不同回流比条件下置入a

不同回流比条件下置入a

在中国的废水处理厂中，传统的活性废水法主要用于处理，而传统的活性废水法对氮和磷的去除效果有限。随着水体富营养化问题日益严重,国家对氮磷排放要求日益严格,绝大多数不具备脱氮除磷功能的城市污水处理厂都面临着艰巨改造任务。而传统生物脱氮除磷技术一般采用厌氧、缺氧及好氧布置顺序,利用几套回流系统来完成污泥接种、反硝化以及好氧吸磷反应,整个工艺流程复杂,改造难度较大。倒置A2/O工艺仅要求污泥回流,不设硝化液内回流,非常适合传统污水处理厂的脱氮除磷改造,前期研究表明,倒置A2/O工艺具有脱氮除磷效果稳定、运行管理方便简单等特点。本文在前期研究的基础上,在青岛市某污水处理厂进行生产性试验研究,比较倒置A2/O工艺与改良A2/O工艺在脱氮除磷效果上的差异。1试验条件和方法1.1污水处理厂和回污厂生产性试验所在的污水处理厂设计规模为10万m3/d,设计采用改良A2/O工艺,是在常规A2/O工艺前增加了一个回流污泥反硝化段,污水处理厂工艺流程见图1。处理水质为高浓度城市污水,2000年4月投入运行。污水厂初沉池和二沉池为平流式沉淀池,生物池平行设四格,每格设回流污泥反硝化、生物除磷、反硝化、调节区、硝化及除气区6个区。污泥处理为一级中温消化,采用短柄螺旋桨机械搅拌,投配率为6%,设污泥消化池4座。1.2试验水质1.3工艺对比及结果生产性试验期间将生化池分为两组,其中一组生化池内硝化液回流管道阀门及硝化液回流泵关闭,仅开放污泥回流管,工艺运行方式由改良A2/O工艺改为倒置A2/O工艺;维持另外一组运行条件不变,保持工艺运行条件为原来的改良A2/O工艺。两种工艺进水均来自初沉池出水,以对比两种工艺在完全平行条件下氮磷去除效果的不同。改良A2/O工艺与倒置A2/O工艺流程图分别见图1、图2。生产性试验分三阶段进行:第一阶段将倒置A2/O工艺与改良A2/O工艺污泥回流比控制为相同的100%~150%之间,改良A2/O工艺硝化液回流比为300%,试验周期6个月;第二阶段适当扩大倒置A2/O工艺污泥回流比,使之达到200%左右,而改良A2/O工艺污泥回流比仍保持100%,硝化液回流为300%,考察氮磷去除效果的变化,并对两种工艺污染物去除效果进行比较,试验周期6个月;第三阶段主要考察能否通过缩短初沉池水力停留时间缓解生物脱氮除磷之间的碳源矛盾,试验周期约5个月。1.4分光光度法COD:快速铬法;BOD5:标准稀释法;NH3-N:纳氏试剂分光光度法;NO3--N:马钱子碱分光光度法;PO43--P/TP:钼锑抗分光光度法;DO及水温:溶解氧测定仪。2结果与讨论2.1cod、tp的去除效果一般认为,倒置A2/O工艺由于取消了硝化液内回流,为了维持较高的脱氮效果,应该提高其污泥回流量,增大污泥回流比。本阶段考察倒置A2/O工艺处于较小污泥回流比情况下脱氮除磷效果,并与改良A2/O工艺进行比较。本阶段两种工艺除硝化液回流存在差异外,其他工艺运行参数保持一致:平均水力停留时间20h,平均泥龄12d,好氧区末端平均溶解氧浓度2.1mg/L;倒置A2/O工艺平均MLSS为3000mg/L,平均污泥回流比120%;改良A2/O工艺平均MLSS为3340mg/L,平均污泥回流比120%,硝化液内回流比为300%。第一阶段试验进、出水各项指标平均值见表1。选取具有代表性的五月份试验结果进行分析讨论,图3、4分别是两种工艺五月份NH3-N、TP去除率比较图,图5为两种工艺五月份出水硝酸盐浓度变化图。表1显示,本阶段倒置A2/O工艺和改良A2/O工艺COD平均去除率分别为90%和91%;BOD平均去除率分别为95%和94%,这说明在有机物去除效率上两种工艺基本相当。从表1和图3可以看出,两种工艺在NH3-N去除上也差别不大,去除率基本都在90%~100%之间,这说明在温度适宜的条件下,两种工艺都会保持较高的硝化效率。在整个五月份,TP的去除率变化较大,主要原因是因为5月14日以后中途提升泵站故障,污水在泵站调节池内混合后,水质发生较大变化,污水厂进水COD和BOD5浓度下降,而进水氮磷浓度并没有对应下降,因而激化了生物脱氮除磷存在的碳源矛盾,TP去除效率下降。图4和表1还显示,两种工艺在进水水质比较稳定时,对TP去除率均较高,倒置A2/O工艺平均除磷效率比改良A2/O工艺平均TP去除率略高约5%。在倒置A2/O工艺以较小污泥回流比运行时,TP去除率仍高于改良A2/O工艺,这说明倒置A2/O工艺不仅没有因为将厌氧段后置而降低系统除磷效率,反而因为这种布置形式使除磷效率有所提高。倒置A2/O工艺将厌氧释磷段置于缺氧段之后,虽然减少了用于厌氧释磷的有效碳源数量,但是释磷后聚磷微生物直接进入好氧吸磷区,其在厌氧释磷段所积聚能源物质可以更好的用于好氧吸磷反应,因此在同等程度碳源条件下,倒置A2/O工艺除磷效率高于改良A2/O工艺。改良A2/O工艺系统内聚磷微生物在厌氧释磷后进入缺氧段,部分聚磷微生物在缺氧段利用硝酸盐为电子受体进行吸磷,这种吸磷反应在效率上大大低于利用氧气为电子受体的吸磷反应,使聚磷微生物厌氧条件下胞内积聚的能源物质利用效率大为下降,整个系统除磷总体效率不能得到充分发挥。图5显示,在正常进水水质条件下,以回流比120%、硝化液回流比300%运行的改良A2/O工艺出水NO3--N浓度与以污泥回流120%运行的倒置A2/O工艺相差不大,这说明倒置A2/O工艺在较低的污泥回流比条件下运行时仍可以保证良好脱氮效果,一方面是因为倒置A2/O工艺由于将缺氧段置于整个流程的最前端,进水碳源优先满足缺氧反硝化需要,提高了反硝化的效率;另一方面可能是由于好氧区同步硝化反硝化作用存在所导致。图5还显示,在进水水质发生变化,可利用有效碳源数量减少时,两种工艺出水硝酸盐浓度上升较为明显,这说明当水质条件发生波动时,两种工艺的生物脱氮性能均会随之发生变化。2.2硝化效果对比第二阶段试验加大倒置A2/O工艺的污泥回流比为200%,考察污泥回流比扩大后脱氮除磷效率上与改良A2/O工艺的差异。改良A2/O工艺污泥回流比仍保持100%左右,硝化液内回流保持300%。两种工艺其他运行参数保持相同:平均理论水力停留时间20h,平均泥龄15d,好氧区末端平均溶解氧浓度2.6mg/L,进水平均温度15℃。本此工况条件下各项出水指标平均结果见表2。由表2可以看出,第二阶段两种工艺的硝化效果较之第一阶段明显变差,NH3-N去除率比第一阶段下降10%左右,其主要原因是本阶段试验所处季节为秋冬季,进水温度随着气温下降而降低,最低时进水水温只有10℃左右。有研究表明,当进水温度在13℃以下时硝化效果就会明显恶化。比较第二阶段和第一阶段氮、磷去除效率之间的差异可以发现,改良A2/O工艺TP去除效率下降了6%,这主要是由于温度下降造成的。对比倒置A2/O工艺TP去除效率,可以看出,第二阶段TP去除效率反而比第一阶段提高了2%,这种现象说明由于提高了倒置A2/O工艺污泥回流比,参与厌氧、好氧交替环境微生物的数量增加,使得本阶段即使微生物受低温抑制,仍能在总体上不降低除磷效率。第二阶段两种工艺TP去除率有了明显的差异,倒置A2/O工艺TP去除率超过改良A2/O工艺13%,这更加证明倒置A2/O工艺比之改良A2/O工艺在除磷上所具有的优势。第二阶段改良A2/O工艺出水NO3--N浓度比上阶段略有上升,这种现象反映出反硝化效率同样也会受低温影响,而倒置A2/O工艺出水NO3--N却浓度比之第一阶段略有降低,这说明提高倒置A2/O工艺的污泥回流比可以提高倒置A2/O工艺反硝化效率。2.3第三阶段生物池水力停留时间第三阶段将生物池运行状态全部改为倒置A2/O工艺,研究缩短初沉池水力停留时间是否可以缓解生物脱氮除磷之间的碳源矛盾。污水处理厂初沉池设计停留时间为1.5h,由于试验期间污水厂实际进水量不到设计水量的一半,且该厂为了达到利用初沉污泥产生沼气,带动沼气风机工作目的,将8组初沉池全部投入使用,通过加大初沉池截留作用,增加进入污泥消化池的有机物数量(初沉池污泥进入消化池),致使初沉池实际停留时间达到3.0h。第三阶段将原来运行8组初沉池改为运行4组初沉池,通过较少初沉池运行数量,缩短初沉池水力停留时间,减小初沉池对进水有机物的截留,增加进入生化池有机物的量,以缓解脱氮除磷之间的碳源矛盾。倒置A2/O工艺控制参数与第一阶段倒置A2/O工艺运行参数相同。第三阶段试验结果及工况参数与第一阶段的比较分别见表3和表4。由表4可以看出,调整初沉池水力停留时间后,生物池进水COD和BOD5的浓度比水质条件与第三阶段相似的第一阶段有了明显提高,第一阶段初沉池对COD和BOD5的去除率分别为32.1%和35.7%,第三阶段降低为28.5%和25.8%,说明通过缩短初沉池水力停留时间可以减少通过初沉池去除掉的进水碳源,从而缓解了生物脱氮除磷之间的碳源矛盾。本阶段虽然进水TP浓度比第一阶段有所升高,但TP去除率基本与第一阶段相当,仍然维持了较高水平。生物池进水有机物浓度的提高另一方面使得生物池污泥浓度得到提高,第三阶段的平均MLSS由第一阶段的3000mg/L上升到3601mg/L,污泥浓度提高可以增加生物池内微生物量,降低处理负荷。一般认为,好氧区污泥浓度的提高会增加好氧区同步硝化反硝化现象发生的几率,提高脱氮效率。在第三阶段进水NH3-N平均浓度达到83.9mg/L,且硝化效率达到97.4%情况下,系统出水硝酸盐浓度并未见大幅度上升,说明反硝化效率较高。3优化污泥回流比,提高脱氮效率由于倒置A2/O工艺将厌氧段放置于缺氧段之后,聚磷微生物厌氧释磷后直接进入好氧吸磷区,其在厌氧释磷段所积聚能源物质在好氧条件下利用效率明显高于改良A2/O工艺布置形式。两种工艺的生产性对比试验表明,当水质条件适宜时,倒置A2/O工艺即使在较小污泥回流比的条件下,也可以达到与改良A2/O工艺相当的脱氮效果,且其除磷效果优于改良A2/O工艺;提高倒置A2/O工艺污泥回流比为200%左右时,倒置A2/O工