AAO工藝處理生活污水反硝化效率影響原因
AAO工藝是城市生活污水處理中常用的處理工藝，具有結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)較為成熟，便于管理與運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)勢，在目前城市污水處理廠中被廣泛應(yīng)用。筆者所在的廣州市某污水廠地處北回歸線以南，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，污水管網(wǎng)系統(tǒng)主要采取合流制，導(dǎo)致經(jīng)常進(jìn)水碳源較低。在生物脫氮除磷的過程中，生物脫氮與生物除磷對于碳源的需求是相互獨(dú)立且相互競爭的關(guān)系，碳源不足是我國南方城市污水處理廠處理效果不穩(wěn)定的重要原因。
大部分城市污水處理廠在進(jìn)水碳源過低時(shí)，通常做法是另投加有機(jī)碳源。出于節(jié)約成本考慮，筆者在不另投加碳源基礎(chǔ)上，通過調(diào)整內(nèi)回流量、好氧末段溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)濃度、進(jìn)水量三個(gè)影響反硝化的因素，探究影響反硝化的制約因素，并尋找最佳工況條件，以提高生化系統(tǒng)的反硝化能力。
1、工藝概況
1．1 工藝簡介
本污水廠共有1#、2#兩條生產(chǎn)線，以1線為例，工藝流程如圖1所示。污水分別進(jìn)入預(yù)缺氧區(qū)和厭氧區(qū)，然后進(jìn)入缺氧區(qū)，最后進(jìn)入好氧區(qū)，好氧池末端混合液部分回流到缺氧區(qū)(內(nèi)回流)。好氧區(qū)出水經(jīng)二沉池泥水分離后進(jìn)入濾池，再經(jīng)過消毒外排河涌。二沉池部分污泥回流到預(yù)缺氧區(qū)(外回流)，剩余污泥處理后外運(yùn)。本污水處理廠所采用的方法為典型的傳統(tǒng)AAO處理工藝。
1．2 水質(zhì)情況與檢測方法
本污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)和實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)差異較大，其設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)：化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)為300mg／L，總氮(Total Ni―trogen，TN)為35mg／L。而以2016年12月進(jìn)水水質(zhì)為例，該月平均進(jìn)水水質(zhì)為：COD159．31mg／L，TN35．5mg／L。實(shí)際進(jìn)水的COD濃度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)進(jìn)水COD濃度，其C／N僅為4．49。而根據(jù)Peng等人的研究表明，當(dāng)進(jìn)水COD／TN≥8時(shí)，AAO工藝脫氮效果較好，其實(shí)際進(jìn)水碳氮比遠(yuǎn)小于Peng等人的結(jié)論。
本試驗(yàn)均采用國標(biāo)法檢測水質(zhì)。COD采用重鉻酸鉀法，TN采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法，硝氮(NO)采用紫外分光光度法。
2、結(jié)果和討論
2．1 內(nèi)回流比對反硝化作用的影響
在同一時(shí)段內(nèi)，對生產(chǎn)線1#、2#分別采用了150％和80％的內(nèi)回流比；設(shè)置外回流比均為80％；控制其曝氣量，進(jìn)水量均相同；于預(yù)缺氧區(qū)末端、缺氧區(qū)末端、好氧區(qū)末端取樣測試其硝氮指標(biāo)，結(jié)果如表1所示。
由表1可知，在外回流比均為80％，內(nèi)回流比分別為80％與150％的條件下，兩條生產(chǎn)線的硝氮總?cè)コ糠謩e為8．35mg／L和12．7mg／L。內(nèi)回流比為150％的條件下，硝氮的總?cè)コ勘葍?nèi)回流比為80％條件下增加了52％。其原因是當(dāng)內(nèi)回流增大時(shí)，增加了異氧反硝化過程中底物濃度，有利于提高反硝化效率。反硝化過程在生物化學(xué)工程中是還原反應(yīng)，硝氮作為電子受體，在厭氧菌的作用下被還原。該反應(yīng)需要具備四個(gè)條件：一是必須有足夠厭氧菌；二是污水中有足夠的電子受體；三是污水中有足夠的電子供體；四是厭氧或缺氧環(huán)境。提高內(nèi)回流比使得缺氧區(qū)中硝氮的濃度升高，從而提高了反硝化反應(yīng)的速率。
提高內(nèi)回流比會(huì)使到缺氧區(qū)的實(shí)際停留時(shí)間減少。根據(jù)王社平等的研究，反硝化過程反應(yīng)速率可分為三個(gè)階段，12～30min反硝化速率最大，反應(yīng)60min后，反硝化速率已經(jīng)大大降低。當(dāng)內(nèi)回流比為80％時(shí)，實(shí)際污水在缺氧區(qū)的停留時(shí)間為1．1h；內(nèi)回流比為150％時(shí)，實(shí)際污水在缺氧區(qū)停留時(shí)間為0．83h。維持進(jìn)水量不變，內(nèi)回流量提高了88％，即停留時(shí)間減少了25％，反硝化去除量只增大52％。在低碳源條件下，內(nèi)回流量增大，使反硝化去除量增大，但由于污水在缺氧區(qū)的停留時(shí)間減少，使反硝化量增幅低于內(nèi)回流量的增幅。
2．2 好氧末段DO濃度的影響
在同一時(shí)段內(nèi)，對生產(chǎn)線1#、2#分別采用了150％和80％的內(nèi)回流比，設(shè)置外回流比均為80％，控制其進(jìn)水量相同，實(shí)驗(yàn)第1~10d通過控制曝氣量使好氧末端溶解氧大于3．0mg／L，第11~20d控制曝氣量使得好氧末端溶解氧維持在1．0mg／L以下，于預(yù)缺氧區(qū)末端，缺氧區(qū)末端，好氧區(qū)末端取樣測試其硝氮指標(biāo)，取平均值，其結(jié)果如表2所示。
反硝化菌是異氧兼性厭氧菌，只有在無分子氧而同時(shí)存在硝酸和亞硝酸離子的條件下，它們才能夠利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，使硝酸鹽還原。根據(jù)吉芳英等人的研究，平均溶解氧濃度過低會(huì)導(dǎo)致NH3-N氧化不足而影響缺氧區(qū)的反硝化過程；溶解氧過高不僅破壞了缺氧區(qū)的缺氧環(huán)境，而且使得部分碳源被氧化分解，導(dǎo)致本來COD較低的污水中電子供體更為不足，不利于反硝化過程效率的提高。對比好氧末段DO大于3．0mg／L與小于1．0mg／L，可以看出不同內(nèi)回流比的兩生產(chǎn)線的總硝氮去除量相差均約為12mg／L。末段DO小于1．0mg／L時(shí)，兩生產(chǎn)線缺氧區(qū)的反硝化量占了總硝氮量的六成，而好氧區(qū)末段DO大于3．0mg／L時(shí)，兩生產(chǎn)線缺氧區(qū)的反硝化量僅占總硝化量的三成不到。內(nèi)回流比不變時(shí)，好氧末段DO對缺氧區(qū)的處理效率影響較大。因此，在低碳源條件下，控制好好氧末段出水DO，尤為關(guān)鍵。
2．3 進(jìn)水量的影響
為探究進(jìn)水量對AAO工藝反硝化效率的影響，控制內(nèi)回流比為150％，好氧末端溶解氧濃度為1．0mg／L，調(diào)整每日進(jìn)水量，于進(jìn)水口，預(yù)缺氧區(qū)末端，缺氧區(qū)末端，好氧區(qū)末端取樣測試其硝氮以及COD指標(biāo)，進(jìn)水量與硝氮去除量關(guān)系如表3所示。
當(dāng)進(jìn)水量提高時(shí)，硝氮的去除量并沒有與進(jìn)水量呈現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系，但是通過計(jì)算可以得知，當(dāng)進(jìn)水總碳源提高時(shí)，硝氮去除量隨著污泥負(fù)荷的變化而變化。根據(jù)文單等人的研究表明，較高的污泥負(fù)荷可為微生物提供更為充足的營養(yǎng)物質(zhì)，增加了單位體積污泥中的生物量，從而增加了污泥的活性。本實(shí)驗(yàn)中，污泥負(fù)荷在0．0255kgBOD／kgMLSS.d時(shí)，硝氮總?cè)コ繛?/span>4．85mg／L，而污泥負(fù)荷在0．0568kgBOD／kgMLSS.d時(shí)，硝氮總?cè)コ繛?/span>19．57mg／L，污泥負(fù)荷提高1倍，硝氮去除量提高3倍。反硝化反應(yīng)是由異常型微生物完成的生化反應(yīng)，碳源濃度不同，反應(yīng)速率也不同，在低碳源濃度時(shí)，隨著污泥負(fù)荷增大而反硝化反應(yīng)速率提高，而且硝氮去除量的增幅大于污泥負(fù)荷的增幅。
3、結(jié)論
1)在低碳源條件下，通過增大內(nèi)回流比至150％，可有效提高反硝化過程的效率，對比起內(nèi)回流比為80％，其硝氮去除量提升了52％。但由于停留時(shí)間減少，使反硝化量低于內(nèi)回流量增幅。
2)內(nèi)回流比不變時(shí)，好氧區(qū)末段DO對缺氧區(qū)的反硝化過程的處理效率影響較大，控制好好氧末段出水DO，尤為關(guān)鍵。末段DO小于1．0mg／L時(shí)，兩生產(chǎn)線缺氧區(qū)的反硝化量占了總硝氮量的六成。
3)隨著污泥負(fù)荷增大而反硝化反應(yīng)速率提高，而且硝氮去除量的增幅大于污泥負(fù)荷的增幅，污泥負(fù)荷提高1倍，硝氮去除量提高3倍。（來源：廣州市凈水有限公司石井分公司華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院華南理工大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院，貴州科學(xué)院）