淺析混合液回流比對改良型氧化溝工藝反硝化除磷的影響論文
引言
污水生物處理中，活性污泥法由于存在硝化菌和聚磷菌的不同泥齡和碳源之爭，同時回流污泥中攜帶的硝酸鹽抑制厭氧條件下磷的釋放，使得脫氮除磷效率不高。反硝化除磷理論的提出，為有效解決傳統脫氮除磷工藝中存在的矛盾問題提供了新思路，通過“一碳兩用”方式同時實現反硝化脫氮和吸磷作用，提高脫氮除磷效率，是目前污水生化處理研究的熱點。反硝化除磷工藝不但能更有效地利用碳源，還能在較長泥齡下同時達到高效脫氮除磷的效果，這是由于長的泥齡有利于泥齡長的硝化菌有效生長，而反硝化除磷菌比起普通的聚磷菌生長速率慢，較長的泥齡可有效實現反硝化除磷菌的聚集，通過反硝化除磷工藝可有效解決泥齡矛盾，從而提高脫氮除磷效率。反硝化除磷工藝在缺氧區以硝酸鹽作為最終電子受體同時實現脫氮和除磷，而混合液回流比直接決定了缺氧區的硝酸鹽量，從而影響反硝化除磷菌的缺氧吸磷能力。
目前江西省城市污水處理廠的主要工藝是前置厭氧區的改良型氧化溝工藝，出水達GB18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B 標準。對省內污水處理廠調發現氮磷出水穩定達標率低，因此研究通過調節混合液回流比提高改良型氧化溝脫氮除磷能力的可行性，使出水氮磷達到一級A 標準。
1 試驗部分
1. 1 試驗裝置
試驗裝置采用PVC 材料制成，設計處理水量480 L /d，以實際污水處理廠為設計基礎，設計氧化溝按功能分為厭氧區( 31. 7 L，HRT = 1. 57 h) 、缺氧區( 60. 1 L，HRT = 2. 98 h) 和好氧區( 160. 1 L，HRT =7. 94 h) ，好氧區設2 個轉刷曝氣裝置。二沉池停留時間為4 h，容積為80 L，進水的`儲槽容積為1 000 L。曝氣轉刷變頻調節，進水水量通過蠕動泵進行控制，回流污泥和混合液回流采用雙設定時間控制器。
1. 2 試驗水質和試驗方案
試驗用水采用井岡山大學某生活小區的生活污水，根據試驗要求加入自來水、碳源、氮源和磷源來實現進水負荷的調節，同時投加NaHCO3來調整進水
pH 值為6. 8 ～ 7. 5，其水質情況mg /L( pH 除外)指標ρ( COD) ρ( NH +4 -N) ρ( TN) ρ( TP) pH范圍130 ～ 360 10 ～ 30 10 ～ 35 2 ～ 5 6. 8 ～ 7. 5均值240 20 25 3 7. 2接種污泥取自江西省吉水縣污水處理廠污泥濃縮池，采用接種的啟動方法。啟動成功后，以生活污水進行連續培養。進水流量為480 L /d，SRT 為25 d，反應器中MLSS 為2 800 ～ 4 000 mg /L，采用轉刷曝氣，DO 控制在1. 5 ～ 3. 0 mg /L，運行過程中通過監測pH、DO 及水質變化來調整運行實際狀況。通過3 個月的連續運行馴化，系統達到穩定，并獲得良好的反硝化除磷性能。在上述工況條件下，以實際污水處理廠參數為參考，試驗確定污泥回流比為100%，分別考察混合液回流比為100%、200%和300%時氧化溝工藝反硝化除磷的性能。
1. 3 分析方法
試驗中常規指標分析均按國家標準方法測定，DO 采用溶解氧儀測定，pH 值采用酸度計測定。
2 結果與討論
在試驗過程中，根據氧化溝工藝的特點進行取樣分析，設計取樣點位置分別為: 進水口( 標記為1點) ，反應池內取水樣3 個點( 厭氧區標記為2 點，缺氧區標記為3 點，好氧區標記為4 點) ，出水口( 標記為5 點) 。為了考察氧化溝工藝的反硝化除磷性能，對各取樣點的水質進行指標測定，并對各取樣點水中氮磷污染物的沿程降解效果作出分析。
2. 1 混合液回流比對COD 去除的影響
不同混合液回流比下COD 去除效果，進水ρ( COD) 為164 ～314 mg /L，平均為259 mg /L，出水ρ( COD) 均在50 mg /L 以下，達到GB 18918—2002 一級A 排放標準。在混合液回流比為100%、200%和300%時，相對應的COD 平均去除率分別為84. 6%、84. 7% 和83. 8%，COD 去除率較高，且出水COD 波動較小，說明混合液回流比對COD 去除影響較小。在不同混合液回流比條件下，COD 主要在厭氧區被去除，說明厭氧區聚磷菌釋磷中消耗碳源可去除大部分COD，也可能有一部分COD 被污泥絮體吸附去除。
2. 2 混合液回流比對除磷的影響
不同混合液回流比條件下TP 去除效果，在混合液回流比分別為100%、200% 和300% 時，相對應的TP 平均去除率分別為91. 7%、93. 9%和88. 9%，且出水TP 均在0. 5 mg /L 以下，達到一級A 排放標準，說明氧化溝工藝對較低濃度的TP 去除效果較好。
雖然TP 最終去除效果都接近，但不同混合液回流比下，TP 去除途徑有差別。在厭氧區，聚磷菌吸收碳源合成PHAs 同時釋放出磷，然后分別在缺氧區和好氧區進行磷的吸收從而達到除磷的目的。由圖5 可以看出: 隨著混合液回流比的增大，微生物在厭氧區釋磷量減少，這可能是因為混合液回流比增大，使得更多的污泥在缺氧區和好氧區間循環流動，沒有完整地經歷釋磷和吸磷全過程，從而相對減少了在厭氧區釋磷的微生物。在混合液回流比為100% 時，磷的去除主要在好氧區進行，而當混合液回流比為200% 和300% 時，磷的去除主要在缺氧區進行。這說明當混合液回流比增大時，可以提供更多的硝態氮作為電子受體參與反硝化除磷過程，混合液回流比為100%，其提供的硝態氮不足，吸磷還需進一步在好氧區進行，而增大到200%時，硝態氮充足，可以在缺氧區進行反硝化除磷，再增加回流比，對缺氧區吸磷促進作用不大。
2. 3 混合液回流比對脫氮的影響
2. 3. 1 混合液回流比對NH +4 -N 的影響不同混合液回流比下NH +4 -N 的去除效果。進水ρ( NH +4 -N) 為10. 7 ～ 23. 9 mg /L，平均為17. 5 mg /L，出水ρ( NH +4 -N) 均在5 mg /L 以下，達到一級A 排放標準。在混合液回流比分別為100%、200%和300%時，相對應的NH +4 -N 平均去除率分別為89. 8%、94. 6%和95. 0%，NH +4 -N 均有較高的去除。當混合液回流比為200%和300%時，NH +4 -N 的去除率比混合液回流比為100% 時有明顯提高，這是因為氧化溝工藝是循環混合式活性污泥法，更多的混合液回流實際上是增加了混合液中氨氮被硝化的程度，從而使得氨氮去除率提高，但當混合液回流比從200%增加到300%時，氨氮去除率提高有限。
不同取樣點NH+4 -N 均值沿程變化曲線如圖7 所示，在厭氧區，由于污泥回流對進水NH+4 -N 有稀釋作用，從而NH+4 -N 濃度大幅降低，降低幅度基本相同; 在缺氧區，混合液回流稀釋作用使得NH+4 -N 濃度進一步降低，當混合液回流比分別為100%、200% 和300%時，缺氧區NH+4 -N 去除率分別為64%、72% 和81%，這是因為混合液回流比越大，對NH+4 -N 濃度稀釋越多; 而進入好氧區，硝化效率基本相同。
2. 3. 2 混合液回流比對TN 的影響
不同混合液回流比條件下TN 的去除效果如圖8所示。當混合液回流比分別為100%、200%和300%時，進水ρ( TN) 均值分別為19. 9，20. 1，18. 2 mg /L，進水TN 比較穩定，出水ρ( TN) 均值分別為3. 8，3. 9，2. 5 mg /L，達一級A 排放標準，相對應的TN 平均去除率分別為80. 8%、82. 6% 和86. 4%。隨著混合液回流比的增大，TN 去除率提高，這是因為混合液回流比增加，進入缺氧區的硝酸鹽也增加，通過反硝化或反硝化除磷達到脫氮的效果增強。此外，也有一部分TN 被用于細胞合成而造成TN 的減少。
厭氧區，TN 濃度的降低是由于回流污泥的稀釋作用;而缺氧區，由于存在反硝化或反硝化除磷脫氮，TN 被大量去除; 進入好氧區，由于氧化溝存在同步硝化反硝化以及部分TN 用于細胞合成，TN 被進一步去除。
2. 3. 3 混合液回流比對NO -3 -N 和NO -2 -N 的影響不同取樣點NO-3 -N 均值沿程變化曲線如圖10所示。在混合液回流比為100%和200%時，由于在缺氧區發生了反硝化除磷，缺氧區的NO-3 -N 沒有明顯積累; 但混合液回流比為300% 時，仍顯示出缺氧區NO-3 -N 略有過量，進一步證明混合液回流比為200%時，可以為缺氧區硝態氮提供充足的反硝化除磷條件。整個污水生化處理過程中，ρ( NO-2 -N)<0. 5 mg /L，沒有出現明顯的NO-2 -N 積累情況，說明反硝化除磷以NO-3 -N 而不是NO-2 -N 為電子受體。
3 結論
1) 通過調節混合液回流比，改良型氧化溝工藝對COD、TP、NH +4 -N 和TN 均有較好的去除效果，各物質去除率可達到GB 18918—2002 一級A 標準。
2) 不同混合液回流比對COD 去除率幾乎沒有影響，在混合液回流比分別為100%、200% 和300%時，相對應的COD 平均去除率分別為84. 6%、84. 7%和83. 8%。
3) 混合液回流比對TP 去除效果影響不大，在混合液回流比分別為100%、200% 和300% 時，相對應的TP 平均去除率分別為91. 7%、93. 9% 和88. 9%;但混合液回流比對TP 去除途徑影響較大，當混合液回流比為100%時，大部分TP 在好氧區被去除，而當混合液回流比為200%和300%時，大部分TP 在缺氧區以硝酸鹽作為電子受體通過反硝化除磷去除。
4) 混合液回流比對NH+4 -N 和TN 去除率有影響。當混合液回流比分別為100%、200%和300%時，相對應的NH+4 -N 平均去除率分別為89. 8%、94. 6%和95. 0%; 而隨著混合液回流比增大，TN 去除率也增大，相對應的TN 平均去除率分別為80. 8%、82. 6%和86. 4%。NO-2 -N 在整個生化處理過程中基本沒有積累，而NO-3 -N 在缺氧區積累很小，說明在缺氧區發生了反硝化除磷，當混合液回流比為200%時，NO-3 -N 可以在缺氧區作為電子受體提供給反硝化除磷。從控制運行能耗和反硝化除磷的角度綜合考慮，混合液回流比控制在200%比較適宜。
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