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A2/O系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律研究

更新時間:2008-09-18 12:00 來源: 作者: 閱讀:4377 網(wǎng)友評論0

        前言

        如今我國在發(fā)展工業(yè)化、城市化和現(xiàn)代化過程中,工業(yè)、農(nóng)業(yè)和城市的發(fā)展是不平衡的。就環(huán)境污染而言,城市污水是水污染的重要污染源,其中氮和磷又是我國城市污水的兩大主要污染物。
   
        隨著城市化和工業(yè)化程度的不斷提高以及化肥和農(nóng)藥的廣泛使用,氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)引起的水體富營養(yǎng)化的問題日益突出。水體富營養(yǎng)化引起水中藻類的過量繁殖,降低了水的透明度,使水帶有異味,造成水中溶解氧降低。某些藻類產(chǎn)生毒素危害水生生物,影響人類健康,破壞了水生生態(tài)環(huán)境。事實上,現(xiàn)在水體富營養(yǎng)化問題越來越嚴(yán)重,氨態(tài)氮排入水體還會因硝化作用而耗去水體中大量的氧造成水體溶解氧下降。此外,飲用水中硝態(tài)氮超過10mg/L會引起嬰兒的高鐵血紅蛋白癥。水體富營養(yǎng)化影響給水水質(zhì),增加水處理成本,造成經(jīng)濟(jì)損失,嚴(yán)重影響國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。隨著人們環(huán)境意識的增強(qiáng),水環(huán)境污染的問題日益尖銳化,政府有關(guān)部門制定了污水中有機(jī)物和氮磷的排放標(biāo)準(zhǔn),制定的控制指標(biāo)越來越嚴(yán)格。2002年頒布實施的國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定了氮磷的排放標(biāo)準(zhǔn),要達(dá)到這些排放標(biāo)準(zhǔn),許多污水處理設(shè)施需要考慮脫氮除磷問題,因此選擇適宜的脫氮除磷技術(shù)在污水處理中變得日益重要。
   
        常規(guī)的活性污泥法主要去除廢水中含碳化合物,而對氮、磷的去除率很低。鑒于此情況,廢水的脫氮除磷技術(shù)近年來得到迅速發(fā)展。微生物脫氮除磷技術(shù)由于得到廣泛運(yùn)用,為水體中氮、磷的去除提供了有效手段。
   
        A2/O工藝作為除磷脫氮的主要工藝之一,具有處理效果好,處理過程穩(wěn)定可靠、處理成本低、操作管理方便等優(yōu)點。近幾年來,A2/O工藝相繼用于處理城市污水、石油化工廢水、食品加工廢水等方面。研究A2/O工藝的生物脫氮除磷的機(jī)理、影響因素、工藝控制方法,以及在保證運(yùn)行效果的同時,如何達(dá)到節(jié)能降耗的目的,已經(jīng)成為污水研究領(lǐng)域的一個熱點。

        A2/O工藝機(jī)理

  A2/O(Anaerobic/Anoxic/Oxic)生物脫氮除磷工藝是傳統(tǒng)活性污泥工藝、生物硝化及反硝化脫氮工藝和生物除磷工藝的綜合。污水經(jīng)過厭氧(Anaerobic)缺氧(Anoxic)及好氧(Oxic)3個生物處理過程,BOD5、SS和以各種形式存在的氮和磷將一并被去除。

        A2/O系統(tǒng)一般采用推流式活性污泥系統(tǒng)。原污水首先進(jìn)入?yún)捬醵?,兼性厭氧的發(fā)酵菌將污水中的可生物降解的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為VFA(揮發(fā)性脂肪酸)這類分子量較小的中間發(fā)酵產(chǎn)物。聚磷菌可將菌體內(nèi)貯積的聚磷酸鹽分解,并放出能量供專性好氧的聚磷菌在厭氧的“壓抑”環(huán)境下維持生存,另一部分能量還可以供聚磷菌主動吸收環(huán)境中的VFA這類小分子有機(jī)物,并以聚-β-羥基丁酸鹽(PHB)形式在菌體內(nèi)儲存起來。隨后污水進(jìn)入缺氧區(qū),反硝化細(xì)菌就利用好氧區(qū)中經(jīng)混合液回流而帶來的硝酸鹽,以及污水中可生物降解的有機(jī)物進(jìn)行反硝化,達(dá)到同時去碳脫氮的目的。厭氧區(qū)和缺氧區(qū)都設(shè)有攪拌混合裝置,以防污泥沉積。接著污水進(jìn)入曝氣的好氧區(qū),聚磷菌除了可吸收、利用污水中殘剩的可生物降解的有機(jī)物外,主要是分解體內(nèi)貯積的PHB,放出能量可供本身生長繁殖,還可以主動吸收周圍環(huán)境中的溶解性磷,并以聚磷酸鹽的形式在體內(nèi)貯積起來。此時排放的出水中溶解態(tài)的磷濃度已相當(dāng)?shù)?。好氧區(qū)中的有機(jī)物經(jīng)厭氧區(qū)、缺氧區(qū)分別被聚磷酸鹽和反硝化細(xì)菌利用后,濃度也相當(dāng)?shù)停@有利于自養(yǎng)型的硝化細(xì)菌的生長繁殖,此時NH+4經(jīng)硝化作用轉(zhuǎn)化為NO-3。非聚磷酸菌的好氧異養(yǎng)菌雖然也能存在,但它們在厭氧區(qū)受到嚴(yán)重的壓抑,在好氧區(qū)又得不到充分的營養(yǎng),因此在與其他生理類群的微生物競爭中處于劣勢。排放的剩余污泥中,由于含有大量過量貯積聚磷酸鹽的聚磷菌,污泥中磷含量很高,因此可較一般的好氧活性污泥大大的提高磷的去除效果。

        A2/O生物脫氮除磷系統(tǒng)的活性污泥中,菌群主要由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌組成,專性厭氧和一般專性好氧菌等菌群均基本被工藝過程所淘汰。在好氧段,硝化細(xì)菌將入流中的氨氮及由有機(jī)氮氨化成的氨氮,通過生物硝化作用,轉(zhuǎn)化成硝酸鹽;在缺氧段,反硝化細(xì)菌將內(nèi)回流帶入的硝酸鹽通過生物反硝化作用,轉(zhuǎn)化成氮?dú)庖萑氪髿庵?,從而達(dá)到脫氮的目的;在厭氧段,聚磷菌釋放磷,并吸收低級脂肪酸等易降解的有機(jī)物;而在好氧段,聚磷菌超量吸收磷,并通過剩余污泥的排放,將磷去除。以上三類細(xì)菌均具有去除BOD5的作用,但BOD5的去除實際上以反硝化細(xì)菌為主。污水進(jìn)入A2/O生物池以后,隨著聚磷菌的吸收、反硝化菌的利用及好氧段的好氧生物分解,BOD5濃度逐漸降低。在厭氧段,由于聚磷菌釋放磷,TP濃度逐漸升高,至缺氧段升至最高。在缺氧段,一般認(rèn)為聚磷菌既不吸收磷,也不釋放磷,TP保持穩(wěn)定。在好氧段,由于聚磷菌的吸收,TP迅速降低。在厭氧段和缺氧段,NH3-N濃度穩(wěn)中有降,至好氧段,隨著硝化的進(jìn)行,NH3-N逐漸降低。在缺氧段,NO-3-N瞬間升高,主要是由于內(nèi)回流帶入大量NO-3-N,但隨著反硝化的進(jìn)行,NO-3-N濃度迅速降低。在好氧段,隨著硝化的進(jìn)行,NO-3-N濃度逐漸升高。

        紀(jì)莊子污水處理廠A2/O工藝構(gòu)成

        一、紀(jì)莊子污水處理廠水區(qū)工藝介紹

  1984年4月28日投產(chǎn)運(yùn)行的天津市紀(jì)莊子污水處理廠,是我市和我國第一座大型城市污水處理廠。2000年開始進(jìn)行改擴(kuò)建工程的設(shè)計施工,擴(kuò)建后的紀(jì)莊子污水處理廠占地550畝,處理規(guī)模為54萬噸/日,其服務(wù)面積為4140公頃,人口約為118萬??紤]到常規(guī)的二級活性污泥處理工藝達(dá)不到對氨氮和總磷的有效去除,故擴(kuò)建后的污水處理由原來普通活性污泥法改為A/O工藝和A2/O工藝。執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

        二、紀(jì)莊子污水處理廠實際執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

  紀(jì)莊子污水處理廠實際執(zhí)行的是《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的二級排放標(biāo)準(zhǔn)。即:

  懸浮物SS ≤30mg/L

  生化需氧量BOD5 ≤30mg/L

     化學(xué)需氧量CODcr ≤100mg/L
  總氮TN ———

  氨氮NH3-N ≤25mg/L(水溫>12℃時);
             ≤30mg/L(水溫≤12℃時)
  總磷TP ≤3g/L

  注:下列情況按去除率指標(biāo)執(zhí)行:當(dāng)進(jìn)水COD大于350mg/L時,去除率應(yīng)大于60%;BOD大于160mg/L時,去除率應(yīng)大于50%。

        紀(jì)莊子污水處理廠A2/O工藝運(yùn)行效果

        一、進(jìn)出水、A2/O生物池數(shù)據(jù)比較

  紀(jì)莊子污水處理廠于2005年12月份開始運(yùn)行A2/O系統(tǒng),2005年12月~2006年9月的平均進(jìn)出水水質(zhì)、出水水質(zhì)及去除率見表-1。

月份

2005年12月平均值

2006年1月平均值

2006年2月平均值

2006年3月平均值

2006年4月平均值

取樣點

進(jìn)水

改建系統(tǒng)

進(jìn)水

改建系統(tǒng)

進(jìn)水

改建系統(tǒng)

進(jìn)水

改建系統(tǒng)

進(jìn)水

改建系統(tǒng)

分析項目

出水

去除率(%)

出水

去除率(%)

出水

去除率(%)

出水

去除率(%)

出水

去除率(%)

BOD(mg/l)

120.95

15.96

86.804

143.91

14.21

90.126

112.72

11.98

89.372

195.27

16.83

91.381

188.83

13.3

92.957

COD(mg/l)

282

48.87

82.67

369.52

49.42

86.626

317.69

42.77

86.537

523.81

56.45

89.223

577.41

49.24

91.472

SS(mg/l)

81

11

86.42

73

11

84.932

73

14

80.822

292

13

95.548

289

15

94.81

氨氮(mg/l)

27.04

4.27

84.209

29.76

2.33

92.171

29.38

2.09

92.886

34.33

18.51

46.082

40.49

24.1

40.479

硝酸鹽氮(mg/l)

1.3

7.83

 

1.12

14.52

 

0.98

19.25

 

1.2

9.58

 

1.36

3.26

 

亞硝酸鹽氮(mg/l)

0.08

0.35

 

0.16

0.38

 

0.09

0.56

 

0.12

0.89

 

0.08

0.96

 

總氮(mg/l)

37.29

13.94

62.617

42.49

21.07

50.412

40.16

25.82

35.707

51.31

34.74

32.294

62.74

50.34

19.764

凱氏氮(mg/l)

34.19

15.08

55.894

38.1

7.03

81.549

37.62

3.73

90.085

48.51

22.99

52.608

56.62

29.19

48.446

有機(jī)氮(mg/l)

7.15

2.34

67.273

8.12

1.75

78.448

8.33

1.64

80.312

15.1

4.48

70.331

16.12

5.09

68.424

總磷(mg/l)

2.92

0.68

76.712

3.57

0.92

74.23

3.74

2.48

33.69

6.56

0.82

87.5

8.7

0.56

93.563

磷酸鹽(mg/l)

1.81

0.43

76.243

2.47

0.66

73.279

2.03

1.88

7.3892

2.36

0.51

78.39

3.75

0.2

94.667

PH

7.61

7.29

 

7.62

7.32

 

7.52

7.3

 

7.54

7.33

 

7.69

7.66

 

  由表-1可得,2005年12月~2006年9月之間,BOD的去除率平均為92.66%,COD的去除率平均為89.1%,SS的去除率平均為92.64%,氨氮去除率平均為66.32%,總磷的去除率平均為78.43%。當(dāng)進(jìn)水COD大于350mg/L時,去除率仍然大于80%;BOD大于160mg/L時,去除率仍然大于90%。

表-1 進(jìn)出水水質(zhì)及去除率(12月~4月)

2006年5月平均值

2006年6月平均值

2006年7月平均值

2006年8月平均值

2006年9月平均值

取樣點

進(jìn)水

改建系統(tǒng)

進(jìn)水

改建系統(tǒng)

進(jìn)水

改建系統(tǒng)

進(jìn)水

改建系統(tǒng)

進(jìn)水

改建系統(tǒng)

分析項目

出水

去除率(%)

出水

去除率(%)

出水

去除率(%)

出水

去除率(%)

出水

去除率(%)

BOD(mg/l)

215.32

15.51

92.797

260.3

15.05

94.218

287.43

9.77

96.601

222.2

6.55

97.052

122.76

5.79

95.283

COD(mg/l)

716.55

50

93.022

507

52.03

89.738

583.23

46.16

92.085

521.58

48.71

90.661

303.37

33.53

88.947

SS(mg/l)

467

14

97.002

341

15

95.601

653

11

98.315

341

10

97.067

193

8

95.855

氨氮(mg/l)

40.31

23.12

42.645

49.04

21.97

55.2

40.67

16.46

59.528

35.09

6.53

81.391

38.38

12.05

68.603

硝酸鹽氮(mg/l)

2.76

5.06

 

2.95

9.77

 

0.81

5.62

 

2.6

7.85

 

2.28

20.87

 

亞硝酸鹽氮(mg/l)

0.08

0.96

 

0.07

0.94

 

0.24

1

 

0.46

1.08

 

0.06

0.85

 

總氮(mg/l)

64.37

45.39

29.486

61.35

39.49

35.632

76.79

28.04

63.485

58.31

21.38

63.334

46.74

28.61

38.789

凱氏氮(mg/l)

56.45

27.64

51.036

57.96

24.08

58.454

70.77

19.62

72.276

51.17

9.97

80.516

46.98

14.24

69.689

有機(jī)氮(mg/l)

16.41

4.55

72.273

8.91

2.1

76.431

30.52

2.66

91.284

16.45

3.44

79.088

8.6

2.14

75.116

總磷(mg/l)

10.41

0.95

90.874

10.27

0.65

93.671

11.26

0.75

93.339

9.32

2.24

75.966

4

1.41

64.75

磷酸鹽(mg/l)

5.79

0.44

92.401

4.72

0.25

94.703

2.86

3.89

 

3.19

1.91

40.125

2.54

1.27

50

PH

7.69

7.58

 

7.83

7.65

 

7.73

7.32

 

7.53

7.18

 

7.55

7.24

表-1 進(jìn)出水水質(zhì)及去除率(5月~9月)

二、A2/O工藝部分運(yùn)行參數(shù)分析

  此次分析的數(shù)據(jù)來源于:“紀(jì)莊子污水處理廠化驗數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”、《運(yùn)行日分析報表》、以及鼓風(fēng)機(jī)房的運(yùn)行記錄。選取符合二級排放標(biāo)準(zhǔn)的2006年4月份的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,詳見表-2。

  1、A2/O的有機(jī)負(fù)荷F/M

  F/M較大時,活性污泥中的微生物增長速率較快,有機(jī)污染物的去除速率較快,但此時的活性污泥的沉降性能可能較差。反之,F(xiàn)/M較小時,微生物增長速率較慢或基本不增長,甚至也可能減少,此時有機(jī)污染物的去除速率也必然較慢,但這時活性污泥的沉降性能往往較好。

  根據(jù)實際運(yùn)行效果分析,F(xiàn)/M的平均值為0.10左右。

  2、A2/O的污泥齡
  
  污泥齡SRT是指活性污泥在整個系統(tǒng)內(nèi)的平均停留時間。SRT直接決定著活性污泥系統(tǒng)中微生物的年齡大小,SRT較大時,年長的微生物也能在系統(tǒng)中存在;而SRT較小時,只有年輕的微生物存在。年輕的污泥活性高,分解代謝有機(jī)污染物的能力強(qiáng),但凝聚沉降性能較差;而年長的污泥有可能已老化,分解代謝能力較差,但凝聚沉降性能較好。因此,通過調(diào)節(jié)SRT,可以選擇合適的微生物年齡,使活性污泥既有較強(qiáng)的分解代謝能力,又有良好的沉降性能。
  
  根據(jù)實際運(yùn)行效果分析,SRT的平均值為16天左右。

  3、A2/O的外回流比
  
  保證除磷效果的極為重要的一點,就是使系統(tǒng)污泥在生物池中“攜帶”足夠的溶解氧進(jìn)入二沉池,其目的就是為了防止污泥在二沉池中因厭氧而釋放磷,但如果不能快速排泥,二沉池內(nèi)泥層太厚,再高的DO也無法保證污泥不厭氧釋磷,因此,A2/O系統(tǒng)的回流比不宜太低,應(yīng)保持足夠的回流比,盡快將二沉池內(nèi)的污泥排出。但過高的回流比會增加回流系統(tǒng)和曝氣系統(tǒng)的能源消耗,且會縮短污泥在生物池內(nèi)的實際停留時間,影響B(tài)OD5和磷的去除效果。
  
  一般認(rèn)為,在保證二沉池不發(fā)生反硝化及二次放磷的前提下,應(yīng)使R降至最低,有利于提高除磷的效果。R一般在50~100%的范圍內(nèi)即可。
   根據(jù)實際運(yùn)行效果分析,外回流比平均值為74.6%。

  表-2 4月份A2/O生物池運(yùn)行數(shù)據(jù)

項目

A/A/O生物池

日期

剩余污泥 m3/h

泥齡d

外回流比 %

F:M KgBOD/Kgmlss·d

理論停留時間h

實際停留時間h

MLSS mg/l

2006-4-1

136

11.0

78.0

0.1

8.0

4.5

3988

2006-4-2

136

11.3

82.0

0.1

8.4

4.6

3560

2006-4-3

136

10.1

67.0

0.3

6.9

4.1

3859

2006-4-4

136

10.9

76.0

0.1

7.9

4.5

3989

2006-4-5

62.3

25.0

83.0

0.1

8.6

4.7

3829

2006-4-6

124.7

12.3

81.0

0.2

8.4

4.6

3993

2006-4-7

136

11.6

85.0

0.1

8.7

4.7

3954

2006-4-8

136

11.1

78.0

0.1

8.1

4.5

3779

2006-4-9

136

11.5

84.0

0.1

8.6

4.7

3894

2006-4-10

136

11.7

86.0

0.2

8.9

4.8

3997

2006-4-11

87.8

11.7

86.0

0.1

8.8

4.8

3837

2006-4-12

   

81.0

0.1

10.1

5.6

3726

2006-4-13

   

74.0

0.1

10.2

5.8

3986

2006-4-14

53.8

26.8

72.0

0.1

9.9

5.8

3969

2006-4-15

68

20.5

69.0

 

9.4

5.6

3954

2006-4-16

68

21.2

73.0

0.1

10.0

5.8

3997

2006-4-17

68

20.1

66.0

0.1

9.1

5.5

3982

2006-4-18

68

21.8

76.0

0.1

10.5

5.9

3994

2006-4-19

68

21.2

73.0

0.1

10.0

5.8

3815

2006-4-20

68

21.0

71.0

0.1

9.8

5.7

3954

2006-4-22

68

17.8

55.0

0.2

10.0

6.5

2955

2006-4-23

68

10.4

68.0

0.1

9.4

5.6

3785

2006-4-24

68

9.5

73.0

0.1

10.0

5.8

3411

2006-4-25

33.2

51.2

98.0

0.1

13.5

6.8

3990

2006-4-26

28.3

27.1

94.0

 

12.9

6.7

3918

2006-4-27

34

20.6

69.0

 

13.5

7.9

3998

2006-4-28

34

21.1

59.0

0.1

12.1

7.6

3609

2006-4-29

34

14.9

54.0

0.3

11.2

7.2

3186

2006-4-30

68

8.1

52.0

0.1

10.7

7.0

3346

加權(quán)平均值

83.8

16.5

74.6

0.1

9.7

5.6

3826.0

  4、A2/O的溶解氧
  
  硝化菌是專性好氧菌,以氧化NH3-N或NO2--N以獲得足夠的能量用于生長。故溶解氧的高低直接影響硝化菌的生長及活性。當(dāng)溶解氧升高時,硝化速率亦增加,當(dāng)DO低于0.5mg/L時,硝化反應(yīng)趨于停止。
  
  根據(jù)對A2/O系統(tǒng)好氧段、厭氧段、缺氧段溶解氧的長期監(jiān)測,結(jié)果表明:好氧池溶解氧長期徘徊在3~5mg/L,而厭氧段的溶解氧介于0.5~1 mg/L之間,缺氧段的DO始終低于 0.5mg/L。
  
  從表-1中可以看出,雖然紀(jì)莊子污水處理廠2006年的氨氮出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的二級排放標(biāo)準(zhǔn),但是A2/O對氨氮的去除效果并不十分理想,一個關(guān)鍵因素在于缺氧段的溶解氧值偏高。污水進(jìn)入缺氧區(qū),反硝化細(xì)菌就利用好氧區(qū)中經(jīng)混合液回流而帶來的硝酸鹽,以及污水中可生物降解的有機(jī)物進(jìn)行反硝化,達(dá)到同時去碳脫氮的目的。溶解氧對反硝化反應(yīng)有很大影響,主要由于氧會同硝酸鹽競爭電子供體,同時分子態(tài)氧也會抑制硝酸鹽還原酶的合成及其活性。研究表明,溶解氧應(yīng)保持在0.5mg/L以下才能使反硝化反應(yīng)正常進(jìn)行,而實際運(yùn)行中的厭氧段的溶解氧介于0.5~1 mg/L之間,這就造成A2/O對氨氮的去除率不高。因此,可以看出控制溶解氧值,是良性運(yùn)行的一個關(guān)鍵要素。
  
  因為A2/O生物脫氮除磷過程,本質(zhì)上是一系列生物氧化還原反應(yīng)的綜合,因而近年來,國外一些處理廠采用氧化還原電位計ORP作為A2/O系統(tǒng)的一個工藝控制參數(shù),收到了良好效果。紀(jì)莊子污水處理廠也在A2/O系統(tǒng)厭氧段安裝了ORP在線測定儀表。
  
  混合液中的DO濃度越高,ORP值越高。要保證良好的脫氮除磷效果,厭氧段混合液的ORP應(yīng)小于-250mV,缺氧段應(yīng)控制在-100 mV左右。

  5、內(nèi)回流
  
  內(nèi)回流的作用是將經(jīng)過硝化反應(yīng)生成的硝酸鹽回流到缺氧區(qū)進(jìn)行反硝化,去除總氮。在實際運(yùn)行中,內(nèi)回流系統(tǒng)會增加污水處理廠的運(yùn)行能耗,而且,《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)二、三級標(biāo)準(zhǔn)對TN也不作要求,因此,取消內(nèi)回流在一般情況下同樣可以滿足出水水質(zhì)的要求。但是,在具體運(yùn)行過程中,我們根據(jù)A2/O生物池好養(yǎng)段的化驗數(shù)據(jù)對內(nèi)回流的啟停給予控制,當(dāng)發(fā)現(xiàn)好養(yǎng)段的硝酸鹽氮偏低時,開啟內(nèi)回流泵。
  
  以2006年4月份為例,1日~13日的硝酸鹽氮平均值為4.77mg/l;14日~30日的硝酸鹽氮平均值為11.06mg/l。2006年4月5日~13日開啟回流泵,其內(nèi)回流比在80%~108%之間,平均值為92%。

  三、總氮的去除效果分析

  廢水中存在著有機(jī)氮、氨氮、硝態(tài)氮等形式的氮,而其中以氨氮和有機(jī)氮為主要形式。在生物處理過程中,有機(jī)氮被異養(yǎng)微生物氧化分解,即通過氨化作用轉(zhuǎn)化為成氨氮,而后經(jīng)硝化過程轉(zhuǎn)化變?yōu)镹O3-N和NO2-N, 最后通過反硝化作用使硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)猓萑氪髿狻?br />   
  由此可見,進(jìn)行生物脫氮可分為氨化-硝化-反硝化三個步驟。由于氨化反應(yīng)速度很快。在一般廢水處理設(shè)施中均能完成,故生物脫氮的關(guān)鍵在于硝化和反硝化。

  1、硝化反應(yīng)
  
  硝化反應(yīng)是由自養(yǎng)型好氧微生物完成的,它包括兩個步驟,第一步是由亞硝酸菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮(NO-2);第二步則由硝酸菌將亞硝態(tài)氮進(jìn)一步氧化為硝態(tài)氮(NO-3)。這兩類菌統(tǒng)稱為硝化菌,它們利用無機(jī)碳化物如CO2-3、HCO-3、和CO2作為炭源,從NH+4、NH3、NO-2的氧化反應(yīng)中獲得能量,兩項反應(yīng)均需在有氧條件下進(jìn)行。
  
  硝化總反應(yīng)式(硝化+合成):

  NH+4+1.86O2+1.98HCO-3———→ 0.021C5H7NO2+1.04H2O+0.98NO-3+1.88H2CO3      ?。ㄊ?)


  2、反硝化反應(yīng)
  
  反硝化菌的主要作用是將硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮還原成氮?dú)猓磻?yīng)在無分子態(tài)氧的條件下進(jìn)行。反硝化菌大多是兼性的,在溶解氧濃度極低的環(huán)境中,它們利用硝酸鹽中的氧作為電子受體,有機(jī)物則作為碳源及電子供體提供能量并得到氧化穩(wěn)定。
  
  當(dāng)環(huán)境中缺乏有機(jī)物時,無機(jī)物如氫、Na2S等也可作為反硝化反應(yīng)的電子供體。微生物還可通過消耗自身的原生質(zhì)進(jìn)行所謂的內(nèi)源反硝化:

  C5H7O2N +4NO-3—→5CO2+2N2+NH3+4OH- (式5)

  可見,內(nèi)源反硝化的結(jié)果是細(xì)胞物質(zhì)的減少,并會有NH3的生成,因此,處理中不希望此種反應(yīng)占主導(dǎo)地位,而應(yīng)提供必要的碳源。

  3、炭源的作用

  因為反硝化細(xì)菌是在分解有機(jī)物的過程中進(jìn)行反硝化脫氮的,所以進(jìn)入缺氧段的污水中必須有充足的有機(jī)物,才能保證反硝化的順利進(jìn)行。從理論上講,當(dāng)污水的BOD5/TKN>2.86時,有機(jī)物即可滿足要求。但由于BOD5中的一些有機(jī)物并不能被反硝化細(xì)菌利用或迅速利用,而且另外一部分細(xì)菌在好氧段不進(jìn)行反硝化時,也需要有機(jī)物。因此,實際運(yùn)行中應(yīng)控制BOD5/TKN>4.0,最好在5.7之上。否則,應(yīng)外加炭源,補(bǔ)充有機(jī)物的不足。
  
  我們以兼具除磷脫氮功能的改建系統(tǒng)A2/O生物池,和以除磷為主要目的的新建系統(tǒng)A/O生物池為研究對象,選取了一季度1月、二季度5月、三季度9月的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析比較,詳見表-3。

階段

A2/0總氮去除率平均值

A/0總氮去除率平均值

BOD/TKN平均值

一月

82.67

78.53

3.5

五月

51.27

54.49

2.9

九月

42.05

35.02

2.5

  
  在表-3中,我們對BOD5、TKN進(jìn)行了分析。由于初沉池不能脫氮但卻具有一定的去除BOD5的作用,因此我們選用了進(jìn)水TKN和初沉池出水BOD5(注:2006年9月,由于與A2/O生物池對應(yīng)的初沉池進(jìn)行維修,所以進(jìn)水完全超越初沉池,直接進(jìn)入A2/O生物池,因此9月份分析數(shù)據(jù)中,我們用進(jìn)水BOD5替代了初沉池出水BOD5),進(jìn)行炭源方面的分析。
  
  由表-3,可知,總氮的去除效果與BOD5/TKN成線性關(guān)系,BOD5/TKN越低,總氮去除率也越低。
  
  因此,我們認(rèn)為,要有效提高總氮去除效果,必須保證BOD5/TKN>4.0,最好在5.7之上。否則,應(yīng)外加炭源,補(bǔ)充有機(jī)物的不足。常用的炭源是工業(yè)用甲醇,因為甲醇是一種不含氮的有機(jī)物,正常濃度下對細(xì)菌也沒有抑制作用。

  紀(jì)莊子污水處理廠A2/O工藝部分的拓展性試驗

  在實際運(yùn)行中,內(nèi)回流系統(tǒng)會增加污水處理廠的運(yùn)行能耗,而且,《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)二級標(biāo)準(zhǔn)對TN也不作要求。根據(jù)同濟(jì)大學(xué)任潔、顧國維等人的試驗:“在傳統(tǒng)A2/0工藝的內(nèi)回流取消、同時相應(yīng)加大污泥回流比,有機(jī)物和氮的去除效果同傳統(tǒng)A2/0工藝相當(dāng),除磷效果反而較優(yōu)。”我們在2006.7.4.17:00~2006.7.31.9:00期間做了相應(yīng)的試驗。
  
  我們關(guān)閉了A2/0工藝的內(nèi)回流,開啟3臺污泥回流泵,相應(yīng)調(diào)整新老系統(tǒng)的進(jìn)水量,使老系統(tǒng)的進(jìn)水量在滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的前提下,保持在較低水平,以求得到一個較高的外回流比。選取2006.7.6~2006.7.30期間的數(shù)據(jù)作為試驗階段的有效數(shù)據(jù),同時對試驗的前10天及后10天的數(shù)據(jù)也進(jìn)行了相應(yīng)的分析,詳見圖3。在圖3中,1~10、11~35、36~45分別反映的是試驗前10天、試驗期間、試驗后10天的波動情況。

  試驗期間及前后階段,總磷去除率的變化較為穩(wěn)定,試驗期間的數(shù)值與平時無明顯差別,但從其變化趨勢來看,依然細(xì)微的呈現(xiàn)出與外回流比的變化成正比的趨勢。因此,我們認(rèn)為取消A2/0工藝的內(nèi)回流、同時相應(yīng)加大污泥回流比的做法,對提高除磷效果無顯著作用。
  
  相對總磷去除率而言,氨氮去除率的變化波動較大。雖然氨氮去除率的波動幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于外回流比的波動幅度,但依然明顯的呈現(xiàn)出與回流比的變化成略微滯后的正比趨勢。因此,我們的結(jié)論與同濟(jì)大學(xué)任潔、顧國維等人的試驗結(jié)論相反,我們認(rèn)為取消A2/0工藝的內(nèi)回流、同時相應(yīng)加大并保持較高的污泥回流比的做法,有助于達(dá)到較高的脫氮效果。

  結(jié)論

  1、泥齡:在A2/O工藝中泥齡受硝化菌世代時間和除磷工藝兩方面的影響。權(quán)衡這兩方面,并結(jié)合實際運(yùn)行數(shù)據(jù),得出:A2/O工藝的泥齡一般為15~16天。

  2、生物池溶氧值的運(yùn)行控制是污水處理廠中至為重要的環(huán)節(jié),該運(yùn)行控制品質(zhì)的好壞,直接關(guān)系到出水質(zhì)量和污水廠的能耗的高低。溶解氧控制的主要目標(biāo)是:確保供氧量滿足有機(jī)物氧化分解過程動態(tài)變化的需要并且維持一個期望的混合液DO濃度:一般好氧段DO控制在2mg/L以上,而厭氧段和缺氧段,則DO越低越好,但由于回流和進(jìn)水的影響,應(yīng)保證厭氧段DO< 0.2mg/L,缺氧段DO< 0.5mg/L。用ORP來控制,則要保證厭氧段混合液的ORP應(yīng)小于-250mV,缺氧段應(yīng)控制在-100mV左右。

  3、要有效提高總氮去除效果,必須保證BOD5/TKN>4.0,最好在5.7之上。否則,應(yīng)外加炭源,補(bǔ)充有機(jī)物的不足。

  4、取消傳統(tǒng)A2/0工藝的內(nèi)回流、同時相應(yīng)加大污泥回流比,除磷效果同傳統(tǒng)A2/0工藝相當(dāng),氮的去除效果反而較優(yōu)。

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