改進型DAT-IAT工藝處理城市污水DAT池中最佳溶解氧的確定

凡廣生,趙 明,孫學習

(中州大學 化工食品學院，鄭州 450044)

1 DAT-IAT工藝存在問題分析及其改進方法設想

DAT-IAT污水處理工藝雖然具有建設投資小，容積有效利用率高，進水系統(tǒng)布置方式簡單，對污水中有機物和毒物抗沖擊能力較強等優(yōu)點[1]，但該工藝屬于非限制曝氣處理工藝，即系統(tǒng)充水和曝氣同步進行，厭氧階段持續(xù)時間短，致使磷不能得到充分釋放。同時，IAT池中殘留的溶解氧和NOx-N對磷的釋放有較大影響。另外，DAT池采用連續(xù)曝氣方式，去除了大部分可溶性有機污染物[2]，當污水進入到IAT池時，易降解有機物已基本被耗盡，BOD/ TKN值很低，碳源嚴重不足，系統(tǒng)反硝化速率較低，使系統(tǒng)的除磷效果大大降低。

為了進一步提高DAT-IAT污水處理工藝的脫氮除磷效果，擬對該工藝裝置加以改進。具體改進方法為：在DAT池前增設缺氧區(qū)和厭氧區(qū)。通過增設缺氧區(qū)，使進水和回流液在此混合。進水和回流液中存在一定量的硝態(tài)氮，利用缺氧池中較短停留時間進行反硝化作用，避免過量硝態(tài)氮抑制后續(xù)厭氧系統(tǒng)磷的釋放[3]。由于進水BOD/TKN值很高，碳源充足，因此反硝化速率很高，使得NO3--N濃度大大降低，有利于后續(xù)好氧區(qū)內(nèi)過量吸磷。系統(tǒng)在缺氧區(qū)及厭氧區(qū)消耗了一部分碳源，使得好氧反應區(qū)內(nèi)基質(zhì)濃度大大降低，有利于硝化菌生長。整個系統(tǒng)運行方式類似一個多級“缺氧—厭氧—好氧”反應系統(tǒng)，進一步強化了系統(tǒng)脫氮除磷效果。

2 試驗裝置和工藝流程

改進后的裝置和工藝流程如圖1所示。原污水與DAT池的部分出水及IAT池回流污泥在缺氧池中混合，反硝化菌利用原水中的有機物進行反硝化脫氮，然后混合液進入?yún)捬鯀^(qū)，在厭氧區(qū)內(nèi)聚磷菌進行充分釋放磷。釋磷后的污水順次進入DAT池內(nèi)，在DAT池中進行連續(xù)曝氣。IAT池作用相當于一個SBR反應器，由系統(tǒng)定時器控制，進行曝氣、靜置、沉淀及排水周期性操作。在反應器沉淀排水階段從IAT池底部回流污泥至DAT池，避免了DAT池污泥濃度過低影響系統(tǒng)反應。剩余污泥從IAT池中排出。

圖1 改進后試驗裝置和工藝流程圖

3 DAT池溶解氧濃度的確定

DAT池的溶解氧濃度對系統(tǒng)的脫氮除磷效果有著很大影響。大部分有機物要在此池得以去除，同時硝化菌要利用氧將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，聚磷菌對磷的吸收也要有一定的溶解氧濃度。但是如果溶解氧濃度過高，則回流至缺氧區(qū)的混合液中溶解氧濃度也會增加，使反硝化受到影響。另外，NO3--N濃度高會影響厭氧區(qū)磷的有效釋放。在污水流至IAT池時，由于易降解有機物已基本耗盡，碳源不足，對后續(xù)反硝化也不利。Miyamoto Mills等人采用Phostrip系統(tǒng)進行中試研究，在好氧區(qū)DO濃度為2.5mg/L或0.5mg/L的情況下均獲得了低于1mg/L的出水TP濃度。但也有研究表明生物脫氮與生物除磷相結(jié)合的系統(tǒng)對除磷不利，除非好氧區(qū)的DO濃度保持在1.5～3.0mg/L[4]。

本試驗分別考察了DAT池溶解氧濃度為1.0mg/L，1.5mg/L，2.0mg/L，3.0mg/L四種情況(本試驗不采用過長的水力停留時間[5]，因此對溶解氧濃度小于1.0mg/L 的情況不予研究)。主要運行參數(shù)見表1。

表1 試驗運行參數(shù)表

本試驗共運行4周，其中每種情況運行1周。結(jié)果列于表2。

表2 四種不同溶解氧濃度下的運行結(jié)果 單位：mg/L

4 試驗結(jié)果分析

4.1 不同溶解氧濃度對COD去除率的影響

在不同DO濃度下COD去除率如圖2所示。

圖2 不同DO濃度對COD去除率的影響

由圖2可知，在進水水質(zhì)和運行條件大致相同的情況下，隨著DAT池DO濃度加大，COD去除率也一直增加。在DO濃度由1.0 mg/L增加至2.0 mg/L時，COD去除率由83.9%增加至93.5%。這是因為溶解氧的增加使好氧氧化菌活性增強，對有機物的氧化分解速率加大。

4.2 不同溶解氧濃度對脫氮效果的影響

圖3和圖4分別表示不同DO濃度下氨氮和總氮的去除率。

圖3 不同DO濃度對氨氮去除率的影響

圖4 不同DO濃度對總氮去除率的影響

由圖3和圖4可知，當DO濃度由1.0mg/L增加到2.0mg/L時，NH4+-N的去除率由73.5%增加到86.9%，TN的去除率由69.3%增加到83.9%。這是因為硝化反應中，硝化菌為獲得足夠能量用于生長，須氧化大量的NH4+或NO2-，當環(huán)境中DO濃度升高時，硝化速率也會增加。因而，當溶解氧增加時，NH4+-N更多地被硝化，硝酸鹽回流至缺氧池進行反硝化或在后續(xù)IAT池中被反硝化去除。但是，實驗結(jié)果也顯示當溶解氧濃度由2.0 mg/L增加到3.0 mg/L時，TN的去除率由83.9%僅增加到84.2%。在實驗過程中，除了測定并控制DAT池的溶解氧濃度外，也同時測定缺氧區(qū)和厭氧區(qū)的溶解氧濃度。測定結(jié)果表明，DAT池溶解氧濃度的變化對厭氧區(qū)影響不大，厭氧區(qū)的溶解氧濃度一直保持在0.15mg/L左右，而缺氧區(qū)的溶解氧濃度就受到了影響。這是因為從DAT池要回流部分硝化液至缺氧區(qū)。當DAT池DO濃度增加到2.0 mg/L時，缺氧區(qū)的DO濃度由0.3mg/L上升到 0.52mg/L左右；當DAT池DO濃度由2.0 mg/L增加到3.0 mg/L時，缺氧區(qū)的DO濃度則上升到0.65mg/L左右。一般認為，懸浮污泥反硝化系統(tǒng)缺氧區(qū)的溶解氧應控制在0.5mg/L以下，否則會影響反硝化的正常進行。 當缺氧區(qū)溶解氧濃度過高時，反硝化作用就大大降低。另外，DAT池溶解氧升至3.0 mg/L時，有機物得到很好的去除，造成后續(xù)IAT池停曝缺氧時段碳源不足，對反硝化作用有抑制。因此DAT池溶解氧由2.0 mg/L增加到3.0 mg/L時，TN的去除率并沒有得到大幅度提高。

4.3 不同溶解氧濃度對除磷效果的影響

圖5 不同DO濃度對總磷去除率的影響

由圖5可知，對于TP來說，當DAT池溶解氧濃度由1.0 mg/L增加到2.0mg/L時，TP的去除率有較大的提高。這是因為在一定的好氧時間里，DO的增加可以滿足聚磷菌對其的需求量。但當溶解氧增至3.0mg/L時，受從DAT池回流的混合液的影響，缺氧區(qū)溶解氧濃度也增加，使反硝化作用降低，部分未進行硝化的硝酸鹽進入?yún)捬鯀^(qū)。由于聚磷菌主要是以揮發(fā)性有機酸為碳源來完成聚磷的水解和釋放，而揮發(fā)性有機酸是由氣單胞菌經(jīng)發(fā)酵水解產(chǎn)

生的，如有硝態(tài)氮的存在，氣單胞菌的發(fā)酵產(chǎn)酸作用就會受到抑制，聚磷菌所能獲得的揮發(fā)性有機酸就會減少。另外氣單胞菌還會利用硝態(tài)氮進行反硝化消耗碳源，與聚磷菌形成競爭，這就影響了聚磷菌的厭氧釋磷，進而影響其攝磷能力。因此當DAT池溶解氧增至3.0mg/L時，TP的去除率并未如預期的那樣有較大提高。四種情況的除磷率都不是特別高，應該是泥齡過長影響到了磷的去除。

5 結(jié)論

DAT池溶解氧濃度對有機物的去除及硝化作用有著很大的影響。同時，要回流DAT池硝化液至前端缺氧區(qū)進行反硝化，則DAT池溶解氧濃度也間接影響缺氧區(qū)和厭氧區(qū)的反硝化及釋磷效果。測試結(jié)果顯示，雖然溶解氧濃度增至3.0mg/L時氮磷去除率略有上升，但上升幅度很小。綜合考慮脫氮除磷效果及經(jīng)濟性，認為DAT池溶解氧濃度保持在2.0mg/L作用時效果最佳。

參考文獻：

[1]國家環(huán)境保護總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].4版.北京:中國環(huán)境科學出版社,2002.

[2]劉永代.SBR法的DAT—IAT工藝的生產(chǎn)運行[J].天津市政工程,2000,12(5):18-23.

[3]王寶貞,王琳.水污染治理新技術(shù)：新工藝、新概念、新理論[M].北京:科學出版社,2004:65-70.

[4]張芳,李光明.A/DAT—IAT工藝除磷影響因素的試驗研究[J].工業(yè)水處理,2004,8(3):32-34.

[5]李會元,關(guān)代宇.SBR法DAT—IAT工藝的過程控制[J].中國廢水排水,2001(3):47-50.