喬韻青

（黃河水利出版社有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450003）

引言

目前我國(guó)城市污水內(nèi)的碳、氮含量普遍為4 mg/L，呈現(xiàn)典型的低污染特性，通常采用全程硝化反硝化處理方案進(jìn)行污水處理，雖然能夠滿足污水處理要求，但是在處理過程工藝流程復(fù)雜、碳源消耗量大、污水中總氨去除率低，嚴(yán)重影響了污水處理效率和經(jīng)濟(jì)性。

通過對(duì)污水處理過程的分析，本文提出了一種新的短程硝化反硝化污水處理工藝，對(duì)其工藝過程和最佳工作環(huán)境進(jìn)行了分析驗(yàn)證，實(shí)際驗(yàn)證表明，新的污水處理工藝能夠?qū)⒖偘比コ侍岣?4.5%，凈化時(shí)無碳源需求，對(duì)提升城市污水處理效率和經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

1 短程硝化反硝化原理

目前城市污水處理過程中采用的是全程硝化反硝化處理工藝，在生產(chǎn)過程中，首先在富氧的環(huán)境下進(jìn)行NH3-N→NO2--N→NO3--N轉(zhuǎn)變，然后再經(jīng)過缺氧環(huán)境中進(jìn)行NO3--N→NO2--N→N2，最終去除水中的氨。通過對(duì)整個(gè)硝化反硝化過程的分析，在富氧環(huán)境中將NO2--N轉(zhuǎn)變?yōu)镹O3--N和在缺氧環(huán)境中將NO3--N轉(zhuǎn)變?yōu)镹O2--N完全是一個(gè)相反的過程，該過程的存在不僅增加了硝化過程的工藝流程，而且也增加了在污水處理過程中碳源的需求。

結(jié)合城市污水處理的實(shí)際需求，采用新的短程反硝化處理工藝，該工藝省略了NO2--N和NO3--N相互轉(zhuǎn)變的環(huán)節(jié)，有效縮短了整個(gè)污水處理流程，減少了反應(yīng)容器的容積。該處理工藝的核心是為氨氧化細(xì)菌提供一個(gè)富氧的環(huán)境，抑制亞硝態(tài)氮氧化細(xì)菌的活性，從而提高短程硝化反硝化過程[1]。在處理過程中的溶解氧分布情況對(duì)短程硝化反硝化的影響巨大，因此，本文重點(diǎn)對(duì)不同溶解氧分布對(duì)短程硝化反硝化過程的影響情況進(jìn)行分析。

2 溶解氧對(duì)短程硝化反硝化過程影響驗(yàn)證方案

為了獲取短程硝化反硝化的最佳運(yùn)行環(huán)境，提高短程硝化反硝化效率和經(jīng)濟(jì)性，本文提出了一種富氧/缺氧交替運(yùn)行測(cè)試方案[2-3]，建立了短程硝化反硝化生物試驗(yàn)池，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在該生物試驗(yàn)池中，風(fēng)管控制閥分別用于控制好氧前端、中端及后端的控制閥，用于對(duì)整個(gè)試驗(yàn)池內(nèi)好氧端的曝氣量進(jìn)行控制，在生物池中設(shè)置了3個(gè)在線溶解氧儀器，用于對(duì)好氧前端、中端及后端的溶氧量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在試驗(yàn)池內(nèi)還設(shè)置有3個(gè)推流器，分別位于厭氧池、好氧池的前端、好氧池的終端，用于對(duì)整個(gè)試驗(yàn)池內(nèi)的污水進(jìn)行導(dǎo)流，滿足連續(xù)試驗(yàn)的需求。

在試驗(yàn)過程中，通過對(duì)3組風(fēng)管控制閥的調(diào)整，使試驗(yàn)池內(nèi)的反應(yīng)區(qū)域在富氧和缺氧的狀態(tài)下交替運(yùn)行，在氮素轉(zhuǎn)換為NO2--N后，馬上進(jìn)入到缺氧環(huán)境中進(jìn)行反硝化脫氮，進(jìn)而提升在污水處理過程中的脫氮效率。本文設(shè)置了7組試驗(yàn)條件，對(duì)最佳短程硝化反硝化條件進(jìn)行驗(yàn)證，各種試驗(yàn)條件匯總?cè)绫?所示。

表1 短程硝化反硝化參數(shù)表

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)7種試驗(yàn)工況，對(duì)在短程硝化反硝化過程中的氨、氮的變化情況進(jìn)行分析，在反應(yīng)過程中氮素的形態(tài)和亞硝態(tài)氮的變化情況如下頁圖2所示。

由圖2可知，在工況A和工況B的情況下，溶液內(nèi)的NO3--N的質(zhì)量濃度平均在14.1 mg/L，而此時(shí)溶液內(nèi)NO2--N的平均質(zhì)量濃度僅不到0.18 mg/L，溶液內(nèi)亞硝態(tài)氮的占比小于1.4%，該過程是典型的全程硝化過程，對(duì)水中氨的去除率約為97.7%，對(duì)總氮的去除率低于59%。

針對(duì)以上兩種工況的情況，對(duì)溶液內(nèi)的溶解氧進(jìn)行了優(yōu)化。在工況C的情況下，溶液中NO3--N的含量有了略微降低，NO2--N的平均質(zhì)量濃度從不到0.18 mg/L上升到了0.72 mg/L，對(duì)氨氮的去除率約為96.4%，對(duì)水中總氨的去除率約為60.2%。

當(dāng)在D和E工況情況下，溶液中NO3--N的質(zhì)量濃度有了進(jìn)一步的下降，其平均質(zhì)量濃度從最初的14.1 mg/L降低到了目前的2.12 mg/L。溶液中NO2--N的質(zhì)量濃度從0.83 mg/L提高到了5.64 mg/L，溶液中出水氨氮的質(zhì)量濃度降低到了0.69 mg/L，溶液內(nèi)總氮的質(zhì)量濃度降低到了8.44 mg/L，總氮去除率約為74.5%，比在工況A情況下提升了約14.5%。

在工況F、G的情況下，可以看到雖然溶液中的總氮去除率可以繼續(xù)下降，但溶液內(nèi)的氨氮質(zhì)量濃度卻快速提高，最高已經(jīng)達(dá)到了2.49 mg/L，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了水質(zhì)安全的需求，因此該工況下的溶解氧無法滿足安全過濾的需求。

通過分析可知，在工況A和工況B情況下，溶液內(nèi)總氮含量較高，主要是溶液內(nèi)溶解氧的含量較大，硝化反應(yīng)進(jìn)行得比較徹底，但由于大量溶解氧的存在，對(duì)反硝化脫氮產(chǎn)生了極大的抑制作用，水中的氮元素主要是以NO3--N的形式存在。但在C工況下，通過降低溶液內(nèi)溶解氧的濃度，使溶液中NO3--N的濃度下降，表明降低溶解氧可以降低NOB的增長(zhǎng)，提高總氮去除效率。在工況D和工況E的情況下，在區(qū)域II和區(qū)域III內(nèi)進(jìn)行缺氧工況和富氧的交替，此時(shí)亞態(tài)硝酸鹽的累積率約為66.7%，完全達(dá)到了短程硝化及反硝化的需求。在工況G和F的情況下，在區(qū)域III內(nèi)的溶解氧濃度較低，導(dǎo)致溶液內(nèi)的氨氮指標(biāo)出現(xiàn)明顯的波動(dòng)，難以滿足水體凈化的安全性需求。

4 碳源消耗情況分析

碳源是維持廢水內(nèi)微生物生長(zhǎng)繁殖所必須的，直接決定了微生物的活性，對(duì)污水處理效果的影響巨大[4-6]。在不同工況下碳源的需求情況如圖4所示。

由圖4可知，在工況E、工況F和工況G的情況下，碳源的投入量均為0。而在工況A的情況下，碳源的投入量約為600 kg。因此，采用工況E的短程硝化反硝化過程，能夠取消碳源的投入，極大地提升了污水處理效率和經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)論

針對(duì)城市污水處理中采用全程硝化反硝化工藝所存在的碳源消耗量大、污水中總氨去除率低的現(xiàn)狀，提出了一種新的短程硝化反硝化污水處理工藝。對(duì)該工藝情況的最佳應(yīng)用工況進(jìn)行分析，結(jié)果表明：

1）短程反硝化處理工藝省略了NO2--N和NO3--N相互轉(zhuǎn)變的環(huán)節(jié)，有效縮短了整個(gè)污水處理流程，減少了反應(yīng)容器的容積。

2）采用富氧/缺氧交替運(yùn)行的方案，能夠在氮素轉(zhuǎn)換為NO2--N后，馬上進(jìn)入到缺氧環(huán)境中進(jìn)行反硝化脫氮，進(jìn)而提升在污水處理過程中的脫氮效率。

3）新的污水處理工藝能夠?qū)⒖偘比コ侍岣?4.5%，凈化時(shí)無碳源需求，對(duì)提升污水凈化效率和經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。