呼書杰
(廣東省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院有限責任公司,廣東 廣州 510290)
隨著我國經濟的迅猛發(fā)展,國民的環(huán)保意識也在逐年加強,水資源的保護已經成了全國人民關注的問題。污水排放是目前水資源污染最主要的因素,對污水進行處理后再排放是延緩水污染最主要的一種方式。但目前,我國對給排水中污水處理問題研究還存在一定局限性,對污水處理系統(tǒng)的完善是目前較為急迫的研究課題。對此,我國很多學者也進行了一系列研究,如吳占全[1]分析了集中式給排水管理在環(huán)境凈化管理中的作用,深入探討了對應的集中式給排水管理方法;樊昆[2]研究了吸附-絡合-沉降同步去污工藝對污水處理廠的優(yōu)化效果,達到同步去除SS、氰化物、硬度的目的。以上學者的研究為污水處理廠的工藝優(yōu)化提供了一些參考,但并沒有實際解決NH3-N、CODCr(化學需氧量)和TP去除率不達標的問題?;诖?,本文以A2/O工藝小試試驗進行優(yōu)化研究,為污水處理廠工藝優(yōu)化提供一些數據參考。
本試驗研究的A2/O工藝試驗裝置主要由厭氧池、缺氧池和好氧池組成,3個氧池容積比為1∶2∶5。用單點蠕動泵以0.021m3·h-1的流量進水。污水流經路線為:厭氧池前段→缺氧區(qū)→好氧區(qū)→二沉池→出水。污水進入后,打開厭氧區(qū)和好氧區(qū)攪拌器,設置轉速48r·min-1,使污泥始終保持懸浮狀態(tài)。用空氣泵控制好氧區(qū)曝氣頭,調節(jié)曝氣量,控制DO(溶解氧)濃度。研究采用的反應器為厚度1cm,尺寸為950mm×50mm×54mm的有機玻璃,反應器容積、有效水深和有效容積分別為256.6L、480mm和228.0L。試驗裝置平面圖和示意圖分別見圖1、2。
圖1 試驗裝置平面圖Fig.1 Plan of test device
圖2 試驗裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of test device
取某污水處理廠活性污泥混合液100L,用50×50目濾網進行過濾,然后靜置24h。待其沉淀后,將上層清液排放,放入試驗裝置內,然后加入設計水深一半水悶曝1d。對上清液進行排放,再次加水曝氣,重復操作一周后,污泥濃度達到1500mg·L-1,可連續(xù)培養(yǎng)。進水量緩慢加至設計水量,污泥回流比為50%,混合液回流比為100%,連續(xù)進出水和回流,系統(tǒng)排出污泥。一段時間后,污泥增加至4000mg·L-1后,SV30先上升,然后下降,最后基本穩(wěn)定在25%~30%間,此時污泥沉降性能較好,基本完成對污泥的培養(yǎng),為污泥馴化做好準備工作。
1.3.1 混合液回流比對系統(tǒng)運行效果影響 混合液回流比對污水處理過程中發(fā)生的反應產生重要影響,若混合液回流比較小,對進入缺氧區(qū)硝酸鹽氮負荷有一定降低作用,進而削弱了反硝化脫氮和除磷性能,使得脫氮效果變差[3,4]。當混合液回流比較大,回流液攜帶的溶解氧對缺氧環(huán)境有一定破壞作用,雖然在一定程度上增加了系統(tǒng)脫氮效率,但對污水廠能耗和運行費用有所提高。研究混合液回流比對系統(tǒng)運行效果的影響,運行條件見表1。
表1 混合液回流比運行條件Tab.1 Operating conditions of reflux ratio of mixed liquid
1.3.2 好氧池DO(溶解氧)濃度對系統(tǒng)運行效果影響 溶解氧是城市污水處理過程中較為重要的影響因素。對硝化反應、反硝化反應和污水處理廠運行能耗都產生較大的影響。當DO濃度較高時,污泥活性較高,微生物代謝比較旺盛,此時有機物去除效率較快。在活性污泥中,硝化細菌含量約為5%,且這些細菌位于生物絮凝體內部。此時,DO濃度越高,生物絮凝體穿透能力也越高,硝化反應速率也越高[5,6]。為探究好氧池DO對系統(tǒng)運行效果的影響,固定其余條件不變,混合回流比為200%,好氧池溶解氧分別為2,2.5,3mg·L-1進行試驗研究。
2.1.1 混合液回流優(yōu)化 圖3~5分別為混合液回流比對CODCr(化學需氧量)、NH3-N和TP去除效果的影響。
圖3 不同混合液回流比下CODCr去除效果Fig.3 CODCr removal effect under different mixed liquid reflux ratio
圖4 不同混合液回流比下NH3-N去除效果Fig.4 Ammonia nitrogen removal effect under different reflux ratio of mixed solution
圖5 不同混合液回流比下TP去除效果Fig.5 Total phosphorus removal effect under different reflux ratio of mixed solution
由圖3~5可知,TP去除率隨混合液回流比的增加表現出先增加后降低的趨勢。這是因為,過高的回流比導致磷酸鹽在好氧區(qū)內停留時間較短,對聚磷菌的吸磷效果產生影響,進而對除磷效果產生影響[7]。綜合考慮,適合的混合液回流比為200%。
2.1.2 好氧池DO濃度優(yōu)化 圖6~8分別為不同好氧池DO濃度下CODCr、NH3-N和TP去除效果。
圖6 不同好氧池DO下CODCr去除效果Fig.6 Removal effect of CODCr under different aerobic tanks DO
圖7 不同好氧池DO下NH3-N去除效果Fig.7 Ammonia nitrogen removal effect under DO in different aerobic tanks
圖8 不同好氧池DO下TP去除效果Fig.8 Removal effect of total phosphorus under DO in different aerobic tanks
由圖6~8可知,DO濃度主要對NH3-N和TP去除率造成影響。這是因為,硝化菌的硝化反應去除NH3-N,當DO較低時,硝化細菌的生長受到抑制,這就使得脫氮效果受到影響[8]。同時,合適的溶解氧濃度可以保持微生物的最佳活性,提供足夠的能量給聚磷菌吸磷。綜合考慮,適合本系統(tǒng)好氧池DO濃度為2.5mg·L-1。
2.1.3 pH值和堿度優(yōu)化 堿度和pH值主要對微生物的活性產生影響,通過控制微生物反應速率,進而影響微生物的脫氮效果[9]。圖9為經過處理后,進水堿度與pH值的變化趨勢。
圖9 進水堿度和pH值Fig.9 Influent alkalinity and pH value
由圖9可知,進水pH值變化范圍為7.3~7.9,進水堿度(以CaCO3計)在360~482mg·L-1范圍內出現變化,通過計算,污水處理廠需要的堿度約為497.02mg·L-1。
2.2.1 CODCr去除效果分析 圖10為CODCr去除效果。
圖10 CODCr去除效果Fig.10 CODCr removal effect
由圖10可知,CODCr去除率超過85%,達到GB18918-2002的一級A標準要求[10]。
2.2.2 NH3-N去除效果分析 圖11為NH3-N去除效果。
圖11 NH3-N去除效果Fig.11 Ammonia nitrogen removal effect
由圖11可知,進水和處理后出水NH3-N濃度分別為72.09和9.06mg·L-1,達不到GB18918-2002的一級A標準要求,還需要對該污水處理廠工藝進一步優(yōu)化。
2.2.3 TP去除效果分析 圖12為TP去除效果。
圖12 TP去除效果Fig.12 Total phosphorus removal effect
由圖12可知,進水TP濃度和處理后出水TP濃度基本達到GB18918-2002的一級A標準要求[10]。
本文以某污水處理廠為主要研究對象,以CODCr、NH3-N和TP去除率為指標,對其處理工藝進行優(yōu)化。并研究了優(yōu)化工藝后,該污水處理廠對3個指標的去除效果。具體結論如下:
(1)混合液回流主要影響TP去除率,混合液最佳回流比為200%。
(2)DO主要對NH3-N和TP去除率產生影響。DO最佳濃度為2.5mg·L-1。
(3)進水pH值在7.36~7.93范圍內出現小幅度變化,進水堿度(以CaCO3計)在359.64~482.09mg·L-1范圍內出現變化,計算得到污水處理廠需要的堿度約為497.02mg·L-1。
(4)工藝優(yōu)化后,出水CODCr濃度和TP濃度滿足GB18918-2002要求。出水NH3-N則還需要進一步對系統(tǒng)工藝進行優(yōu)化。