倒置A2/O工藝生活污水脫氮效果研究

楊 波

（福建高科環(huán)保研究院有限公司，福建石獅，362700）

當前加大水污染治理、確保水環(huán)境質量成為各級政府和全社會的熱門話題。建造城市污水處理廠被認為是解決水污染問題最重要和最有效的技術措施。但目前我國的城市污水處理廠問題較多，主要表現(xiàn)為運轉率低和達標率均不高。據(jù)調查，現(xiàn)存污水處理的設備運行狀況是1/3運行正常，1/3不正常，1/3處于停止狀態(tài)，污水處理廠的運轉率只能達到50%［1］。同時污水排放標準的不斷收緊是目前世界各國的普遍發(fā)展趨勢，特別是近年來，氮、磷等營養(yǎng)物過量排放所產生的水體富營養(yǎng)化已成為當前的重大環(huán)境問題。因此，如何使處理工藝更為經濟高效的實現(xiàn)對營養(yǎng)物質的去除也是研究的焦點。

倒置A2/O工藝，其優(yōu)點是工藝流程簡單，厭氧、缺氧、好氧交替運行，可以達到同時去除有機物、脫氮、除磷的目的，同時能夠抑制絲狀菌生長，基本不存在污泥膨脹問題，并且不需外加碳源，缺氧、厭氧段只進行緩速攪拌，運行費用低［2］。本實驗綜合探討了不同進水C/N、溶解氧、回流比對倒置A2/O工藝脫氮效果的影響；分析了好氧段、缺氧段、厭氧段各階段總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的轉化情況，為分析倒置A2/O工藝的短程硝化反硝化理論與節(jié)能降耗奠定了基礎。

1 實驗裝置與實驗方法

1.1 實驗裝置

倒置A2/O實驗裝置由塑料箱組合而成，四個塑料箱組成了四個格室，順序分別為進水、缺氧、厭氧、好氧。反應器的容積為長方體形總長200cm，寬40cm，高80cm，有效水深60cm，缺氧區(qū)為攪拌漿攪拌，電機轉速為20～60r/min；好氧區(qū)底部設有穿孔曝氣管，可以根據(jù)需要調整曝氣量。如圖1所示的倒置A2/O工藝流程。實驗用水采用人工配制生活污水。

圖1 工藝流程

1.2 實驗方法

（1）設置不同進水 C/N 分別為100、200、300、400處理污水，測定出水總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的濃度，計算去除率，確定最佳進水C/N。

（2）控制溶解氧濃度為 0.1mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、2.0mg/L，其他條件一定的情況下測定出水總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的濃度，計算去除率，確定最適合的溶解氧濃度。

（3）為具體考察不同回流比對脫氮效果的影響，設置污泥蠕動泵轉速分別為50rad、75rad和100rad三個不同的污泥回流比進行實驗，確定最佳回流比。

2 結果與分析

2.1 不同進水C/N下對脫氮效果的影響

由于反硝化細菌屬于異養(yǎng)菌，所以進入缺氧段的污水中必須有充足的有機碳源，才能保證反硝化的順利進行。因此進水的C/N比對倒置A2/O工藝中氮的形態(tài)變化與脫氮效果有較大的影響，因此本實驗對不同進水C/N對各種形態(tài)氮的影響進行了研究。當進水C/N分別為100、200、300、400時對出水的各種形態(tài)的氮濃度去除率的影響如圖2所示。

圖2 不同C/N對出水氮的去除率

由圖2可以看出，當進水C/N為400時，倒置A2/O工藝對污水各種形態(tài)的氮去除效果最好，總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的去除率分別達到45.6%、89.4%、99.1%、90.7%。這說明 C/N 影響著脫氮的效果。C/N越高，脫氮效果越好，C/N的增大，有利于提系統(tǒng)的脫氮效率。原因是由于反硝化細菌屬于異養(yǎng)菌，在缺氧段，異養(yǎng)型兼性反硝化菌成為優(yōu)勢菌群，反硝化菌利用污水中可降解的有機物作為電子供體，以硝酸鹽作為電子受體，將回流混合液中的硝態(tài)氮還原成氣態(tài)氮而釋放，從而達到脫氮的目的。所以進入缺氧段的污水中必須有充足的有機碳源，才能保證反硝化的順利進行。污水中的C/N比高，則其中可降解有機物濃度就高，就可以為反硝化過程提供充足的碳源，促進反硝化過程的進行，脫氮效果就好；反之C/N比低，則無法為反硝化過程提供足夠的碳源，使反硝化過程受阻；而且碳源也是微生物生長的物質基礎，碳源不足時，也會影響體系內菌體繁殖，從而不利于反硝化，使得脫氮效果變差［3］。

2.2 不同溶解氧對脫氮影響

溶解氧對微生物生長的影響很大，本實驗通過分析溶解氧對硝化、反硝化的影響實驗，論述溶解氧對倒置A2/O工藝各形態(tài)氮變化的影響。結果如圖3所示。

由圖3可知，隨著好氧段溶解氧的變化，出水各種形態(tài)的氮去除率也隨之發(fā)生變化。當好氧段的溶解氧為2.0mg/L時，此時對總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的去除率最高，分別為38.6%、95.1%、93.2%、89.4%。說明好氧段的溶解氧越大，出水的氮濃度越小，脫氮效果就越好［4］。這是由于在脫氮過程中，硝化菌是好氧菌，提高DO響應提高溶解氧的傳質效果，更加有利于有機物和氨氮的去除與轉化，提高脫氮效果［5］。

圖3 溶解氧對脫氮效果的影響

2.3 污泥的回流比對脫氮的影響

污泥回流比將對倒置A2/O工藝中的污泥濃度造成影響，從而影響處理的效果，因此本實驗分析了回流比對脫氮的影響。為具體考察不同回流比對脫氮效果的影響，設置污泥蠕動泵轉速分別為50rad、75rad和100rad三個不同的污泥回流比進行實驗。三種不同的回流比條件下總氮去除效果如圖4所示。

從圖4可以看出，當污泥回流比由50增加到100的過程中，總氮的平均去除率由15.8%增長到31.6%。氨氮的去除率隨著回流比的增大而增大，當回流比為100rad時達到最大90.4%，硝酸鹽氮的去除率隨著回流比的增加先升高后減小。其中，當回流比為75rad時，去除率達到最大值77.3%。亞硝酸鹽去除率在隨著回流比變化幅度不大，去除率基本保持在87%左右。這表明，系統(tǒng)的脫氮能力是依靠污泥回流比來保證的，提高污泥回流比能提高脫氮效率。一定幅度范圍內提高污泥回流比，一方面可以使硝化液同步回流在缺氧/厭氧區(qū)反硝化；另一方面保證缺氧/厭氧區(qū)的生物濃度，即保證反硝化菌的數(shù)量維持反硝化的穩(wěn)定［6］。所以要提高脫氮效果應相應地提高回流比，但提高回流比同時會帶來能耗的增加，因此選擇最佳的回流比為75rad。

圖4 不同污泥回流比對脫氮效果的影響

2.4 各個格室的各類氮濃度的變化

為了更好的分析倒置A2/O工藝各階段氮的變化，本實驗對缺氧段、厭氧段、好氧段的不同氮的形態(tài)進行了分析。

2.4.1 不同格室的總氮濃度變化

從圖5中可以看出總氮的各個格室的濃度都在變化，濃度都是依次減小的，并且對總氮的去除主要發(fā)生在缺氧格室和好氧格室。進入生化反應系統(tǒng)的污水和循環(huán)污泥一起進入缺氧區(qū)，污泥中的硝酸鹽，在反硝化菌的作用下進行反硝化反應，將硝酸鹽氮轉化為氮氣，實現(xiàn)了系統(tǒng)的前置脫氮。在不同進水方式下，系統(tǒng)進水全部或大部分直接進入缺氧區(qū)，優(yōu)先滿足了反硝化的碳源要求，故提高了處理系統(tǒng)的脫氮效率［7］。

圖5 不同格室總氮的變化

2.4.2 不同格室氨氮濃度的變化

由圖6可知，各個格室中，氨氮的濃度變化是相關的，基本上當進水的氨氮濃度高時，其他的三個格室的氨氮濃度也會升高。進水的氨氮濃度是最高，缺氧格室的次之，好氧出水段的氨氮濃度最低。并且對于氨氮的去除主要發(fā)生在好氧段，其去除率可占到總去除率的70%以上。

圖6 不同格室氨氮的變化

2.4.3 不同格室硝酸鹽氮濃度的變化

本實驗考察了不同格室當中，硝酸鹽氮的變化情況，如圖7所示。

圖7 不同格室硝酸鹽氮的變化

由圖7可知，水池在進水，硝酸鹽氮的濃度基本為0，說明該格室基本不發(fā)生硝化作用。經過缺氧反應后，硝酸鹽氮的濃度也是很低，幾乎為0。缺氧進水是由好氧出水及原水組成，缺氧池主要發(fā)生反硝化作用，反硝化過程的細菌屬于異養(yǎng)型反硝化細菌，電子的傳遞鏈的直接電子供體是NADH。硝酸鹽還原酶先獲取兩個電子，是硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，而后再獲取四個電子將亞硝酸鹽還原為單質氮［8］。厭氧進水為缺氧出水，經過厭氧反應后，硝酸鹽氮濃度先升高后下降，從實驗現(xiàn)象看可能發(fā)生厭氧氨氧化反應。

2.4.4 不同格室中亞硝酸鹽氮濃度變化

由圖8可知，亞硝酸鹽主要在缺氧段去除，而在厭氧段和好氧段出現(xiàn)了亞硝酸鹽的累積。

3 結語

圖8 不同格室亞硝酸鹽的變化

（1）當進水C/N 為400時，倒置 A2/O工藝對污水各種形態(tài)的氮去除效果最好，總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的去除率分別達到45.6%、89.4%、99.1%、90.7%。表明在污水中的 C/N 比越高，則其中可降解有機物濃度就高，就可以為反硝化過程提供充足的碳源，促進反硝化過程的進行，脫氮效果就好。

（2）當好氧段的溶解氧為2.0mg/L時，此時的對總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的去除率最高，分別為38.6%、95.1%、93.2%、89.4%。說明好氧段的溶解氧越大，出水的氮濃度越小，脫氮效果就越好。

（3）當污泥回流比為由50增加到100時，脫氮效果增高。所以要提高脫氮效果應相應地提高回流比，但提高回流比同時會帶來能耗的增加，因此建議最佳的回流比為75rad。

（4）通過對不同格室氮形態(tài)的研究表明，亞硝酸鹽主要在缺氧段去除，而在厭氧段和好氧段出現(xiàn)了亞硝酸鹽的累積；對于氨氮的去除主要發(fā)生在好氧段，其去除率可占到總去除率的70%以上。

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