脫氮除磷工藝的改良型試驗研究

脫氮除磷工藝的改良型試驗研究

脫氮和磷去除過程是bardipho生物脫氮過程的發(fā)展過程，它增加了之前的厭氧段，使聚磷菌在厭氧條件下釋放磷。在傳統(tǒng)的A2/O工藝中,污水首先進入?yún)捬醭嘏c回流污泥混合,在兼性厭氧發(fā)酵菌的作用下部分易生物降解大分子有機物被轉化為小分子的揮發(fā)性脂肪酸(VFA),聚磷菌吸收這些小分子有機物合成PHB并儲存在細胞內,同時將細胞內的聚磷水解成正磷酸鹽,釋放到水中,釋放的能量可供專性好氧的聚磷菌在厭氧的壓抑環(huán)境下維持生存;隨后污水進入缺氧池,反硝化菌利用污水中的有機物和回流混合液中的硝酸鹽進行反硝化,可同時去碳脫氮;當污水進入好氧池時,有機物濃度已很低,聚磷菌主要是靠分解體內儲存的PHB來獲得能量供自身生長繁殖,同時超量吸收水中的溶解性磷以聚磷酸鹽的形式儲存在體內,經(jīng)過沉淀,將含磷高的污泥從水中分離出來,達到除磷的效果。由于在好氧池中有機物濃度很低,十分有利于自養(yǎng)型硝化細菌的生長繁殖。此工藝具有較好的除磷效果,但它的脫氮能力是依靠回流比來保證的,為了達到較高的總氮去除率,就必須要有較高的污泥及混合液回流比(一般為3～4),這主要是基于對反硝化作用這樣的一種認識:只有在缺氧條件下,反硝化作用才可以進行,也就是說只有將盡可能多的硝酸鹽態(tài)氮回流到前置缺氧區(qū),才能夠得到較高的氮去除率。人們由此計算出脫氮率同回流比的關系:η=R/(1+R),式中η為脫氮率,R為內外回流比總和。日本學者也提出了類似的計算公式:η=0.2+0.8R/(1+R)。但人們在生產(chǎn)實際運行中發(fā)現(xiàn),提高回流比不僅大大增加動力消耗和運行成本,而且根據(jù)污水水質的不同,并不一定能夠提高總氮的去除能力。特別是在COD/TKN值較低時,提高回流比卻會使出水中的NO-3-N增加。而有些情況下,回流比很低,甚至取消回流,仍能得到較好的反硝化效果。據(jù)此,我們有理由假定:人們對反硝化所需要的缺氧條件的傳統(tǒng)認識存在著一定的誤區(qū),實際上在曝氣池好氧狀態(tài)下,也可進行一定程度的反硝化。如果這一假定成立,而且其機理和反應條件被人們充分認識,將不僅使反硝化工藝更加經(jīng)濟合理,并且由于沒有了硝酸鹽態(tài)氮的影響,在厭氧區(qū)對活性污泥中聚磷菌磷的釋放非常有利,這將會對污水生物脫氮除磷工藝帶來巨大的推動作用。本試驗研究在此方面進行了一定探索。1型s1/o工藝中試流程如圖1所示。試驗裝置為鋼結構。A/A池總容積為4.00m×2.70m×3.00m=32.40m3,將其等分為6格,每格容積為1.35m×1.33m×3.00m=5.39m3,每格有效容積為1.35m×1.33m×2.70m=4.85m3。取消傳統(tǒng)型A2/O工藝中曝氣池至缺氧區(qū)的混合液回流,沉淀污泥回流至厭氧區(qū),相鄰的每格之間設有閘門和孔洞,以方便靈活地調整混合液在缺氧區(qū)或厭氧區(qū)的停留時間。缺氧區(qū)和厭氧區(qū)每格都設有攪拌器,以防污泥沉淀。曝氣池總容積為8.60m×2.70m×3.00m=69.66m3,有效容積為8.60m×2.70m×2.60m=60.37m3。池中間用鋼板隔開,使之更接近理想推流式曝氣池。沉淀池為豎流式,設中心導流筒,沉淀區(qū)容積為2.70m×2.70m×1.70m=12.39m3,有效容積約為9m3,池內設一臺潛水泵,用以提升回流污泥,剩余污泥亦通過該泵排至儲泥池。用于試驗的活性污泥取自現(xiàn)場正在運行的MSBR系統(tǒng)的剩余污泥,由于該系統(tǒng)同樣具有脫氮除磷的功能,活性污泥無需馴化,經(jīng)過20d左右的培養(yǎng),系統(tǒng)MLSS達到3000mg/L左右,從1998年8月底開始進行連續(xù)測試分析。2材料的預處理試驗采用上海合流污水一期工程預處理廠經(jīng)過粗、細格柵后的污水,水質情況見表1。為了考察改良型A2/O工藝的特點,作為對比參照,首先進行了短期傳統(tǒng)型A2/O工藝的運行試驗(1998年8月～9月)。然后進行改良型A2/O工藝的試驗運行。采用原用于傳統(tǒng)型A2/O運行的同一裝置,取消原來從曝氣池到缺氧池的混合液回流?；亓魑勰嗍紫韧鬯旌?這就自然形成一個缺氧區(qū),污泥中的反硝化細菌利用原污水中的有機物作為碳源進行反硝化反應,很快將回流污泥中的硝酸鹽氮消耗殆盡,因此在A/A池的大部分區(qū)段中,將處于厭氧狀態(tài),整個工藝流程相當于以缺氧-厭氧-好氧方式運行。此試驗分三個階段進行,共進行了8個半月。第一階段試驗(工況1)從1998年9月15日至1999年1月13日,由于試驗緊接著傳統(tǒng)型A2/O工藝的試驗進行,只是取消混合液回流,而其它條件并沒有改變,所以對活性污泥系統(tǒng)沒有明顯影響。第二階段試驗(工況2)從1月13日至3月6日,將原6格運行的缺/厭氧池改為3格,即容積減少一半。從3月7日至6月1日,進行了第三階段的試驗(工況3),由于試驗現(xiàn)場提供的原污水濃度較低(見表1),在原污水中投加淀粉和磷酸二氫鉀以提高進水的COD和TP,投加量分別為100mgCOD/L和1mgPO3?443-/L。試驗運行參數(shù)及試驗結果分別見表2和表3。3對試驗結果的分析與討論3.1od、bod和ss的去除效果各運行工況對污染物的去除效果(平均值)如圖2所示。從圖2中看出,取消混合液回流,對COD、BOD和SS的去除效果沒有負面影響,而氮、磷的去除效果有所下降。但試驗中,傳統(tǒng)型工藝的運行是在溫度較高的季節(jié),而改良型工藝的運行則包括冬季低溫期,顯然其平均處理效果受溫度的影響。實際上,在相同溫度下改良型工藝對各污染物的處理效果要優(yōu)于傳統(tǒng)型工藝。3.2氮、磷去除率的影響由試驗結果可以看到,改良型A2/O工藝對氮、磷有良好的去除效果,但受溫度等因素的影響較明顯。根據(jù)工況1試驗的數(shù)據(jù),溫度對氮、磷去除率的影響分別如圖3和圖4所示。當溫度在20℃以上時,硝化作用十分良好并且穩(wěn)定,當溫度低于20℃時,NH3-N去除率明顯隨溫度下降而降低,當溫度達到13℃以下時,NH3-N去除率只有18%左右,可以認為,這時硝化作用已不明顯,NH3-N的去除主要是通過微生物的生長代謝來完成的。除磷效果不是十分穩(wěn)定,溫度對除磷有一定的影響,但不如對脫氮的影響那樣明顯。3.3脫氮能力的增強在改良型A2/O工藝中,所有參與回流的污泥都完整地經(jīng)歷了厭氧、好氧的過程,聚磷菌釋磷和過量吸磷比較充分,使其排放的剩余污泥含磷更高。同時,由于沒有混合液回流,也就避免了硝酸鹽氮對磷釋放的影響。除了聚磷菌在好氧條件下過量吸磷外,活性污泥的生物吸附、絮凝作用也是除磷的重要途徑,在低溫條件下,后者是除磷的主要途徑。出水中NO-x-N的濃度也很低,大部分在1mg/L以下,表明系統(tǒng)有較強的脫氮能力。對于回流的部分污泥而言,前端的缺氧段可以優(yōu)先得到碳源,故其脫氮能力得到增強。由于沒有混合液回流,曝氣池中也必然有反硝化作用發(fā)生,這種反硝化作用一部分是通過分解細胞本身為碳源的內源反硝化,另一部分是利用回流污泥在前置端從原水中吸附蓄積的有機碳進行的反硝化。4回流+活性染料反硝化(1)試驗證明,在曝氣池中確有反硝化作用發(fā)生,此現(xiàn)象在各種文獻中也多有報道。但對反硝化細菌在曝氣條件下的作用機理及影響因素尚需進一步研究探討。(2)取消混合液回流是一種對A2/O的改良工藝,它可以利用曝氣池進行反硝化,也包括利用微生物絮體中蓄積有機碳的反硝化過程,較好地對污水進行脫氮處理,這既包括內源反硝化,也包括活性污泥