在改良AAO工藝中建立同步硝化反硝化和反硝化除磷工藝

譚銓憲 葉偉寧 張海飛 何志

深圳市南方水務(wù)有限公司 鵝公嶺污水處理廠 深圳 518111

摘要：在水處理過程中，工藝的選擇往往關(guān)系到水處理的最終效果?；谀壳八幚淼墓に嚢l(fā)展，改良的AAO工藝得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了積極的應(yīng)用效果。但是考慮到改良AAO工藝的特殊性并結(jié)合實際，只有在改良AAO工藝中建立同步硝化反硝化和反硝化除磷反應(yīng)，才能達(dá)到提高工藝、出水效果及降低運(yùn)行費(fèi)用的目的?；谶@一認(rèn)識，我們應(yīng)認(rèn)真分析改良AAO、同步硝化反硝化和反硝化除磷工藝的特點，主要是想，根據(jù)工藝要求，重點做好同步硝化反硝化和反硝化除磷工藝的建立，保證改良AAO工藝優(yōu)化后能夠取得積極的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：改良AAO工藝；同步硝化反硝化工藝；反硝化除磷工藝

一、前言

在污水處理廠中，污水的處理效果是衡量污水處理廠整體效益的關(guān)鍵指標(biāo)。然而，改良AAO已不能滿足目前污水的碳源低、磷和氮負(fù)荷高的外部環(huán)境，通過對污水處理廠的工作過程進(jìn)行分析后可知，根據(jù)污水處理廠的現(xiàn)實需要，考慮到污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)特征和節(jié)能降耗需求的現(xiàn)狀，只有積極應(yīng)用改良AA/O工藝，并在此基礎(chǔ)上建立SND和反硝化除磷工藝，才能保證污水處理廠的水處理效果滿足實際需要，并達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。基于這一認(rèn)識，我們應(yīng)在改良AAO工藝運(yùn)行建立優(yōu)化控制的條件和策略引，并討論其影響的因素，實現(xiàn)高效的脫氮除磷功能，提高污水處理效果。

二、SND和反硝化除磷工藝的原理和特點

根據(jù)傳統(tǒng)生物脫氮理論，脫氮途徑一般包括硝化和反硝化2個過程，而在時間或空間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個反應(yīng)器中進(jìn)行，即同步硝化反硝化（SND）。

反硝化除磷是利用厭氧/缺氧交替環(huán)境來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的厭氧/好氧環(huán)境來培養(yǎng)出一種以硝酸根作為最終電子受體的反硝化聚磷菌（DPB）為優(yōu)勢菌種，通過其代謝作用來同時完成過量吸磷和反硝化作用而達(dá)到脫氮除磷的雙重目的。

SND和反硝化除磷相結(jié)合的特點是應(yīng)用于城市污水處理時不但能克服碳源不足，處理相對來較高的氮和磷負(fù)荷；而且能節(jié)省曝氣量，減少回流量和剩余污泥量，有節(jié)能降耗的效果。

三、在改良AAO工藝中建立SND和反硝化除磷工藝的主要需求

從當(dāng)前污水處理廠的工況指標(biāo)和處理出水效果需求來看，改良AAO工藝已經(jīng)難以滿足水處理需要，結(jié)合污水處理廠的污水處理實際，之所以要在改良AAO工藝中建立同步硝化反硝化工藝，其主要需求主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.AA/O工藝存在的主要問題

氮磷的去除較復(fù)雜，涉及釋磷、吸磷及硝化和反硝化等多個生化反應(yīng)過程。而且這些過程產(chǎn)生了不同程度的矛盾關(guān)系，如碳源、泥齡、硝酸鹽、硝化和反硝化容量、釋磷和吸磷容量等問題。這些矛盾的本質(zhì)主要是多種功能細(xì)菌群共存于同一個污泥系統(tǒng)，各種細(xì)菌所要求的最適宜條件各不相同，系統(tǒng)不能同時滿足不同細(xì)菌的最佳需求，必然造成功能菌群之間的競爭。功能菌群對環(huán)境、營養(yǎng)物質(zhì)和生存空間的競爭就構(gòu)成了AA/O工藝在實際應(yīng)用中達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)存在一定的難度和局限。

2.污水處理廠中碳源不足、氮和磷的含量高，決定了在改良AAO工藝中建立SND和反硝化除磷工藝

從污水處理廠進(jìn)水的現(xiàn)有檢驗指標(biāo)來看，污水中碳源嚴(yán)重不足、氮和磷的含量非常高，提高了污水處理的難度。在針對污水中的氮和磷的處理過程中，改良AAO工藝取得了積極的應(yīng)用效果。但是考慮到污水中氮和磷超標(biāo)嚴(yán)重的情況，單純采用改良AAO工藝已經(jīng)難以滿足污水處理要求。經(jīng)過對水處理工藝進(jìn)行研究后可知，在改良AAO工藝中建立SND和反硝化除工藝，是提高污水處理效果和降低水中氮和磷含量的有效措施。因此，原污水中營養(yǎng)比例嚴(yán)重失衡是推動在改良AAO工藝中建立SND和反硝化除磷工藝的重要因素。

3.污水處理廠節(jié)能降耗任務(wù)的現(xiàn)實需求

在污水處理廠的水處理過程中，基于節(jié)能降耗的必然需求，要想滿足節(jié)能降耗需要，就要從污水處理工藝入手，確保污水處理工藝能夠在實效性上滿足需要。根據(jù)這一需求，結(jié)合當(dāng)前污水處理的先進(jìn)工藝和成熟的處理經(jīng)驗，改良AAO工藝具有廣泛的應(yīng)用前景。除此之外，在改良AA/O工藝中建立SND和反硝化除磷工藝，也是對AA/O工藝的重要補(bǔ)充。

四、實現(xiàn)SND和DNPAOs相結(jié)合的途徑

由于硝化菌的好氧特性和反硝化聚磷菌的聚磷特性，很可能在好氧區(qū)和缺氧區(qū)中實現(xiàn)SND和反硝化除磷。

1.利用好氧活性污泥絮體中的缺氧區(qū)來實現(xiàn)。

2.利用缺氧池功能環(huán)境來實現(xiàn)。

3.利用好氧池安裝的曝氣裝置本身就不可能完全地均勻曝氣而出現(xiàn)的局部缺氧/好氧交替的環(huán)境實現(xiàn)。

要實現(xiàn)以上目的及高效的同步硝化反硝化和反硝化除磷效果，必需創(chuàng)造以下條件：

1.維持低溶解氧濃度。

2.進(jìn)水應(yīng)有足夠的碳源，并在流動過程中盡量減少碳源被氧化。

3.好氧池內(nèi)應(yīng)維持較大尺度的活性污泥。

五、建立SND和反硝化除磷工藝的具體過程分析

下面以鵝公嶺污水處理廠工程為實例淺析建立SND和反硝化除磷工藝的過程及討論。

1.鵝公嶺污水處理廠主要概況

污水處理廠于2011年投產(chǎn)，設(shè)計處理規(guī)模5萬m3/日，采用改良AA/O工藝，出水濃度執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)。

生化池分成兩組，每組進(jìn)水依次經(jīng)預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)；混合液回流至缺氧區(qū)，污泥回流至預(yù)缺氧區(qū)。厭氧區(qū)和缺氧區(qū)有ORP儀，好氧區(qū)末端有DO儀和MLSS儀在線監(jiān)測。好氧區(qū)分為4格室，每格有7個空氣閥門以控制供氧大小，兩組池各有一個空氣總閥門。

主要設(shè)備參數(shù)：提升泵Q=1400m3/h，3用一備；電磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)Q=6000m3/h，P=190KW，2臺。

污水特征：進(jìn)水濃度COD偏低，BOD/COD<0.4；磷和氮含量偏高，TP經(jīng)常超出設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)1～2倍，偶爾超出2～3倍，冬天濃度高尤為明顯。

2.SND和反硝化除磷工藝相結(jié)合的建立

根據(jù)往年經(jīng)驗，該廠好氧末端DO濃度控制在2～3mg/L時，出水氮的主要產(chǎn)物是硝酸鹽，氨氮和亞硝酸鹽氮濃度都接近于0。因此，為實現(xiàn)目的，建立過程分二個運(yùn)行階段Ⅰ和Ⅱ，相應(yīng)DO濃度分別為1.2±0.2mg/L和0.6±0.2mg/L。

為避免低DO濃度運(yùn)行造成出水氨氮濃度超標(biāo)，基于工藝和水質(zhì)正常時的運(yùn)行經(jīng)驗，對1#和2#生化池分別進(jìn)行階段Ⅰ和階段Ⅱ試運(yùn)行。2014年6月開始，調(diào)節(jié)生物池上的空氣閥門，將1#好氧區(qū)1和2格室的DO濃度控制在2～3mg/L，3和4格室的DO濃度控制在1.2±0.2mg/L；將2#好氧區(qū)1和2格室的DO濃度控制在1.5～2.0mg/L，3和4格室的DO濃度控制在0.6±0.2mg/L。在試運(yùn)行中定期從生化池的缺氧區(qū)和好氧區(qū)的不同棋格室收集水樣，對COD、氨氮、（亞）硝酸鹽氮、總氮、總磷、磷酸鹽、好氧池前中端DO進(jìn)行定期監(jiān)測，而對PH、ORP、MLSS和池末端DO每天在線監(jiān)測。

經(jīng)過2個污泥齡周期的調(diào)整和運(yùn)行，整理監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：A、當(dāng)好氧池末端DO濃度控制到1.2±0.2mg/L時，好氧池出水氨氮濃度上升，但幅度微小，硝酸鹽濃度降低，回流至缺氧區(qū)的硝酸鹽濃度也隨之降低，但是氨氮濃度在缺氧區(qū)出現(xiàn)大幅度下降，說明出現(xiàn)了SND現(xiàn)象；缺氧池前后端磷濃度下降，說明出現(xiàn)了吸磷現(xiàn)象。B、當(dāng)好氧池末端DO濃度控制到0.6±0.2mg/L時，出水亞硝酸鹽濃度上升，那么回流至缺氧區(qū)的硝酸鹽濃度較低，缺氧吸磷時缺乏電子受體，導(dǎo)致缺氧區(qū)磷的去除率下降，雖然氨氮濃度下降梯度變小，硝化速率下降，但是出水總氮去除率增加了，反硝化速率有所上升，SND程度上升。至此，在實際工程的改良AA/O中已成功初步建立SND和反硝化除磷。取得明顯效果后，兩組生化池末端DO濃度均控制在0.6±0.2mg/L。

3.運(yùn)行結(jié)果及討論

成功建立了SND和反硝化除磷工藝后，經(jīng)過2個月的試運(yùn)行，取得了良好的工藝、出水和節(jié)能效果。

1）磷和氮的去除效果得到明顯的提升。缺氧除磷量占總除磷量的80%以上，平均生物去除率達(dá)到95%以上，總氮去除率達(dá)到83%，這與王曉蓮等研究報道基本一致。同時，減少了化學(xué)輔助除磷藥劑在進(jìn)水總磷嚴(yán)重超過設(shè)計值的情況下的投加量。

2）碳源得到有效利用。SND的出現(xiàn)使得出水硝酸鹽濃度降低，減少了污泥回流至預(yù)缺氧區(qū)的硝酸鹽濃度，從而減小了COD的初始消耗；低DO濃度運(yùn)行，亞硝酸鹽氮出現(xiàn)并累積，回流至缺氧區(qū)時直接被還原，跳過了 轉(zhuǎn)為 這個環(huán)節(jié)，節(jié)省了碳源。

3）污泥的沉降性能明顯提升。污泥濃度有所上升，但是SV30和SVI出現(xiàn)明顯下降，分別由原來60～70和100～110降至20～30和60～70，二沉池池面由微混濁和漂泥變得非常清澈，污泥的沉降性能明顯提高。

4）良好的節(jié)能效果。改良AA/O工藝DO一般控制在2mg/L左右，優(yōu)化工藝后DO控制在0.6mg/L左右。若進(jìn)水水質(zhì)濃度在正常范圍內(nèi)，供氧量由4500m3/h降到3000m3/h，可節(jié)省供氧量33%。

4.實踐的經(jīng)驗總結(jié)

由于SND和反硝化除磷工藝的工程運(yùn)用尚不夠完善，筆者結(jié)合學(xué)者研究和實踐經(jīng)驗進(jìn)行了簡單的總結(jié)。

1）低DO濃度控制是最關(guān)鍵的一環(huán)。厭氧區(qū)和缺氧區(qū)的DO濃度應(yīng)保持在0.2mg/L以下，只有保證嚴(yán)格的DO濃度，使缺氧硝化和反硝化反應(yīng)、厭氧釋磷與缺氧吸磷處于平衡狀態(tài)，才能取得高效的脫氮除磷。所以說，操作人員需要很好地控制DO。需要注意的是，長期低DO濃度運(yùn)行，可引起污泥膨脹；適當(dāng)提高好氧池前端的DO，可有效解決這個問題。

2）配合ORP參數(shù)進(jìn)行指導(dǎo)。實際運(yùn)行中，我們還結(jié)合厭氧區(qū)的ORP參數(shù)輔助調(diào)整，若ORP在-200mv～-300mv，我們發(fā)現(xiàn)總磷的去除率極高，達(dá)95%以上。

3）適當(dāng)提高污泥濃度，延長污泥齡。高濃度的污泥混合液有利于污泥絮凝，更可能存在一個缺氧區(qū)，形成有利于反硝化的微環(huán)境，過分地充氧，必然是氣泡的劇烈擾動，活性污泥顆粒很難長大。污泥齡延長，污泥易于在系統(tǒng)內(nèi)絮凝。

4）維持充足的碳源。系統(tǒng)內(nèi)功能菌群的特性及電子受體的存在形式和COD有密切的關(guān)系。本文介紹建立的工藝雖然在一定程度上克服了碳源的不足，但若進(jìn)水COD濃度過低，無論如何調(diào)整工藝將無法讓出水水質(zhì)達(dá)到理想的效果。

5）合適的混合液回流比?；旌弦夯亓髁窟^低，向缺氧區(qū)提供不了足夠的硝酸鹽，而缺氧吸磷需要以硝酸根作為電子受體?；亓髁窟^高，大部分污泥不能完整地經(jīng)歷厭氧釋磷、缺氧吸磷和好氧吸磷反應(yīng)過程。

整體來說，各個條件之間的關(guān)聯(lián)性非常強(qiáng)，要想使建立的系統(tǒng)處于優(yōu)化并長期穩(wěn)定的狀態(tài)，了解微生物變化及組成才是控制生物脫氮除磷、同步硝化反硝化脫氮、反硝化除磷系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵。遺憾的是，由于條件的限制及水量水質(zhì)濃度波動的外部環(huán)境，筆者未能更深入地進(jìn)行實踐。

六、結(jié)論

實踐證明，通過對系統(tǒng)DO濃度的有效控制在改良AA/O工藝中建立穩(wěn)定SND和反硝化除磷性能是可行的。當(dāng)進(jìn)水濃度在設(shè)計值內(nèi)或超出其范圍不大且碳源充足的情況下，DO控制在0.6±0.2mg/L時，出水優(yōu)于一級A標(biāo)準(zhǔn)。

在改良AA/O工藝上建立SND和反硝化除磷，其優(yōu)勢表現(xiàn)在：在不改變現(xiàn)在反應(yīng)容器的前提下，提高處理負(fù)荷；有效利用碳源，現(xiàn)有工藝結(jié)構(gòu)條件下提高磷和氮的去除率；低DO濃度運(yùn)行，節(jié)省供氧能耗；減少內(nèi)回流泵的能耗。

通過試運(yùn)行和本文的淺析可知，在污水處理廠中，在改良AAO工藝中建立SND和DNPAOs是提高污水處理質(zhì)量的必然選擇。之所以這樣認(rèn)為，主要是因為同步硝化反硝化因為具有能耗低、物耗低、反應(yīng)器容積小、操作靈活、具有較高的脫氮除磷效果等諸多優(yōu)點，受到人們的關(guān)注。目前，國內(nèi)外學(xué)者對同步硝化反硝化研究尚處于實驗室階段，對其作用機(jī)理及動力學(xué)模型正在做進(jìn)一步的研究工作，對SND和反硝化除磷技術(shù)進(jìn)行深入研究，為其在實際的設(shè)計及運(yùn)行中提供理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)，是擺在水處理工作者面前的重任。因此，我們應(yīng)認(rèn)真分析改良AAO工藝中建立SND和DNPAOs的必要性，并提高其構(gòu)建的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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（一）室內(nèi)消火栓的設(shè)置范圍

（1）高層建筑的主體及裙房內(nèi)；（2）消防電梯前室或與防煙樓梯間的合用前室內(nèi)，方便消防隊員盡快利用消火栓向火災(zāi)發(fā)起進(jìn)攻和開辟通道；（3）避難層內(nèi)設(shè)置用于人員自救保護(hù)；（4）屋頂或直升飛機(jī)停機(jī)坪處，用于檢查消火栓壓力和防止火災(zāi)蔓延至頂層及保護(hù)人員的作用；（5）室內(nèi)消火栓箱內(nèi)應(yīng)設(shè)消防卷盤，用于非消防專業(yè)人員撲救初起火災(zāi)。

（二）室內(nèi)消火栓設(shè)置的技術(shù)要求

（1）消火栓充實水柱需經(jīng)水力計算，且不小于13 m，以避免濃煙高熱對滅火工作的影響，又能保證消防隊員正常使用；（2）消火栓間距在高層內(nèi)不大于30 m，在裙房內(nèi)不大于50 m，保證兩股充實水柱同時到達(dá)同層內(nèi)任何部位；（3）采用分區(qū)給水系統(tǒng)，有串聯(lián)供水和并聯(lián)供水兩種方式，當(dāng)消火栓栓口處的出水壓力大于0.5 MPa 時，應(yīng)設(shè)減壓裝置；（4）屋頂水箱。為了保證初起火災(zāi)時消防用水量和消防水壓的要求，超高層建筑屋頂水箱設(shè)置高度應(yīng)滿足最不利點消火栓靜水壓力0.15 MPa。不能滿足時，應(yīng)設(shè)氣壓水罐或穩(wěn)壓泵等增壓設(shè)施。如是并聯(lián)給水方式，其分區(qū)消防水箱的容量應(yīng)與高位消防水箱的容量相同，發(fā)生火災(zāi)時，消防水泵供給的消防用水應(yīng)進(jìn)入高位水箱，而串聯(lián)給水方式中是允許的；（5）水泵接合器。在消防車供水壓力范圍內(nèi)的各個分區(qū)均需分別設(shè)置水泵接合器。

總之，防火一定要從設(shè)計、維護(hù)方面雙管齊下，從設(shè)計源頭做好防火要求，從維護(hù)方面時刻做到科學(xué)的預(yù)防和管理。廣大設(shè)計人員需要通過對高層建筑的深入了解和對防火知識的全面掌握，才能從設(shè)計方面將建筑的防火安全性能發(fā)揮到極致，同時與管理和消防協(xié)調(diào)配合，做到預(yù)防為主，將先進(jìn)的建筑防火技術(shù)有效的運(yùn)用到高層建筑的防火設(shè)計環(huán)節(jié)中，將很大程度上遏制火災(zāi)事故的發(fā)生，充分保障國家利益和人民群眾的生命、財產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)：

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