在。

5.1 A2O 工藝與能源消耗

A2O 工藝是中國(guó)應(yīng)用最為廣泛的一類污水處理技術(shù)工藝，其從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是一類將厭氧菌、好氧菌結(jié)合使用、合理組合得到的一個(gè)處理系統(tǒng)，通過(guò)將硝化菌、反硝化菌等對(duì)氮進(jìn)行去除。而在工藝流程中，污水和污泥的提升、生物處理單元的曝氣、混合與推進(jìn)、污泥濃縮與脫水、污泥回流等環(huán)節(jié)都將消耗大量的電能，嚴(yán)重的時(shí)候可以占到總能耗的90%，而最低也將占到總能耗的60%，而這顯然不符合中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展與能源發(fā)展戰(zhàn)略，所以對(duì)A2O 工藝進(jìn)行節(jié)能處理是非常有必要的，在微觀層面能為污水處理廠減小電能成本開(kāi)支，提高經(jīng)濟(jì)效益，而在宏觀層面看則是節(jié)省電能，為中國(guó)能源事業(yè)做出貢獻(xiàn)。

5.2 A2O 工藝節(jié)能關(guān)鍵

為了能在保證脫氮效率的前提下減小節(jié)能，需要針對(duì)于A2O 工藝的幾個(gè)關(guān)鍵流程進(jìn)行分析。目前已知的對(duì)A2O 工藝性能有著較大影響的因素有HRT、混合液回流、污泥回流比等，特別是后兩者將直接對(duì)脫氮效率和節(jié)能效率產(chǎn)生影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，將內(nèi)回流比設(shè)置為180%時(shí)，總氮的去處效率最好，而當(dāng)內(nèi)回流比更高時(shí)則會(huì)導(dǎo)致好氧段的溶解氧會(huì)回流到缺氧段，這將直接影響反硝化的進(jìn)行，氨氮去除效率也會(huì)受到影響。在高回流比下，可以在缺氧段中加入一些有機(jī)碳。而對(duì)于外回流比來(lái)說(shuō)，外回流比在一定范圍內(nèi)提高會(huì)使A2O 系統(tǒng)內(nèi)的生物段污泥濃度升高，這會(huì)有利于有機(jī)物的去除，但是這將會(huì)使硝態(tài)氮和溶解氧進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，使厭氧區(qū)的去磷效率降低，而出水硝態(tài)氮的濃度則會(huì)明顯的升高。

5.3 曝氣降耗分析

首先是A2O 工藝中好氧段分格控氧措施，這對(duì)于提高系統(tǒng)運(yùn)行效能有著非常有效的作用。在好氧段的第一格中，溶解氧很高的話，一部分沒(méi)有被激活的污泥所利用的溶解氧將會(huì)不斷通過(guò)回流來(lái)進(jìn)入缺氧池，而在該過(guò)程中，其會(huì)與硝酸鹽競(jìng)爭(zhēng)電子宮體，這將直接影響系統(tǒng)的反硝化性能。所以如果能針對(duì)于A2O 工藝好氧段第一格中的溶解氧進(jìn)行控制，那么曝氣階段的能耗將能大量降低，這將節(jié)省大量的電源。而在好氧段的第2 格與第3 格中，高濃度的溶解氧會(huì)引起系統(tǒng)的反硝化效率，但是能更加明顯的去除氨氮，所以在實(shí)際的處理過(guò)程中可以針對(duì)于好氧段的末端溶解氧濃度進(jìn)行提高，從而保證脫氮的效率。

5.4 具體措施

對(duì)于A2O 工藝來(lái)說(shuō)，膜單元的能耗和水處理量能耗是主要的能耗單元和技能單元，可以通過(guò)優(yōu)化膜池擦洗曝氣強(qiáng)度降低膜單元能耗的管理方法，將膜池的溶解氧量進(jìn)行控制，并且調(diào)整好氧池容積強(qiáng)化工藝脫氮的精細(xì)化管理措施，使其具有良好的脫氮效果，同時(shí)增加缺氧池的容積以及控制其含氧量。由于膜單元的耗能較大，所以在整個(gè)A2O 工藝降耗的過(guò)程中，膜單元是主要的針對(duì)對(duì)象，需要污水處理廠的管理人員能根據(jù)實(shí)際情況，找到適合本地污水處理的最好的膜擦洗曝氣強(qiáng)度。當(dāng)然，在脫氮中后置缺氧池也十分重要，其影響因素也很多，所以要加強(qiáng)HRT、好氧池DO 濃度、污泥齡、硝化液回流點(diǎn)、回流比等多方面的設(shè)計(jì)，從而保障后置缺氧池的脫氮效率。當(dāng)然，對(duì)于好氧池鼓風(fēng)機(jī)這類設(shè)備的運(yùn)行頻率已經(jīng)達(dá)到了最低情況，所以也沒(méi)有必要再對(duì)其進(jìn)行降耗措施。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，論文分析了A2O 工藝脫氮優(yōu)化的具體措施，并分析了A2O 工藝的節(jié)能措施。為了能促進(jìn)中國(guó)的水資源發(fā)展，維護(hù)中國(guó)的水環(huán)境和水資源安全，需要針對(duì)于工業(yè)廢水和城市污水進(jìn)行處理，目前A2O 工藝已經(jīng)在中國(guó)有了非常廣泛的應(yīng)用，而后續(xù)的優(yōu)化和使用研究也還在繼續(xù)。