程旭光 李巧浩 麥斯烺 趙承德 陳侃

【摘 要】反硝化除磷脫氮是利用反硝化聚磷菌，在缺氧環(huán)境下以NO3-作為電子受體來(lái)實(shí)現(xiàn)同步反硝化和過(guò)量吸磷作用，從而可以在低碳源情況下達(dá)到脫氮除磷目的。在此理論指導(dǎo)下，本文作者在A2/O微曝氧化溝工藝中進(jìn)行了實(shí)踐操作，得到較好的效果。

【關(guān)鍵詞】反硝化除磷；氧化溝

引言

排放污廢水中的磷是水體中磷的主要來(lái)源，其形態(tài)有正磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機(jī)磷，其中正磷酸鹽和聚磷酸鹽占絕大多數(shù)[1]。磷的去除有化學(xué)除磷和生物除磷兩種工藝，目前國(guó)家污水處理多使用生物除磷技術(shù)[2]，傳統(tǒng)生物除磷是利用聚磷菌的厭氧釋磷好氧超量吸磷特性，將磷以聚合的形態(tài)儲(chǔ)藏在菌體內(nèi)形成高磷污泥，通過(guò)排放富磷剩余污泥將磷排出系統(tǒng)外，達(dá)到從廢水中除磷的目的[3-6]，在這一生物除磷的過(guò)程中需要有充足碳源才能達(dá)到理想的去除效果。但是南方地區(qū)城市污水處理系統(tǒng)中往往是由于氣候及其他原因使得碳源不足，在通常的A2 /O微曝氧化溝工藝還需要補(bǔ)加部分碳源才能達(dá)到理想的氮、磷的去除效果， 導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用居高不下。

反硝化除磷脫氮能夠在碳源不足的情況下達(dá)到較好的除磷和脫氮。反硝化除磷脫氮是利用反硝化聚磷菌（Denitrifying Phosphate - accumulating Organisms， DNPAOs），在缺氧環(huán)境下以NO3-作為電子受體來(lái)實(shí)現(xiàn)同步反硝化和過(guò)量吸磷作用，從而可以在低碳源情況下達(dá)到脫氮除磷目的。在此理論指導(dǎo)下，本文作者在A2/O微曝氧化溝工藝中進(jìn)行了實(shí)踐操作，得到較好的效果。

1.南方某5萬(wàn)噸污水處理廠(chǎng)概況

1.1基本概況

該污水處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如下：

表1

項(xiàng)目/內(nèi)容 進(jìn)水（mg/L） 出水（mg/L） 去除率（%）

BOD5 120 20 83.3

CODCr 240 40 83.3

SS 150 20 86.6

NH3—N 25 8 68

磷酸鹽（以P計(jì)） 3 0.5 83.3

TN 30 20 33.3

TP（以P計(jì)） 4 1.0 62.5

該廠(chǎng)采用“A2/O微曝氧化溝”工藝，其核心就是氧化溝型式的“厭氧池+缺氧池+好氧池”有機(jī)一體化構(gòu)筑物。

氧化溝的平面設(shè)計(jì)圖如圖1。

該廠(chǎng)設(shè)計(jì)工藝參數(shù)具體為：氧化溝厭氧池2座，有效容積1643m3，停留時(shí)間為1.58h；氧化溝缺氧池2座，有效容積2710m3，停留時(shí)間為2.60h；氧化溝好氧池2座，有效池容7500m3，停留時(shí)間為7.20h，每座分布有20組曝氣管。

1.2問(wèn)題的提出

運(yùn)行過(guò)程中，出水總磷總體維持在0.6—0.8mg/L，時(shí)有超標(biāo)，大致在兩種情況下出現(xiàn)：一種是進(jìn)水濃度由低濃度轉(zhuǎn)變?yōu)檎舛葧r(shí)；另一種情況是進(jìn)水濃度由正常濃度轉(zhuǎn)變?yōu)檩^高濃度時(shí)。（COD低于80mg/L為低濃度，在80～130mg/L之間為正常濃度，高于130mg/L為較高濃度）針對(duì)此情況，筆者對(duì)氧化溝中總磷分布做了調(diào)查分析，從圖可知，各段總磷濃度的變化不是特別大。在厭氧段，由于聚磷菌利用厭氧環(huán)境開(kāi)始釋放磷，表現(xiàn)出比較高的磷濃度。而在缺氧段，一部分反硝化聚磷菌能在缺氧條件下同時(shí)脫氮除磷，去除率約為56.30%，而在好氧段由于碳源不足，進(jìn)入好氧段PHB明顯不足導(dǎo)致好氧聚磷菌對(duì)磷的去除不高，僅為4.72%。同時(shí)，2#池在厭氧段和缺氧段的總磷比1#池高，在好氧段2#池反而比1#池低，這可以說(shuō)明2#池在厭氧段磷的釋放比較多，來(lái)到缺氧段反硝化聚磷菌吸收磷也跟著提高。

圖1 氧化溝的平面圖

根據(jù)該污水處理廠(chǎng)COD、氨氮處理效果較好而總磷處理效果不理想，從實(shí)際的情況出發(fā)尋找有效的解決辦法。王曉蓮等人已證實(shí)在A2/O工藝中存在反硝化除磷現(xiàn)象，并取得了較好的脫氮除磷效果[7]。反硝化除磷菌可以在碳源不足的條件下，通過(guò)“一碳兩用”的方式同時(shí)實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮和吸磷過(guò)程。采用反硝化除磷工藝處理城市污水不僅可以節(jié)省曝氣量，還能減少剩余污泥量，從而降低投資和運(yùn)行費(fèi)用。

2.反硝化除磷在實(shí)際運(yùn)行中的應(yīng)用

A2/O微曝氧化溝工藝中，低碳源條件下通過(guò)控制缺氧區(qū)與好氧區(qū)的容積比來(lái)實(shí)現(xiàn)反硝化同步除磷脫氮。曹雪梅等人經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得出：在缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比分別為0.33、0.48、0.60的條件下，A2/O系統(tǒng)對(duì)總氮的平均去除率分別為68.04%、79.64%和85.70%，對(duì)總磷的平均去除率分別為85.38%、90.80%和96.84%，對(duì)COD的去除率均在90%以上。

圖2 生化系統(tǒng)各段總磷濃度變化圖

2.1調(diào)整缺氧區(qū)與好氧區(qū)的容積比后總磷去除情況

根據(jù)以上研究，筆者通過(guò)關(guān)閉好氧區(qū)前5組曝氣管（關(guān)閉這5組曝氣管所在的區(qū)域簡(jiǎn)稱(chēng)準(zhǔn)缺氧段）來(lái)提高缺氧區(qū)與好氧區(qū)的容積比，大約容積比為0.81，實(shí)際2次測(cè)得生化系統(tǒng)各段總磷濃度的變化如下：

圖3 調(diào)整后生化系統(tǒng)各段總磷濃度變化圖

從上面圖表可知，在厭氧段，聚磷菌利用厭氧環(huán)境開(kāi)始大量釋磷，污水中表現(xiàn)出高的磷濃度。而在缺氧段和準(zhǔn)缺氧段，反硝化聚磷菌在此區(qū)域利用在厭氧段儲(chǔ)存的PHB大量吸磷，同時(shí)氮也得到去除與厭氧段磷濃度相比，呈現(xiàn)較低的水平。對(duì)磷的去除主要集中在缺氧段和準(zhǔn)缺氧段，磷去除率達(dá)94.64%以上。好氧段好氧聚磷菌對(duì)磷去除率很低，基本上可以忽略不計(jì)。厭氧段到缺氧段區(qū)域磷的去除率38.39%以上，最高達(dá)到78.18%；缺氧段到好氧曝氣前區(qū)域磷的去除率80.00%以上，最高達(dá)到97.90%。

2.2繼續(xù)調(diào)整缺氧區(qū)與好氧區(qū)的容積比后可能出現(xiàn)的問(wèn)題

通過(guò)關(guān)閉好氧區(qū)前10組曝氣管來(lái)提高缺氧區(qū)與好氧區(qū)的容積比，大約容積比為1.72，實(shí)際測(cè)得好氧曝氣后的總磷低于0.02mg/L。但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)氨氮出水超標(biāo)問(wèn)題。

當(dāng)關(guān)閉好氧池的曝氣時(shí)，缺氧區(qū)與好氧區(qū)的容積比相應(yīng)地增大，系統(tǒng)出水COD基本變化不大，出水TP降低，但是當(dāng)關(guān)閉前10曝氣時(shí)，缺氧區(qū)與好氧區(qū)容積比達(dá)到1.72，出水氨氮出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，這是由于曝氣量不足導(dǎo)致好氧段的硝化反應(yīng)不完全造成出水氨氮超標(biāo)的現(xiàn)象。

3.調(diào)整中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法

3.1出水NH3-N超標(biāo)，甚至是出現(xiàn)了出水NH3-N大于進(jìn)水NH3-N。這可能是由于低負(fù)荷運(yùn)行，污泥自身氧化，同時(shí)在較小的區(qū)域出現(xiàn)過(guò)度曝氣造成污泥解體，游離細(xì)菌增多，同時(shí)蛋白質(zhì)是組成生命體的物質(zhì)，這些微生物本身也是有機(jī)物，有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，使測(cè)量氨氮高了，加上硝化反應(yīng)不佳，所以出水氨氮不降反升；還有可能是好氧區(qū)域太小，硝化時(shí)間不夠或溶解氧偏低時(shí)，氨氮轉(zhuǎn)化為硝基氮就不充足，自然出水氨氮就比進(jìn)水高了。

出現(xiàn)了出水NH3-N超標(biāo)時(shí)需要及時(shí)調(diào)整工藝：1）調(diào)高溶解氧，好氧末端溶解氧控制在2.5～3mg/L之間[8]；2）若缺氧段反硝化效率差，可以適當(dāng)?shù)卦龃蠡亓髁?，調(diào)整至800～1000m/h；3）進(jìn)水COD低了要適量減少排泥，避免污泥一繁殖就隨出水排出，沒(méi)有污泥齡的保證自然硝化菌無(wú)法形成，氨氮去除效果下降，因此需要保證污泥齡大于20d。

3.2長(zhǎng)期關(guān)閉曝氣管會(huì)造成所關(guān)閉的區(qū)域出現(xiàn)污水流速不夠，有沉泥情況，大量的沉泥出現(xiàn)不但會(huì)減少此區(qū)域的有效容積，也會(huì)造成曝氣管的堵塞。出現(xiàn)此種情況可以間隔一段時(shí)間開(kāi)啟曝氣2h，一般情況下該廠(chǎng)每一個(gè)星期開(kāi)啟2h曝氣，防止大量沉泥發(fā)生。

4.結(jié)論

4.1當(dāng)進(jìn)進(jìn)水水質(zhì)偏淡，有機(jī)物含量較低及污泥負(fù)荷偏低的情況下，在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上通過(guò)增加缺氧區(qū)的容積及減少好氧曝氣區(qū)的容積來(lái)實(shí)現(xiàn)低碳源條件下反硝化同步除磷脫氮，從而達(dá)到較佳的除磷脫氮效果。

4.2增加缺氧區(qū)與好氧區(qū)的容積比有利于提高曝氣效率，降低曝氣能耗，減少運(yùn)行費(fèi)用。當(dāng)缺氧區(qū)與好氧區(qū)的容積比增大時(shí)，系統(tǒng)的出水水質(zhì)變好，這是因?yàn)樵黾尤毖鯀^(qū)容積提高了缺氧區(qū)的水力停留時(shí)間以及反硝化除磷菌在聚磷菌中所占的比例，進(jìn)而提高了對(duì)有機(jī)物、氮及磷的去除率。一般情況下缺氧區(qū)與好氧區(qū)的容積比為0.8左右為宜。

4.3在A2/O工藝中的確存在著較好的反硝化除磷現(xiàn)象，缺氧區(qū)吸磷量占很高的比例。由于反硝化除磷脫氮現(xiàn)象的存在，很好地解決了反硝化菌和聚磷菌對(duì)碳源問(wèn)題產(chǎn)生的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了“一碳兩用”。

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