不同回流比條件下置入a

不同回流比條件下置入a

在中國(guó)的廢水處理廠中，傳統(tǒng)的活性廢水法主要用于處理，而傳統(tǒng)的活性廢水法對(duì)氮和磷的去除效果有限。隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化問題日益嚴(yán)重,國(guó)家對(duì)氮磷排放要求日益嚴(yán)格,絕大多數(shù)不具備脫氮除磷功能的城市污水處理廠都面臨著艱巨改造任務(wù)。而傳統(tǒng)生物脫氮除磷技術(shù)一般采用厭氧、缺氧及好氧布置順序,利用幾套回流系統(tǒng)來完成污泥接種、反硝化以及好氧吸磷反應(yīng),整個(gè)工藝流程復(fù)雜,改造難度較大。倒置A2/O工藝僅要求污泥回流,不設(shè)硝化液內(nèi)回流,非常適合傳統(tǒng)污水處理廠的脫氮除磷改造,前期研究表明,倒置A2/O工藝具有脫氮除磷效果穩(wěn)定、運(yùn)行管理方便簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。本文在前期研究的基礎(chǔ)上,在青島市某污水處理廠進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)研究,比較倒置A2/O工藝與改良A2/O工藝在脫氮除磷效果上的差異。1試驗(yàn)條件和方法1.1污水處理廠和回污廠生產(chǎn)性試驗(yàn)所在的污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬m3/d,設(shè)計(jì)采用改良A2/O工藝,是在常規(guī)A2/O工藝前增加了一個(gè)回流污泥反硝化段,污水處理廠工藝流程見圖1。處理水質(zhì)為高濃度城市污水,2000年4月投入運(yùn)行。污水廠初沉池和二沉池為平流式沉淀池,生物池平行設(shè)四格,每格設(shè)回流污泥反硝化、生物除磷、反硝化、調(diào)節(jié)區(qū)、硝化及除氣區(qū)6個(gè)區(qū)。污泥處理為一級(jí)中溫消化,采用短柄螺旋槳機(jī)械攪拌,投配率為6%,設(shè)污泥消化池4座。1.2試驗(yàn)水質(zhì)1.3工藝對(duì)比及結(jié)果生產(chǎn)性試驗(yàn)期間將生化池分為兩組,其中一組生化池內(nèi)硝化液回流管道閥門及硝化液回流泵關(guān)閉,僅開放污泥回流管,工藝運(yùn)行方式由改良A2/O工藝改為倒置A2/O工藝;維持另外一組運(yùn)行條件不變,保持工藝運(yùn)行條件為原來的改良A2/O工藝。兩種工藝進(jìn)水均來自初沉池出水,以對(duì)比兩種工藝在完全平行條件下氮磷去除效果的不同。改良A2/O工藝與倒置A2/O工藝流程圖分別見圖1、圖2。生產(chǎn)性試驗(yàn)分三階段進(jìn)行:第一階段將倒置A2/O工藝與改良A2/O工藝污泥回流比控制為相同的100%~150%之間,改良A2/O工藝硝化液回流比為300%,試驗(yàn)周期6個(gè)月;第二階段適當(dāng)擴(kuò)大倒置A2/O工藝污泥回流比,使之達(dá)到200%左右,而改良A2/O工藝污泥回流比仍保持100%,硝化液回流為300%,考察氮磷去除效果的變化,并對(duì)兩種工藝污染物去除效果進(jìn)行比較,試驗(yàn)周期6個(gè)月;第三階段主要考察能否通過縮短初沉池水力停留時(shí)間緩解生物脫氮除磷之間的碳源矛盾,試驗(yàn)周期約5個(gè)月。1.4分光光度法COD:快速鉻法;BOD5:標(biāo)準(zhǔn)稀釋法;NH3-N:納氏試劑分光光度法;NO3--N:馬錢子堿分光光度法;PO43--P/TP:鉬銻抗分光光度法;DO及水溫:溶解氧測(cè)定儀。2結(jié)果與討論2.1cod、tp的去除效果一般認(rèn)為,倒置A2/O工藝由于取消了硝化液內(nèi)回流,為了維持較高的脫氮效果,應(yīng)該提高其污泥回流量,增大污泥回流比。本階段考察倒置A2/O工藝處于較小污泥回流比情況下脫氮除磷效果,并與改良A2/O工藝進(jìn)行比較。本階段兩種工藝除硝化液回流存在差異外,其他工藝運(yùn)行參數(shù)保持一致:平均水力停留時(shí)間20h,平均泥齡12d,好氧區(qū)末端平均溶解氧濃度2.1mg/L;倒置A2/O工藝平均MLSS為3000mg/L,平均污泥回流比120%;改良A2/O工藝平均MLSS為3340mg/L,平均污泥回流比120%,硝化液內(nèi)回流比為300%。第一階段試驗(yàn)進(jìn)、出水各項(xiàng)指標(biāo)平均值見表1。選取具有代表性的五月份試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論,圖3、4分別是兩種工藝五月份NH3-N、TP去除率比較圖,圖5為兩種工藝五月份出水硝酸鹽濃度變化圖。表1顯示,本階段倒置A2/O工藝和改良A2/O工藝COD平均去除率分別為90%和91%;BOD平均去除率分別為95%和94%,這說明在有機(jī)物去除效率上兩種工藝基本相當(dāng)。從表1和圖3可以看出,兩種工藝在NH3-N去除上也差別不大,去除率基本都在90%~100%之間,這說明在溫度適宜的條件下,兩種工藝都會(huì)保持較高的硝化效率。在整個(gè)五月份,TP的去除率變化較大,主要原因是因?yàn)?月14日以后中途提升泵站故障,污水在泵站調(diào)節(jié)池內(nèi)混合后,水質(zhì)發(fā)生較大變化,污水廠進(jìn)水COD和BOD5濃度下降,而進(jìn)水氮磷濃度并沒有對(duì)應(yīng)下降,因而激化了生物脫氮除磷存在的碳源矛盾,TP去除效率下降。圖4和表1還顯示,兩種工藝在進(jìn)水水質(zhì)比較穩(wěn)定時(shí),對(duì)TP去除率均較高,倒置A2/O工藝平均除磷效率比改良A2/O工藝平均TP去除率略高約5%。在倒置A2/O工藝以較小污泥回流比運(yùn)行時(shí),TP去除率仍高于改良A2/O工藝,這說明倒置A2/O工藝不僅沒有因?yàn)閷捬醵魏笾枚档拖到y(tǒng)除磷效率,反而因?yàn)檫@種布置形式使除磷效率有所提高。倒置A2/O工藝將厭氧釋磷段置于缺氧段之后,雖然減少了用于厭氧釋磷的有效碳源數(shù)量,但是釋磷后聚磷微生物直接進(jìn)入好氧吸磷區(qū),其在厭氧釋磷段所積聚能源物質(zhì)可以更好的用于好氧吸磷反應(yīng),因此在同等程度碳源條件下,倒置A2/O工藝除磷效率高于改良A2/O工藝。改良A2/O工藝系統(tǒng)內(nèi)聚磷微生物在厭氧釋磷后進(jìn)入缺氧段,部分聚磷微生物在缺氧段利用硝酸鹽為電子受體進(jìn)行吸磷,這種吸磷反應(yīng)在效率上大大低于利用氧氣為電子受體的吸磷反應(yīng),使聚磷微生物厭氧條件下胞內(nèi)積聚的能源物質(zhì)利用效率大為下降,整個(gè)系統(tǒng)除磷總體效率不能得到充分發(fā)揮。圖5顯示,在正常進(jìn)水水質(zhì)條件下,以回流比120%、硝化液回流比300%運(yùn)行的改良A2/O工藝出水NO3--N濃度與以污泥回流120%運(yùn)行的倒置A2/O工藝相差不大,這說明倒置A2/O工藝在較低的污泥回流比條件下運(yùn)行時(shí)仍可以保證良好脫氮效果,一方面是因?yàn)榈怪肁2/O工藝由于將缺氧段置于整個(gè)流程的最前端,進(jìn)水碳源優(yōu)先滿足缺氧反硝化需要,提高了反硝化的效率;另一方面可能是由于好氧區(qū)同步硝化反硝化作用存在所導(dǎo)致。圖5還顯示,在進(jìn)水水質(zhì)發(fā)生變化,可利用有效碳源數(shù)量減少時(shí),兩種工藝出水硝酸鹽濃度上升較為明顯,這說明當(dāng)水質(zhì)條件發(fā)生波動(dòng)時(shí),兩種工藝的生物脫氮性能均會(huì)隨之發(fā)生變化。2.2硝化效果對(duì)比第二階段試驗(yàn)加大倒置A2/O工藝的污泥回流比為200%,考察污泥回流比擴(kuò)大后脫氮除磷效率上與改良A2/O工藝的差異。改良A2/O工藝污泥回流比仍保持100%左右,硝化液內(nèi)回流保持300%。兩種工藝其他運(yùn)行參數(shù)保持相同:平均理論水力停留時(shí)間20h,平均泥齡15d,好氧區(qū)末端平均溶解氧濃度2.6mg/L,進(jìn)水平均溫度15℃。本此工況條件下各項(xiàng)出水指標(biāo)平均結(jié)果見表2。由表2可以看出,第二階段兩種工藝的硝化效果較之第一階段明顯變差,NH3-N去除率比第一階段下降10%左右,其主要原因是本階段試驗(yàn)所處季節(jié)為秋冬季,進(jìn)水溫度隨著氣溫下降而降低,最低時(shí)進(jìn)水水溫只有10℃左右。有研究表明,當(dāng)進(jìn)水溫度在13℃以下時(shí)硝化效果就會(huì)明顯惡化。比較第二階段和第一階段氮、磷去除效率之間的差異可以發(fā)現(xiàn),改良A2/O工藝TP去除效率下降了6%,這主要是由于溫度下降造成的。對(duì)比倒置A2/O工藝TP去除效率,可以看出,第二階段TP去除效率反而比第一階段提高了2%,這種現(xiàn)象說明由于提高了倒置A2/O工藝污泥回流比,參與厭氧、好氧交替環(huán)境微生物的數(shù)量增加,使得本階段即使微生物受低溫抑制,仍能在總體上不降低除磷效率。第二階段兩種工藝TP去除率有了明顯的差異,倒置A2/O工藝TP去除率超過改良A2/O工藝13%,這更加證明倒置A2/O工藝比之改良A2/O工藝在除磷上所具有的優(yōu)勢(shì)。第二階段改良A2/O工藝出水NO3--N濃度比上階段略有上升,這種現(xiàn)象反映出反硝化效率同樣也會(huì)受低溫影響,而倒置A2/O工藝出水NO3--N卻濃度比之第一階段略有降低,這說明提高倒置A2/O工藝的污泥回流比可以提高倒置A2/O工藝反硝化效率。2.3第三階段生物池水力停留時(shí)間第三階段將生物池運(yùn)行狀態(tài)全部改為倒置A2/O工藝,研究縮短初沉池水力停留時(shí)間是否可以緩解生物脫氮除磷之間的碳源矛盾。污水處理廠初沉池設(shè)計(jì)停留時(shí)間為1.5h,由于試驗(yàn)期間污水廠實(shí)際進(jìn)水量不到設(shè)計(jì)水量的一半,且該廠為了達(dá)到利用初沉污泥產(chǎn)生沼氣,帶動(dòng)沼氣風(fēng)機(jī)工作目的,將8組初沉池全部投入使用,通過加大初沉池截留作用,增加進(jìn)入污泥消化池的有機(jī)物數(shù)量(初沉池污泥進(jìn)入消化池),致使初沉池實(shí)際停留時(shí)間達(dá)到3.0h。第三階段將原來運(yùn)行8組初沉池改為運(yùn)行4組初沉池,通過較少初沉池運(yùn)行數(shù)量,縮短初沉池水力停留時(shí)間,減小初沉池對(duì)進(jìn)水有機(jī)物的截留,增加進(jìn)入生化池有機(jī)物的量,以緩解脫氮除磷之間的碳源矛盾。倒置A2/O工藝控制參數(shù)與第一階段倒置A2/O工藝運(yùn)行參數(shù)相同。第三階段試驗(yàn)結(jié)果及工況參數(shù)與第一階段的比較分別見表3和表4。由表4可以看出,調(diào)整初沉池水力停留時(shí)間后,生物池進(jìn)水COD和BOD5的濃度比水質(zhì)條件與第三階段相似的第一階段有了明顯提高,第一階段初沉池對(duì)COD和BOD5的去除率分別為32.1%和35.7%,第三階段降低為28.5%和25.8%,說明通過縮短初沉池水力停留時(shí)間可以減少通過初沉池去除掉的進(jìn)水碳源,從而緩解了生物脫氮除磷之間的碳源矛盾。本階段雖然進(jìn)水TP濃度比第一階段有所升高,但TP去除率基本與第一階段相當(dāng),仍然維持了較高水平。生物池進(jìn)水有機(jī)物濃度的提高另一方面使得生物池污泥濃度得到提高,第三階段的平均MLSS由第一階段的3000mg/L上升到3601mg/L,污泥濃度提高可以增加生物池內(nèi)微生物量,降低處理負(fù)荷。一般認(rèn)為,好氧區(qū)污泥濃度的提高會(huì)增加好氧區(qū)同步硝化反硝化現(xiàn)象發(fā)生的幾率,提高脫氮效率。在第三階段進(jìn)水NH3-N平均濃度達(dá)到83.9mg/L,且硝化效率達(dá)到97.4%情況下,系統(tǒng)出水硝酸鹽濃度并未見大幅度上升,說明反硝化效率較高。3優(yōu)化污泥回流比,提高脫氮效率由于倒置A2/O工藝將厭氧段放置于缺氧段之后,聚磷微生物厭氧釋磷后直接進(jìn)入好氧吸磷區(qū),其在厭氧釋磷段所積聚能源物質(zhì)在好氧條件下利用效率明顯高于改良A2/O工藝布置形式。兩種工藝的生產(chǎn)性對(duì)比試驗(yàn)表明,當(dāng)水質(zhì)條件適宜時(shí),倒置A2/O工藝即使在較小污泥回流比的條件下,也可以達(dá)到與改良A2/O工藝相當(dāng)?shù)拿摰Ч?且其除磷效果優(yōu)于改良A2/O工藝;提高倒置A2/O工藝污泥回流比為200%左右時(shí),倒置A2/O工