A2O工程實例研究：太原市北郊污水凈化廠
太原市北郊污水凈化廠(以下簡稱為北廠)目前采用的A2/O生物除磷脫氮工藝,是由原來的生物吸附-再生工藝改造而成的。經過近幾年的生產運行,發現A2/O工藝在去除COD等有機物的同時,能有效地去除污水中的氮、磷,使出水中的氮、磷濃度大幅度降低。但由于多種因素的影響,其運行的穩定性仍有待進一步提高。為此,本文著重就影響A2/O工藝的主要因素進行研究,以便找出內在規律,提高A2/O工藝的運行效果。
1 試驗與分析方法
1•1 試驗工藝流程
1•2 原水特點
由于太原市的缺水狀況,每逢春季與夏季干旱時節,上游來水輸水渠周圍的農民將污水截流用于灌溉,造成來水量隨季節變化很大,一般每年1~3月、10~12月水量為30~35萬m3/月;4~9月水量為10~17萬m3/月。北廠的來水主要為生活污水,工業廢水所占比例較小(<30%),且無毒性,因此,北廠的污水可生化性能較好。
1•3 分析指標及方法
BOD,COD,SS,NH3-N,TN,TP,MLSS等項目按《水和廢水監測分析方法》(第三版)進行。
2 試驗結果與討論
2•1 碳氮比(COD/TN)、碳磷比(COD/TP)的影響
脫氮過程中起電子供體作用的是含碳化合物,它們可為三類:①外加碳源;②污水中所含碳源;③微生物死亡提供的內碳源。外加碳源經濟上不合算,而內碳源的量很少。因此,在污水處理中只有利用污水中所含的碳源才有意義。按理論計算,COD/TN在4左右時基本能滿足反硝化需要,但是為了提高反硝化速度,同時又能滿足除磷需要的碳源,因此COD/TN需大于4。北廠進水中COD變化較大,一般為110~970 mg/L,而NH3-N為17~37 mg/L,但COD/TN一般在4以上。
從表1可以看出,盡管隨著COD/TN增大,總氮的去除率也相應提高,但是總的說來,COD/TN對北廠脫氮效果的影響較小,同時由于其它因素的影響,在COD/TN大于4時也存在總氮去除率較低的情況,說明COD/TN不是影響脫氮效果的唯一因素。據有關資料顯示,當COD/TP>60時,總磷的去除率幾乎與碳氮比無關而保持恒定。北廠進水總磷很低(在0•046~2•9 mg/L之間),COD/TP一般大于60,因此COD/TP對北廠除磷效果的影響較小。
2•2 氮負荷、磷負荷的影響
氮負荷是A2/O工藝中一個重要的設計參數,其對生物脫氮效果的影響尤為顯著。一般地,氮負荷可以用下列公式表示:
N =QLaXV
式中Q———污水流量,m3/d;
La———進水基質(TN)濃度,mg/L;
X———混合液懸浮固體濃度,mg/L;
V———生物池容積,m。
北廠進水NH3-N及TN濃度變化較小,混合液懸浮固體濃度一般控制在4~6 mg/L之間,因此可以近似地看作氮負荷是隨著污水流量Q變化而變化的參數。由于各種因素的影響,北廠經A2/O工藝處理后的出水NH3-N值變化較大。現將北廠1998~2000年出水NH3-N值統計于表2(表中數據以10 mg/L為一界限,即出水NH3-N>10mg/L時認為脫氮效果不理想,出水NH3-N<10mg/L時認為脫氮效果理想)。
由表2可知,每年5~10月,A2/O系統脫氮效果要普遍優于其它月份。此時北廠A2/O工藝系統運行有兩個特點:一是此時的溫度(水溫)要明顯高于其它月份;二是此時的日處理量要明顯低于其它月份。但是并不能據此而認為氮負荷是影響北廠脫氮效果的直接因素。
一般來講,隨著氮負荷的增加,NH3-N及TN去除率下降。進一步研究表明,5~10月份期間,盡管此時北廠日處理量低于其它月份,但其運轉時間也同樣低于其它月份。因此,可以把第二個特點進一步分解為:①單位時間處理量較高;②系統處于間斷而非連續的運轉狀態,運行時間短。
從本廠檢測數據可以發現,A2/O系統總氮負荷率在0•01~0•03 kgTN/(kgMLSS•d),氮負荷對脫氮效果的影響不明顯。
從表3可以看出,北廠進水TP一般在0•4~2•5 mg/L之間,隨著進水TP增大,出水TP濃度也相應增大。但是由于總磷負荷率在0•002~0•003kgTP/(kgMLSS•d),因此總磷的去除率仍較高。
分析厭氧池和好氧池中放磷量和吸磷量,發現放磷量愈多,吸磷量也愈多,總磷的去除效果愈好。當進水總磷含量高時,其在厭氧池中磷的釋放程度要低于進水總磷含量低時的釋放程度。因此,A2/O工藝生物除磷過程的關鍵是厭氧池中磷的釋放。
2•3 溫度對除磷脫氮效果的影響
溫度是影響微生物生長活動的重要因素,主要體現在細菌的增殖速度和活性兩個方面。就硝化細菌而言,其最適宜的生長溫度為25~30℃。當溫度小于15℃時硝化速度明顯下降,而其活性也大幅度降低。
從表4可以看出,全年中各月的進水NH3-N變化不大,一般在20~30 mg/L。而出水NH3-N則不同。由于溫度的影響,一四季度(水溫12~16℃)出水NH3-N<5 mg/L的天數占運行天數的0~29%,NH3-N<10 mg/L的天數占運行天數的0~35%;二三季度(17~22℃)出水NH3-N<5mg/L的天數占運行天數的46%~71%,NH3-N<10 mg/L的天數占運行天數的72%~93%。
溫度對除磷的影響不及其對硝化、反硝化影響大。從試驗數據可以看出,即使在溫度較低的10~12月份,TP的去除效果仍很好。因此,溫度不是影響北廠生物除磷的主要因素。
2•4 回流比對脫氮、除磷效果的影響
A2/O工藝的回流分為硝化回流和污泥回流。硝化回流作用是向缺氧反硝化池提供硝化氮,作為反硝化液進程的電子受體,達到脫氮目的。回流比偏小,缺氧池中NO-x-N不足,微生物的反硝化作用得不到充分發揮,系統脫氮效果差。回流比過大,則動力消耗相應地增大,不經濟。
北廠硝化液回流量一般控制在13000~15000m3/d,取平均值為14 000 m3/d,對照表4可知回流比約為100%~160%。從運行效果看,由于北廠進水NH3-N及TN較低,基本能滿足A2/O系統反硝化需要。污泥回流的作用主要是向A2/O系統提供活性污泥微生物,以適應A2/O系統對負荷的要求。北廠污泥回流量一般控制在5 000~7 000 m3/d,平均為6 000 m3/d,其回流比為80%~40%。從試驗數據可以看出,總氮負荷率在0•01 ~ 0•03 kgTN/(kgMLSS•d),總磷負荷率在0•002~0•003 kgTP/(kgMLSS•d)。從運行效果看,此回流比能滿足系統除磷的需要。但是,由于溫度較低,對硝化作用影響較大,出水NH3-N偏高,因此應適當提高此回流比。
3 結論
(1)北廠來水的組成不是影響A2/O工藝脫氮、除磷效果的主要因素,COD/TN,COD/TP能滿足A2/O工藝系統對脫氮、除磷的需要。
(2)北廠的總氮負荷率、總磷負荷率較低,A2/O工藝系統對TN,TP的去除效果較理想。
(3)溫度是影響A2/O工藝系統脫氮效果的主要因素,且溫度對脫氮的影響比對除磷的影響大。
(4)北廠混合液回流比基本能滿足A2/O系統反硝化需要,為了進一上提高脫氮效果,宜適當提高混合液回流比至2~3之間;為了強化A2/O系統的硝化作用,需適當提高污泥回流比至1~1•5。
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