汪 琳

（上饒市玉山生態(tài)環(huán)境局，江西 上饒）

引言

我國污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中要求COD（化學(xué)需氧量）和NH4+-N（氨態(tài)氮）一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)為50 mg/L 和5（8）mg/L，一級B 排放標(biāo)準(zhǔn)為60 mg/L 和8（15）mg/L。但該標(biāo)準(zhǔn)仍超過自然水域環(huán)境中的自主凈化能力，長時間排放下，區(qū)域水環(huán)境TN（總氮）＞0.2 mg/L、TP（總磷）＞0.02 mg/L 的情況下，該區(qū)域水體呈現(xiàn)為富營養(yǎng)化[1-3]。

基于此，為降低污水排放對環(huán)境帶來的影響，需要進(jìn)一步升級污水處理技術(shù)[4]。AAO 技術(shù)作為我國污水處理廠中常見的工藝技術(shù)，在尚未實現(xiàn)技術(shù)全面突破時，應(yīng)將目標(biāo)放在強(qiáng)化AAO 技術(shù)的脫氮除磷效果上，提高技術(shù)的作用效果，降低污染影響[5]。

1 污水脫氮技術(shù)特點(diǎn)分析

1.1 AAO 技術(shù)

該技術(shù)是指厭氧- 缺氧- 好氧（Anaerobic-Anoxic-Oxic）技術(shù)，可以應(yīng)用于二級和三級污水以及中水回收工作中，不僅應(yīng)用方法便捷，同時具有較為良好的脫氮除磷效果。在該污水處理技術(shù)實施過程中，污水依次進(jìn)入?yún)捬醭亍⑷毖醭?、好氧池，隨后進(jìn)入二沉池，其中上層清水排出，下層淤泥回流或排出。厭氧池中聚磷菌釋放多聚磷酸鹽，缺氧池借助硝化液對有機(jī)物進(jìn)行反硝化作用，其中氮元素存在一定變化，結(jié)合價態(tài)變化能夠了解當(dāng)前存在的形態(tài)，如圖1 所示。

圖1 硝化- 反硝化過程中氮元素價態(tài)變化

完成脫氮作用好氧池聚磷菌分解多聚磷酸鹽同時吸收污水中的磷酸鹽，達(dá)到脫磷效果，最終將污水混合物在二沉池進(jìn)行分離，完成對污水的脫氮除磷作用，其在作用過程中特點(diǎn)曲線如圖2 所示。

圖2 AAO 工藝特點(diǎn)曲線

在工藝運(yùn)行過程中，影響其污水處理效果的主要因素包括：①污泥齡（SRT）。活性污泥能夠為硝化細(xì)菌提供生存環(huán)境，但由于其繁殖速度相對緩慢，需要提供污泥齡才能保障硝化細(xì)菌總量符合污水處理要求。污泥齡越高，整體污泥量越多，影響污水處理效率，二者之間的矛盾對工藝實施效果存在一定影響；②溶解氧（DO）濃度。該濃度主要對聚磷菌產(chǎn)生影響，厭氧池中保持低氧狀態(tài)下能夠幫助聚磷菌釋放磷，但在含氧量不足的情況下，不僅影響反硝化效率，同時制約硝酸鹽還原酶的合成效果，進(jìn)而影響脫氮效率，因此需要控制DO 濃度；③污泥回流比是指二沉池底部污泥回流到厭氧段的不利，回流比提升，污泥回流量增大，使系統(tǒng)SRT 延長，同時抑制聚磷菌釋磷，最后影響系統(tǒng)除磷效果；④硝化液回流比。其指的是回流到缺氧池中的硝化液的占比，該占比增大時，運(yùn)行成本增加，但脫氮效果不明顯，從而使污水處理效果不理想。

1.2 生物強(qiáng)化技術(shù)

生物強(qiáng)化技術(shù)是利用具有特定功能的微生物來處理污染物的方式，在實施過程中具有應(yīng)用靈活、針對性強(qiáng)、效率較高等特點(diǎn)。在生物強(qiáng)化技術(shù)中，常見的脫氮技術(shù)包括：同步硝化反硝化技術(shù)（SND）、短層硝化- 反硝化技術(shù)（SHARON）、厭氧氨氧化脫氮技術(shù)（ANAMMOX）、全程氨氧化脫氮技術(shù)。在處理時，主要利用反硝化細(xì)菌和聚磷菌等微生物分解有機(jī)物，使污水恢復(fù)正常狀態(tài)，以短程硝化- 反硝化技術(shù)為例，其利用硝化反應(yīng)生成NO2-，并利用反硝化菌分解氮氧化合物，并釋放N，使其還原為N2。技術(shù)的應(yīng)用效果如表1所示。

表1 常見生物強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用效果分析

2 AAO 反應(yīng)裝置及實驗方法

2.1 AAO 反應(yīng)裝置

使用AAO 技術(shù)完成生物強(qiáng)化脫氮實驗，已知硝化細(xì)菌對生物強(qiáng)化污水處理技術(shù)影響較大，為了解硝化細(xì)菌的富集效果影響因素，應(yīng)設(shè)置實驗完成分析。實驗中使用AAO 反應(yīng)裝置，具體如圖3 所示。

圖3 AAO 實驗裝置示意

該技術(shù)實施過程中，選擇城鎮(zhèn)污水處理廠中的進(jìn)水作為實驗污水，分析該污水的進(jìn)水水質(zhì)情況，結(jié)果如表2 所示。

表2 污水水質(zhì)檢查結(jié)果

實驗過程中需要準(zhǔn)備材料、藥品以及硝化細(xì)菌載體填料，設(shè)備和實驗儀器需要提前準(zhǔn)備，并進(jìn)行檢驗，確保其使用符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 試驗分析方法

實驗過程中，分別使用常規(guī)理化分析法、污泥檢測方法、分子生物學(xué)實驗法等完成結(jié)果檢測。以常規(guī)理化分析方法為例，檢測項目除指標(biāo)含量外，還需檢測溫度變化、生物相、蛋白質(zhì)等項目。各檢測方法均需要參考《水和廢水檢測分析方法》等相關(guān)規(guī)范要求。

2.3 硝化菌富集效果判定分析

按照實驗要求完成取樣、實驗、檢測等程序，結(jié)合實際的實驗結(jié)果，分析硝化菌富集效果判定情況。在判定時，主要通過兩個指標(biāo)進(jìn)行分析，其一，氨氧化活性。該指標(biāo)需要對有氧條件下微生物轉(zhuǎn)化NH4+-N 情況衡量。測量需要計算FA（游離氨）和FNA（游離亞硝酸）濃度，使用公式：

其中：C1為溶液中NH4+-N 濃度，（mg/L）；C2為溶液中NH2+-N 濃度，（mg/L）；T 為溶液溫度，（℃）；e 為指數(shù)函數(shù)。

其二，微生物豐富度。在判定時，需要使用高通量測序方法分析微生物群落情況，使用基因分析并定量微生物豐富度。

2.4 AAO 實驗中硝化細(xì)菌影響因素結(jié)果分析

第一，填料因素。實驗設(shè)置6 種填料：活性污泥空白對照、活性污泥+粉煤灰、活性污泥+纖維球、活性污泥+生物陶粒、活性污泥+聚乙烯、活性污泥+懸浮球。對比反應(yīng)器中填料體積變化情況，判斷菌群活性。結(jié)合結(jié)果判斷，能夠發(fā)現(xiàn)在NH4+-N 濃度控制在180 mg/L 內(nèi)時，活性污泥+ 粉煤灰填料中平均NH4+-N 去除率為95.84%，效果最佳，超過該濃度后各同類型填料的效果均有所下降。

第二，pH 值。pH 值對污水中微生物的活性影響相對較大，在pH 值較為極端的情況下，微生物無法順利進(jìn)行硝化反應(yīng)，進(jìn)而難以達(dá)到脫氮除磷的效果。正常情況下，AOB 和NOB 反應(yīng)中，恰當(dāng)?shù)膒H 值分別為7.0～8.5 和6.5～7.5，因此在污水處理過程中，需要對其pH 值進(jìn)行觀察，合理控制其變化情況。調(diào)整實驗第一和第二小組中不同實驗條件中pH 值情況，根據(jù)其反應(yīng)情況，將pH 值分別控制在6～9 之間，并對實驗過程中pH 值變化情況進(jìn)行分析，計算其中NH4+-N 濃度和NH2+-N 濃度變化情況。根據(jù)做種結(jié)果判斷，發(fā)現(xiàn)在酸性增強(qiáng)時，硝化菌活性被抑制，抑制下來高達(dá)53.46%；在堿性條件下微生物酶活性降低，抑制率為46.24%。

第三，DO 濃度。在硝化作用中，DO 濃度的影響相對較大。通過實驗結(jié)果和文獻(xiàn)分析，了解到在DO＞0.5 mg/L 時，硝化細(xì)菌停止活動，NH4+-N 的去除率約為4.37%。DO 濃度在0.5 mg/L～1.5 mg/L 之間時，硝化細(xì)菌活動較為積極，該條件下NH4+-N 的去除率能夠達(dá)到81.37%左右。當(dāng)DO 濃度在1.5 mg/L～3.5 mg/L 之間時硝化細(xì)菌活動效果達(dá)到最大化，其中NH4+-N 的去除率約為100%。但在超過3.5 mg/L 后，硝化細(xì)菌的功能逐漸下降，去除NH4+-N 效率明顯降低。

第四，溫度因素。微生物處理污水過程中，需要產(chǎn)生一定的酶，利用酶來分解和固定相應(yīng)的游離元素，以達(dá)到分解和處理效果。酶作為蛋白質(zhì)的一種，其作用時受到環(huán)境溫度的影響相對較大，且硝化細(xì)菌作為微生物的一種，其適宜的溫度一般在25～30 ℃之間，超出該溫度范圍內(nèi)，其生長和活性必然受到影響。調(diào)整實驗組中環(huán)境溫度情況，在0～35 ℃之間設(shè)置6 個溫度區(qū)間，并計算不同溫度區(qū)間下溶液中NH4+-N 濃度變化情況，判斷硝化菌的活性變化情況。結(jié)果如表3所示。

表3 溫度對硝化菌活性影響

由此可見，溫度對硝化細(xì)菌活性存在明顯影響，在污水處理過程中應(yīng)盡量保持其溫度在25 ℃左右，確保硝化細(xì)菌活性保持在最高的狀態(tài)。

3 生物強(qiáng)化AAO 系統(tǒng)脫氮可行性研究

生物強(qiáng)化技術(shù)在污水處理過程中主要的思路是提升微生物活性，提高其對污水的處理效率，以此加快污水的凈化效果?；诖耍瑸樘岣逜AO 系統(tǒng)的脫氮效率，應(yīng)結(jié)合試驗中的影響因素，調(diào)整AAO 反應(yīng)系統(tǒng)中不同環(huán)節(jié)的具體參數(shù)，以此加快硝化細(xì)菌的生長和活動效率，提高污水處理廠中的實際硝化作用效果，通過對AAO 系統(tǒng)的升級優(yōu)化，加強(qiáng)污水處理水平。

AAO 系統(tǒng)運(yùn)行過程中，控制其溫度，使其在室溫條件（20 ℃～30 ℃）下運(yùn)行，控制系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，檢查進(jìn)水口和出水口中水質(zhì)情況，判斷其中硝化細(xì)菌的實際作用效果。

在去除污水相關(guān)指標(biāo)物質(zhì)時，需要通過污泥吸附、附著，隨后微生物完成氧化分解，去除污泥中的污染物?？刂艫AO 系統(tǒng)運(yùn)行，分析并測量不同時間段污染物的濃度變化情況。最終發(fā)現(xiàn)控制AAO 系統(tǒng)中污泥成分、DO 濃度、pH 值能夠明顯優(yōu)化硝化反應(yīng)效率，提高系統(tǒng)的污水處理效率。

4 結(jié)論

通過對AAO 污水處理系統(tǒng)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）生物強(qiáng)化技術(shù)在污水脫氮處理中具有良好效果；

（2）測量計算實驗溶液中NH4+-N 濃度、NH3+-N濃度、NH2+-N 濃度能夠幫助判斷微生物的作用效果；

（3）AAO 系統(tǒng)優(yōu)化時，選擇污泥+粉煤灰填料、溫度控制在25 ℃左右、pH 值控制在7.5、DO 濃度控制在1.5 mg/L～3.5 mg/L 之間時，硝化細(xì)菌的活性處于最佳狀態(tài)，此時的脫氮效率達(dá)到最佳狀態(tài)。