城市污水處理AOE工藝的調(diào)試和研究

彭明江，鄭體剛

(1.成都工業(yè)學院 機電工程系，成都 610031;2.成都科雅污水處理有限公司，成都 610200)

城市生活污水處理廠核心工藝采用法國得利滿公司的AOE生物脫氮工藝，即缺氧區(qū)(A)—好氧區(qū)(O)—內(nèi)源反硝化區(qū)(E)組成的廢水生物處理系統(tǒng)，能夠較徹底地去除氮。AOE工藝在國內(nèi)的應(yīng)用越來越普遍，是AO工藝的改進型和重要類別。在“溶解氧對AO工藝脫氮效果的影響和控制方法研究”科研項目中調(diào)試運行并研究了AOE工藝這一新型的污水處理生物脫氮工藝［1］，分析總結(jié)該工藝在污水處理中的運行狀況和工藝參數(shù)控制對脫氮的影響，對生物脫氮技術(shù)改進和發(fā)展具有較重要的參考價值和啟示意義。本文就AOE工藝調(diào)試運行的特點和效果以及優(yōu)化溶氧運行參數(shù)做具體介紹，并就其機理進行分析和探討。

1 工藝概況

1.1 設(shè)計進出水水質(zhì)

該工程主要處理城市生活污水，也包括部分工業(yè)污水，出水作為中水，經(jīng)專用輸水管道，向成都市南河上游補充生態(tài)和景觀用水的不足，其設(shè)計進出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計進出水水質(zhì)

1.2 工藝介紹

城市污水經(jīng)格柵截留漂浮物和渣物后，用泵提升進入鐘式曝氣沉砂池，通過周期性的曝氣、沉砂、提砂去除污水中比重較大的無機顆粒。污水再流入初次沉淀池，去除部分懸浮物后進入AOE生物曝氣池。AOE工藝中A區(qū)是缺氧反硝化區(qū)，O區(qū)是好氧降解有機物和硝化區(qū)，E區(qū)是兼氧狀態(tài)下的內(nèi)源反硝化區(qū)。E區(qū)置于A、O區(qū)之后，通過控制恰當?shù)娜苎鯒l件，可繼續(xù)進行硝化，另外，在有機物含量較低的情況下，以微生物內(nèi)源呼吸作為能量來源進行反硝化，同時發(fā)生硝化和反硝化，對進一步脫除氮有促進的作用。AOE工藝是對傳統(tǒng)AO工藝的一種發(fā)展和改進。同時，由于E區(qū)的內(nèi)源呼吸作用，對污泥減量化也有一定作用。曝氣池混合液在二次沉淀池中沉淀，上清液經(jīng)接觸池間歇性加氯后，部分出水經(jīng)砂濾池回用，作為廠區(qū)綠化和沖洗水，其余進入城市中水回用管道。其工藝流程見圖1。

1.3 AOE生物曝氣池設(shè)計參數(shù)和配套設(shè)備

AOE工藝設(shè)計參數(shù)見表2。AOE曝氣池配套設(shè)備如下:在每座曝氣池O區(qū)的末端設(shè)有2臺回流泵，將混合液回流到A區(qū)，E區(qū)末端設(shè)回流污泥泵房，將二沉池排出的活性污泥回流至曝氣池A區(qū)。混合液回流比按200%，污泥回流比按100%。O區(qū)布有DP230P型微孔曝氣頭，采用連續(xù)曝氣方式，E區(qū)采用小氣泡曝氣頭，為間歇曝氣方式。A區(qū)和E區(qū)各設(shè)1臺水下攪拌器，用于均合混合液，避免出現(xiàn)短流。

表2 AOE曝氣池工藝參數(shù)

圖1 污水處理工藝流程

2 AOE工藝的啟動和調(diào)試運行

2.1 啟動

培養(yǎng)活性污泥以及系統(tǒng)的啟動是十分重要的階段?；钚晕勰嗟呐囵B(yǎng)分2個階段:靜態(tài)培養(yǎng)階段和動態(tài)培養(yǎng)階段。在靜態(tài)培養(yǎng)階段，維持悶曝液位到一定高度，持續(xù)悶曝，靜沉一段時間后，更換池內(nèi)上清液，經(jīng)過數(shù)次周期操作后，即可轉(zhuǎn)入下一階段。動態(tài)培養(yǎng)階段采用連續(xù)進水并逐步增大進水流量，持續(xù)曝氣，同時做好化驗分析工作，檢測各環(huán)節(jié)的水質(zhì)和混合液微生物相的變化，分析培養(yǎng)效果。經(jīng)過2～3個月的培養(yǎng)，MLVSS達到2 g/L左右，污泥絮體生物相出現(xiàn)大量活躍原生動物，特別是自由活動鐘蟲較多，污泥活性很好，處理水量達標，出水水質(zhì)穩(wěn)定，活性污泥培養(yǎng)和系統(tǒng)啟動成功。

圖2 AOE工藝試運行期間運行效果

2.2 調(diào)試運行

調(diào)試運行，通過控制曝氣量，使O區(qū)溶氧保持在2～4 mg/L左右，A區(qū)溶氧在0.5 mg/L左右，E區(qū)溶解氧控制在不同的值，考察其硝化、反硝化效果，回流比按設(shè)計要求，保持運行時間近一個月。該階段主要是在正常進水水量、水質(zhì)的情況下，考察系統(tǒng)特點和去除效果。AOE工藝是以生物脫氮為主要特點的水處理工藝，在調(diào)試運行中著重考察該工藝對各形態(tài)氮的去除效果，同時也考察了有機物和磷酸鹽的去除效果(圖2)。

從圖2可以看出，AOE工藝在穩(wěn)定運行中，對C、N有很好的去除效果，對P有一定的去除作用。出水CODCr的平均值為34.3 mg/L，氨氮和凱氏氮的平均值分別為3.09 mg/L和5.96 mg/L，這3種成分都為還原態(tài)，出水中的低濃度說明了AOE工藝的生物氧化過程進行得較徹底，這與該工藝較長的水力停留時間，特別是后置E區(qū)的過氧化作用有關(guān)。從圖2(d)中可見，出水中的硝酸鹽維持在很低的水平，平均值為0.32 mg/L，這說明了反硝化進行得很徹底。生物氧化過程產(chǎn)生的絕大部分硝態(tài)氮通過A、E區(qū)的反硝化作用被去除。傳統(tǒng)AO工藝O區(qū)的混合液出流必然將部分硝態(tài)氮帶入出水(不管O區(qū)的回流比多大)，實際上從節(jié)約能耗和投資的角度不可能采用太大的回流比，而AOE工藝補充的E區(qū)能將剩余的硝態(tài)氮進一步去除，是對傳統(tǒng)AO工藝的一種優(yōu)化。此外，圖2(e)還可看出，該工藝對磷酸鹽有一定的去除作用，這可能與不同分區(qū)溶氧的變化有關(guān)系。由于進水磷酸鹽的濃度較低，去除作用不是很明顯。

3 E區(qū)的調(diào)試和機理分析

3.1 E區(qū)的調(diào)試

E區(qū)是該工藝的獨特之處，在試運行中，我們通過調(diào)試來優(yōu)化E區(qū)的脫氮效果。由于該區(qū)中同步發(fā)生硝化和內(nèi)源反硝化，如何維持同步硝化和反硝化并提高其效率，由此提高總氮的去除率，是調(diào)試研究的目的。同步硝化和反硝化的影響因素有污泥絮體結(jié)構(gòu)、污泥濃度、溶氧、F/M、C/N、pH等，在這些因素中溶氧是重要的影響因素［2］，同時在大規(guī)模污水處理工程中，最直接和可行的方法是控制溶氧。調(diào)試中采用控制曝氣時間和調(diào)整氣閥開度的方式來控制溶解氧，溶氧在一定的范圍內(nèi)波動。將E區(qū)溶氧分別控制在0.5～1.0，1.5～2.0，2.0～2.5，2.5～3.0的范圍內(nèi)維持一段時間，觀察對氨氮、硝態(tài)氮和總氮的去除效果，評價溶氧對脫氮的影響。

3.2 溶氧對E區(qū)脫氮的影響及其機理分析

內(nèi)源呼吸條件下，氨氮、硝態(tài)氮、BOD、溶氧濃度在活性污泥絮體內(nèi)的分布如圖3。DO濃度在向污泥絮體內(nèi)部擴散時不斷下降，氨氮濃度由于硝化作用而下降。硝態(tài)氮由于硝化和反硝化作用而先升后降。BOD由于內(nèi)源呼吸引起的細胞死亡自溶，釋放出有機物，同時為缺氧區(qū)的反硝化所利用，呈先上升后下降的趨勢。

圖2 AOE工藝試運行期間運行效果(續(xù))

圖3 內(nèi)源呼吸條件下污泥中溶氧和基質(zhì)濃度變化

圖4 不同溶氧下E區(qū)對氮的去除

圖4為不同溶氧下，O區(qū)出流中各形態(tài)氮經(jīng)E區(qū)后的去除率。由于E區(qū)是內(nèi)源呼吸區(qū)，溶氧對各形態(tài)氮去除率的影響有其特點，應(yīng)結(jié)合特定環(huán)境來分析。溶氧增加會提高氨氮的硝化率，但圖4中氨氮的去除率隨溶氧上升中有短暫的下降，隨后再上升。這可能與該溶氧值下，細胞自溶加速，釋放出有機氮，同時有機氮氧化分解為無機氨氮，氨氮生成速率暫時接近硝化速率有關(guān)。反硝化與電子供體和溶氧有關(guān)，必須要有足夠的有機物作為電子供體，同時溶氧值要盡可能低，使硝態(tài)氮成為電子受體。由于E區(qū)是內(nèi)源呼吸區(qū)，污水中可生化降解有機物濃度很低，在低溶氧下，反硝化所需電子供體很少，反硝化率很低。隨著溶氧的提高，細胞加速自溶釋放出有機物，同時由于氧的傳質(zhì)限制，污泥絮體內(nèi)同時存在好氧區(qū)和缺氧區(qū)［3］，為反硝化創(chuàng)造了條件，使反硝化率上升達到最大值。當溶氧再提高，氧能穿透污泥絮體，反硝化所需的缺氧條件不再存在，反硝化率迅速下降。圖4體現(xiàn)的趨勢與上述推測完全一致，隨溶氧增加，硝酸鹽氮的去除率先上升，在2.3 mg/L左右內(nèi)源反硝化率達到最大，隨后迅速下降接近0?？偟娜コ逝c反硝化率直接相關(guān)，從圖4中可見二者是一致的。通過調(diào)試研究，發(fā)現(xiàn)將溶氧控制在2～2.5 mg/L的范圍內(nèi)，可以使E區(qū)的總氮去除率最大化，該值對優(yōu)化運行有重要作用。以上分析表明，E區(qū)能去除一定的氨氮和硝態(tài)氮，對脫氮有積極的輔助作用。

4 結(jié)論

1)AOE工藝是AO工藝的發(fā)展，有利于克服傳統(tǒng)AO工藝去除硝態(tài)氮不徹底的缺點和較徹底去除氮。

2)AOE工藝的調(diào)試運行表明，有機物和氮得到了較徹底的去除，其出水各項指標優(yōu)良，CODCr和T-N平均值分別長期保持在30 mg/L和10 mg/L以下，不僅優(yōu)于國家標準，也優(yōu)于設(shè)計要求。同時，該工藝對P有一定的去除作用。該工藝運行和處理效果穩(wěn)定，對進水水質(zhì)的變化有較強的抗擊能力。

3)E區(qū)處于內(nèi)源呼吸階段，硝化和反硝化有其特點。細胞內(nèi)源呼吸自溶釋放有機物為反硝化提供電子供體和能量。溶氧對E區(qū)同步硝化和反硝化脫氮有重要影響。溶氧值在2～2.5 mg/L內(nèi)對內(nèi)源反硝化最有利，此時總氮去除率最高。研究表明E區(qū)對脫氮有積極的輔助作用。

通過城市污水處理工程AOE工藝的成功啟動運行和專題研究，考察了該工藝的特點和效果，探討了AOE工藝的脫氮機理，特別是E區(qū)內(nèi)源呼吸條件下同步硝化和反硝化機理，得出了合理的溶氧控制參數(shù)，優(yōu)化了運行，該研究對污水處理脫氮具有一定的啟示意義。

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