城市污水生化處理系統(tǒng)中總氮去除的影響因素分析

黃 寧 陳炳東

城市污水生化處理系統(tǒng)中總氮去除的影響因素分析

黃 寧1陳炳東2*

（1.東莞市環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心，廣東東莞 523011；2.東莞市匯海環(huán)?？萍加邢薰荆瑥V東東莞 523808）

總氮是城市污水處理的一項重要常規(guī)指標(biāo)，在我國現(xiàn)有的城市污水處理工藝中，生化系統(tǒng)中影響脫氮效率的因素主要包括缺氧池容積負(fù)荷、混合液回流比、污泥齡和水溫等。本研究通過中試試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)缺氧池HRT大于3 hr（對應(yīng)容積負(fù)荷0.24 kg TN·m-3·d-1）、混合液回流比大于150%、污泥齡不小于10 d、水溫高于20℃時，A2/O可以將平均值為30 mg/L的TN去除到10 mg/L以下，去除率接近70%，穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。

城市污水；總氮；A2/O；中試

目前我國已建成了一大批城市污水處理廠［1-2］。其中大部分污水處理廠都是按照一級B標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、施工和運(yùn)行［3］。但是，隨著我國水環(huán)境污染和水資源短缺問題的日益嚴(yán)重［4］，全國許多地區(qū)都開始執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)或較一級A更嚴(yán)的地方標(biāo)準(zhǔn)［5-6］。尤其是總氮作為城市污水處理的一項重要常規(guī)指標(biāo)，一直以來都是研究的重點(diǎn)［7］。在我國目前現(xiàn)有的城市污水處理工藝中，總氮主要通過生化作用去除，其降解過程主要通過氨化、硝化和反硝化作用去除［8］。本文通過中試研究，考察生化系統(tǒng)的主要參數(shù)對污水中總氮去除的影響。

1 試驗原理與方法

生物脫氮首先是在厭氧環(huán)境內(nèi)，通過氨化作用將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮；然后在好氧環(huán)境內(nèi)，通過硝化作用，將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮；隨后在缺氧環(huán)境內(nèi)，通過反硝化作用，將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，從水中逸出?］。

城市污水如果在厭氧環(huán)境停留時間較長，其氨化作用就較為徹底，厭氧出水的NH3-N/TN比值就較高。

硝化作用是由自養(yǎng)型好氧微生物完成，包括兩個步驟：第一步由亞硝酸菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽（；第二步則由硝酸菌將亞硝酸鹽進(jìn)一步氧化為硝酸鹽。這兩類菌統(tǒng)稱為硝化菌，它們利用無機(jī)碳化物如和CO2作碳源，從NH3、的氧化反應(yīng)中獲取能量［10］。其反應(yīng)方程式見式（1）和式（2）所示：

反硝化作用主要由反硝化細(xì)菌完成，其中有些是專性好氧細(xì)菌，有些是兼性厭氧細(xì)菌［11］。在有氧環(huán)境下專性好氧細(xì)菌利用分子氧進(jìn)行呼吸，氧化分解有機(jī)物；在無氧而有硝酸鹽存在的環(huán)境下，它們利用硝酸鹽中的氧進(jìn)行呼吸，氧化分解有機(jī)物，將硝態(tài)氮還原為N2或N2O，其反應(yīng)方程式為：

硝酸鹽還原為N2的過程為

在生化處理系統(tǒng)中決定脫氮的決定因素是反硝化過程，所以改變?nèi)毖醭厝莘e負(fù)荷、混合液回流比、污泥齡和水溫條件對反硝化速率的影響較大。

本研究依托于處理規(guī)模為100 t/d的A2/O工藝處理城市污水的中試試驗進(jìn)行生物脫氮的影響因素研究。

2 結(jié)果與討論

2.1 缺氧池容積負(fù)荷對TN去除的影響

缺氧池的容積負(fù)荷是生化系統(tǒng)去除TN反硝化反應(yīng)的主要影響因素。本研究考察了缺氧池的容積負(fù)荷對TN去除的影響。原水TN平均值為30 mg/L，不同缺氧池水力停留時間對應(yīng)的缺氧池TN容積負(fù)荷見表1所示。

表1 不同缺氧池水力停留時間對應(yīng)容積負(fù)荷

缺氧池水力停留時間在每個條件下運(yùn)行5天，其它實(shí)驗條件不變：污泥濃度2 500 mg/L，污泥齡10 d，好氧池溶解氧2 mg/L，缺氧池溶解氧0.1～0.2 mg/L，混合液回流比200%，污泥回流比50%，水溫18～20℃。生化系統(tǒng)進(jìn)出水TN濃度、去除率見圖1所示。

圖1 不同缺氧池水力停留時間條件下TN去除

由圖1可以看出，隨著缺氧池水力停留時間的增加，生化出水TN濃度逐漸降低，TN去除率逐漸升高，當(dāng)缺氧池水力停留時間大于3 hr，即缺氧池TN容積負(fù)荷高于0.24 kg TN·m-3·d-1時，TN去除率大于70%，且增速開始減慢。

2.2 混合液回流比對TN去除的影響

混合液回流比是影響TN反硝化反應(yīng)的一項重要影響因素。本研究在MLSS2 500 mg/L、SRT 10 d、好氧池DO 2 mg/L、缺氧池DO 0.1～0.2 mg/L、缺氧池HRT 3 hr、污泥回流比50%、水溫17～20℃的條件下，考察了混合液回流比分別為0、50%、100%、150%、200%、250%、300%、350%情況下的TN去除，每個條件實(shí)驗3天，結(jié)果為3日TN濃度平均值，去除結(jié)果見圖2所示。

圖2 不同混合液回流比條件下TN去除

式中ηTN：總氮去除率；R：混合液回流比

根據(jù)式7，在不同混合液回流比條件下，生化系統(tǒng)的TN去除率見圖2所示。從圖2可以看出TN實(shí)際去除率要大于理論去除率，這與正常情況下TN實(shí)際去除率小于理論去除率的情況不同，分析其原因，主要是因為本研究中在好氧池內(nèi)安裝了生物填料，該填料在表面好氧、內(nèi)部缺氧的情況下，具有一定的反硝化能力，所以TN實(shí)際去除率大于理論去除率。

2.3 污泥齡對TN去除的影響

在MLSS 2 500 mg/L、混合液回流比200%、好氧池DO 1.5 mg/L、缺氧池DO 0.1～0.2 mg/L、缺氧池HRT 3 hr、污泥回流比50%、水溫17～20℃的條件下，考察了SRT分別為5 d、6 d、7 d、8 d、9 d、10 d情況下的TN去除，每個條件實(shí)驗時間15天，結(jié)果TN去除結(jié)果見圖3所示。

由圖2可以看出，隨著混合液回流比的增加，TN去除率快速升高，從28%增至84.5%。當(dāng)混合液回流比大于150%時，出水TN濃度低于10 mg/L，實(shí)際去除率達(dá)到69.4%，然后去除率增長速度逐漸減緩。考慮能耗的因素，混合液回流比建議在150%～200%之間。

生化系統(tǒng)總氮理論去除率，見式（7）

圖3 不同污泥齡條件下TN去除

由圖3可以看出，隨著污泥齡的增加，TN去除率逐漸提高，且成近似線性關(guān)系，所以污泥齡越高，TN去除率越高。

2.4 水溫對TN去除的影響

在MLSS 2 500 mg/L、混合液回流比200%、好氧池DO 1.5 mg/L、缺氧池DO 0.1～0.2 mg/L、缺氧池HRT 3 hr、污泥回流比50%、SRT 10 d的條件下，考察了水溫15～26℃的TN去除結(jié)果，見圖4所示。

圖4 不同水溫條件下TN去除

由圖4可以看出，隨著溫度的升高，TN去除率也逐漸提高，當(dāng)溫度低于20℃時，TN去除率較低；當(dāng)溫度高于20℃時，TN去除率較高。

3 結(jié)語

本文考察了A2/O生化處理工藝中，缺氧池容積負(fù)荷、混合液回流比、污泥齡和水溫4個因素對TN去除的影響，研究結(jié)果表明：缺氧池水力停留時間大于3 hr，即容積負(fù)荷高于0.24 kg TN·m-3· d-1時，TN去除率大于70%，然后增速逐漸變慢；混合液回流比對TN去除的影響較大，TN去除隨混合液回流比的提高而增加，當(dāng)混合液回流比大于150%時，出水TN濃度低于10 mg/L，去除率接近70%，即穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)；污泥齡越長，TN的去除率越高，建議污泥齡不小于10 d，通過填料可以延長附著在填料上污泥的污泥齡；溫度對TN的去除有一定影響，但當(dāng)水溫高于20℃時，其變化對TN的去除影響不大。

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An Analysis of Removal of Total Nitrogen in A2O System for Treating Municipal Wastewater

HUANG Ning1CHEN Bing-dong2

（1.Industry Center of Dongguan Environment Protection，Dongguan 523011，China；2.Huihai Environmental Protection Technology Co.Ltd，Dongguan 523808，China）

A pilot scale A2O system is used for investigating the main parameters which influence the removal of total nitrogen.The results reveal that，tore duce the total nitrogen from 30mg/L toless than 10mg/L which canmeet the first-class A permitted criteria of municipal wastewater treatment plants，the volume load of the anoxic pond should be larger than 3 hr（corresponding volumetric loading of0.24 kg TN·m-3·d-1），the reflux ratio of the mixed liruid should exceed 150%，the sludge age should not less than 10 d and the water temperature should be higher than 20℃.The results can be applied to the removal of the total nitrogen in municipal wastewater treatment plant.

municipal wastewater；total nitrogen；A2/O；pilot study

X703

A

1009-0312（2014）03-0069-05

2013-10-18

國家水體污染控制與治理科技重大專項（2012ZX07206004-04）。

*通訊作者：陳炳東（1989—），男，福建安溪人，主要從事環(huán)境應(yīng)急與環(huán)保技術(shù)研究。