改良分段進(jìn)水工藝處理低C/N城市污水流量優(yōu)化控制

王偉，陳強(qiáng)，汪傳新，彭永臻

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改良分段進(jìn)水工藝處理低C/N城市污水流量優(yōu)化控制

王偉1，陳強(qiáng)2，汪傳新3，彭永臻2

（1黑龍江工程學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150050；2哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱 150090 ；3廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州510060）

采用改良分段進(jìn)水工藝處理低碳氮比（C/N＜3.5）生活污水，研究流量分配對(duì)系統(tǒng)處理性能的影響。在其他條件不變的情況下，以實(shí)際處理效果以及物料衡算結(jié)果為依據(jù)來逐步提高首段進(jìn)水比例以尋求最優(yōu)的流量運(yùn)行工況，共確定4組不同的進(jìn)水流量分配。結(jié)果表明：在此碳氮比條件下，通過提高首段進(jìn)水比例的方法并不能降低厭氧區(qū)氮氧化物的含量，甚至出現(xiàn)相反的情況；系統(tǒng)的同步硝化反硝化作用以及微生物同化作用強(qiáng)度對(duì)TN的去除起著至關(guān)重要的作用；首段進(jìn)水比例的提高強(qiáng)化了厭氧區(qū)聚磷菌的釋磷作用，提高了磷酸鹽的去除率；綜合考慮系統(tǒng)的脫氮除磷效能以及后續(xù)可優(yōu)化空間，確定在進(jìn)水流量分配比例為6:3:1的工況3為最優(yōu)工況，系統(tǒng)出水COD、氨氮、總氮、磷酸鹽濃度分別為45.98、0.04、17.47和2.43 mg·L-1。

分段進(jìn)水；廢水；流量分配；沉降；污染；低碳氮比；脫氮除磷

引 言

目前，傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝由于工藝形式的限制，使得其對(duì)于低碳氮比的生活污水處理效果不佳[1]。而分段進(jìn)水工藝突破傳統(tǒng)的單點(diǎn)進(jìn)水形式，采用多點(diǎn)進(jìn)水，使得其具有水力停留時(shí)間短、污泥濃度高等優(yōu)點(diǎn)，并且可以省去硝化液內(nèi)回流設(shè)施[2-4]。最重要的是其可以最大程度地利用原水碳源，減少由于原水碳源不足帶來的不利影響。眾多研究者采用不同的分段段數(shù)（2～4）進(jìn)行研究所得結(jié)果均表明，該工藝在少投加甚至無須投加外碳源的情況下就可以取得較好的脫氮除磷效果[5-8]。

在影響分段進(jìn)水工藝的眾多因素中，流量分配具有重要意義。流量分配不僅直接影響各隔室的水力停留時(shí)間以及各隔室的污泥濃度，而且決定了碳源在各隔室的含量以及利用程度。祝貴兵等[9]對(duì)四級(jí)A/O串聯(lián)分段進(jìn)水工藝進(jìn)行研究，推導(dǎo)出了工藝最大流量分配系數(shù)與進(jìn)水C/N比的數(shù)學(xué)關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上探討了在一定的進(jìn)水負(fù)荷條件下，流量分配系數(shù)對(duì)系統(tǒng)TN去除率的影響。王偉等[10-11]采用四級(jí)A/O串聯(lián)分段進(jìn)水工藝進(jìn)行研究，提出了3種流量分配方法，并對(duì)3種方法進(jìn)行了理論研究，推導(dǎo)出流量分配的專家決策系統(tǒng)，為分段進(jìn)水工藝流量分配提供了理論基礎(chǔ)。王敏等[12]采用三級(jí)A/O串聯(lián)分段進(jìn)水工藝處理生活污水，在C/N為6，流量分配比為50%:30%:20%時(shí)，系統(tǒng)脫氮效果最好，出水TN濃度小于5.7 mg·L-1，去除率高達(dá)82.9%。Vaiopoulou等[13]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)水流量分配比為60%:25%:15%時(shí)，采用改良UCT分段進(jìn)水工藝處理希臘某城市生活污水，出水污染物濃度能夠達(dá)到歐盟污水排放標(biāo)準(zhǔn)。Cao等[14]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用流量分配比為20%:35%:35%:10%時(shí)，改良四段式分段進(jìn)水工藝處理城市污水脫氮除磷效果最佳。

眾多的研究表明，流量分配確實(shí)對(duì)系統(tǒng)性能有重要影響[13, 15]。但大部分研究所采用的分配方式是基于流量分配系數(shù)的思想，即按照流量分配系數(shù)，各段進(jìn)水中碳源量恰好可以將上一段產(chǎn)生的硝酸鹽氮完全去除[10]。事實(shí)上，對(duì)于高C/N污水，按照流量分配系數(shù)分配流量，流量沿程遞減，不僅可以最大程度地利用原水碳源，還可以充分利用系統(tǒng)的硝化容量。而對(duì)于低C/N污水，按流量分配系數(shù)，流量沿程則成遞增趨勢分布，此時(shí)便產(chǎn)生兩個(gè)問題：（1）由于系統(tǒng)各段的污泥濃度沿程呈遞減分布，這導(dǎo)致系統(tǒng)第一段的處理容量存在一定的浪費(fèi)；（2）由于原水中的碳源量遠(yuǎn)不能將缺氧區(qū)中由于上段好氧區(qū)產(chǎn)生的硝酸鹽氮以及由于污泥回流而帶入缺氧1區(qū)中的硝酸鹽氮完全反硝化，因此若首段進(jìn)水流量分配過小，勢必會(huì)對(duì)系統(tǒng)的除磷性能造成巨大的沖擊。本研究所采用的生活污水是低C/N生活污水，為了充分利用原水碳源，并盡可能利用系統(tǒng)的處理容量，兼顧系統(tǒng)的脫氮除磷效果，根據(jù)實(shí)際處理效果以及物料衡算結(jié)果對(duì)流量分配進(jìn)行研究，以期獲得分段進(jìn)水工藝處理低C/N生活污水高效運(yùn)行的流量控制策略。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)裝置

改良分段進(jìn)水工藝如圖1所示。主體反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，容積為100 L，有效容積為67 L，共7個(gè)反應(yīng)區(qū)，分別為厭氧區(qū)、缺氧1區(qū)、好氧1區(qū)、缺氧2區(qū)、好氧2區(qū)、缺氧3區(qū)、好氧3區(qū)，不同隔室之間用可移動(dòng)插板分隔，插板底部接有連通管，反應(yīng)器內(nèi)填充活性污泥，不添加任何填料。二沉池采用豎流式，容積為44 L。采用5臺(tái)蠕動(dòng)泵分別控制進(jìn)水、污泥回流與內(nèi)循環(huán)。采用電磁式空氣壓縮機(jī)曝氣，黏砂塊為微孔曝氣器，采用空氣流量計(jì)控制曝氣量。采用攪拌器對(duì)厭氧區(qū)及缺氧區(qū)進(jìn)行攪拌。

圖1 改良分段進(jìn)水工藝原理

1.2 接種污泥與原水水質(zhì)

接種污泥取自哈爾濱市某污水處理廠回流污泥，經(jīng)15 d馴化培養(yǎng)，污泥活性良好。原水采用哈爾濱某大學(xué)教工小區(qū)生活污水，水質(zhì)見表1。

表1 原水水質(zhì)

1.3 水質(zhì)指標(biāo)與分析方法

硝態(tài)氮采用麝香草酚分光光度法；亞硝態(tài)氮采用-(1-萘基)-乙二胺分光光度法；氨氮采用納氏試劑分光光度法；總氮采用TOC-VCPN總氮測定儀測定；磷酸鹽采用氯化亞錫分光光度法；COD采用連華科技5B-3（C）型快速測定儀測定; MLSS采用濾紙稱重法；MLVSS采用馬弗爐灼燒法；pH、ORP、DO和溫度由德國WTW multi 3420測定儀在線監(jiān)測。

1.4 試驗(yàn)條件與運(yùn)行方案

改良分段進(jìn)水工藝在室溫（23～28℃）條件下運(yùn)行，試驗(yàn)期間HRT控制在10 h，相應(yīng)進(jìn)水總流量為161 L·d-1，SRT控制在10～15 d，污泥回流比與內(nèi)循環(huán)比均為100%。好氧區(qū)溶解氧（DO）控制在2 mg·L-1左右，厭氧區(qū)與缺氧區(qū)DO在0.1 mg·L-1以下。7個(gè)隔室的體積比為4:3:3:3:3:3:3，分別在厭氧區(qū)、缺氧2區(qū)與缺氧3區(qū)進(jìn)水。根據(jù)實(shí)際處理效果以及物料衡算結(jié)果確定了4種不同的流量分配方案并考察系統(tǒng)對(duì)各污染物的去除效果，各階段的具體參數(shù)見表2。表中anaerobic zone:anoxic zone 2:anoxic zone 3為厭氧區(qū)、缺氧2區(qū)、缺氧3區(qū)的進(jìn)水流量分配比。

表2 試驗(yàn)運(yùn)行工況及運(yùn)行參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì)COD去除的影響

4種工況條件下，系統(tǒng)進(jìn)出水COD濃度變化情況以及相應(yīng)去除率見圖2。

圖2 不同工況下系統(tǒng)對(duì)COD的去除效果

●?influent;○?effluent;△?removal efficiency

4種流量分配條件下，平均出水COD濃度分別為46.08、43.60、45.98和41.37 mg·L-1，相應(yīng)的去除率分別為80.48%、76.11%、74.83%和73.6%。由此可見，流量分配對(duì)總的COD去除率影響不大，改良分段進(jìn)水工藝可以實(shí)現(xiàn)對(duì)COD的高效去除。在工況1的運(yùn)行條件下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行物料衡算，計(jì)算得到厭氧區(qū)的的量為0.025 g·d-1。因此采用提高首段進(jìn)水比例的方法，提高厭氧區(qū)進(jìn)水碳源量以便加強(qiáng)厭氧區(qū)的釋磷及反硝化效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在工況2、3、4的條件下，厭氧區(qū)的量依次為0.102、0.122、0.330 g·d-1。在提高首段進(jìn)水比例至70%的條件下，厭氧區(qū)中仍無法完全去除，甚至出現(xiàn)了濃度提高的現(xiàn)象，分析其原因?yàn)槭锥芜M(jìn)水比例的提高導(dǎo)致后續(xù)兩段進(jìn)水比例的減少，使得后續(xù)兩段缺氧區(qū)的反硝化效果受限，回流污泥攜帶的量提高，進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的量隨之提高，厭氧區(qū)額外增加的進(jìn)水量不足以提供微生物足夠的碳源量將額外增加的完全反硝化。

4種工況下的物料衡算結(jié)果表明，厭氧段和總?cè)毖醵蜟OD去除量占進(jìn)水COD比例分別為62.8%、44.9%、48.8%和57.7%。由于較低的碳氮比使得缺氧1區(qū)中由污泥回流所帶入的硝酸鹽氮只能部分反硝化，且厭氧區(qū)進(jìn)水中碳源無法將由缺氧1區(qū)回流帶入的硝酸鹽氮完全反硝化，因此碳源有效利用率由兩個(gè)方面決定：一是首段的進(jìn)水比例，首段進(jìn)水比例越高，碳源有效利用率越高；二是厭氧區(qū)與缺氧區(qū)的水力停留時(shí)間之和（AHRT），AHRT越大，碳源有效利用率越高。因此分析工況1碳源有效利用率最高的原因是其AHRT最高，足夠的水力停留時(shí)間為厭氧區(qū)與缺氧區(qū)中COD的高效去除提供了有利條件。工況2、3、4的碳源有效利用率均低于工況1，而工況4高于工況3，工況3高于工況2，說明對(duì)于工況2～工況4，首段進(jìn)水比例對(duì)碳源有效利用率的影響超過AHRT的影響。

4種工況下，COD濃度沿程變化情況如圖3所示。由圖中可以看出，COD在系統(tǒng)內(nèi)的變化基本呈現(xiàn)出缺氧區(qū)增高，好氧區(qū)減少的趨勢。工況1缺氧2區(qū)COD濃度略大于好氧1區(qū)COD濃度，而工況2～工況4缺氧2區(qū)COD濃度要略小于好氧1區(qū)COD濃度。分析其原因可能是由于缺氧2區(qū)的進(jìn)水量較少而由好氧1區(qū)進(jìn)入的量較多，使得缺氧2區(qū)進(jìn)水中COD在隔室中被迅速消耗至較低濃度，加之好氧1區(qū)出水的稀釋作用，出現(xiàn)缺氧2區(qū)COD濃度略大于甚至低于好氧1區(qū)COD濃度的現(xiàn)象。由于工藝沿程各隔室水力停留時(shí)間依次縮短，因此缺氧3區(qū)由于水力停留時(shí)間的限制，并未出現(xiàn)COD濃度低于好氧2區(qū)COD濃度的現(xiàn)象。因此，從對(duì)碳源的有效利用角度來說，首段進(jìn)水比例未必越高越好，還需綜合考察系統(tǒng)對(duì)、TN以及磷酸鹽的去除情況來確定系統(tǒng)的最佳流量分配比。

圖3 不同工況下COD沿程變化規(guī)律

2.2 對(duì)氮去除的影響

2.2.1 硝化性能

4種工況條件下，系統(tǒng)進(jìn)出水氨氮濃度變化情況以及相應(yīng)去除率見圖4。

圖4 不同工況下系統(tǒng)對(duì)的去除效果

●?influent;○?effluent;△?removal efficiency

4種工況下平均出水氨氮濃度依次為0.45、0.06、0.04和7.39 mg·L-1，去除率依次為99.1%、99.9%、99.9%和85.0%。對(duì)于工況1～工況3隨著總好氧區(qū)HRT從2.394 h降至2.198 h，實(shí)際出水氨氮濃度相差不大，系統(tǒng)可以滿足對(duì)氨氮的高效去除。而到工況4總好氧區(qū)HRT則降至2.143 h，由于水力停留時(shí)間的限制，使得好氧區(qū)微生物沒有足夠的時(shí)間對(duì)進(jìn)水中進(jìn)行完全的氨化作用，導(dǎo)致出水氨氮濃度超標(biāo)。

4種工況下氨氮濃度沿程變化情況以及好氧區(qū)實(shí)際水力停留時(shí)間變化情況見圖5及表3。由表可知工況1～工況4的好氧1區(qū)及好氧2區(qū)的水力停留時(shí)間依次降低。其中工況1～工況3好氧1區(qū)可將首段進(jìn)水中絕大部分氨氮氧化，剩余少部分未反應(yīng)的氨氮?jiǎng)t會(huì)在隨后的好氧2區(qū)以及好氧3區(qū)中進(jìn)行完全氧化。而到工況4，由于好氧1區(qū)的水力停留時(shí)間過短，導(dǎo)致氨氮在好氧1區(qū)有大量剩余，氨氮沿程累計(jì)，使得好氧2區(qū)及好氧3區(qū)中氨氮量超過其處理能力，最后出水氨氮超標(biāo)(《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 18918—2002一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn))。因此，從硝化的角度來看，工況4最為不利。

圖5 不同工況下沿程變化規(guī)律

表3 4種工況條件下系統(tǒng)各好氧區(qū)的實(shí)際水力停留時(shí)間

2.2.2 反硝化性能

4種工況條件下，厭氧區(qū)和缺氧區(qū)反硝化脫氮所占比例見表4。

表4 4種工況條件下的氮元素物料衡算結(jié)果

①?Denitrification in anaerobic zone, anoxic zones and secondary settling tank.

②?Denitrification in anaerobic zone, anoxic zones.

③?Computing cycle of quality change is “day”.

由表可見，4種工況條件下，由于反硝化作用去除的氮含量占進(jìn)水TN的比例依次為45.5%、30.0%、31.5%和18.6%。工況1的反硝化效果最好，工況4的最差，工況2與工況3相差不大。分析其原因?yàn)橐韵?點(diǎn)：（1）工況1～工況4的AHRT依次降低，在厭氧區(qū)以及缺氧區(qū)水力停留時(shí)間縮短的情況下，反應(yīng)時(shí)間也依次縮短，因此反硝化效果大致呈降低的趨勢；（2）工況1的進(jìn)水比例分配相對(duì)均勻，使得厭氧區(qū)及各缺氧區(qū)的碳源量相對(duì)平衡，在厭氧區(qū)及各缺氧區(qū)均無法進(jìn)行完全反硝化作用的情況下，工況1可以進(jìn)行較充分的反硝化作用，因此工況1的反硝化效果最好；工況2與工況3的反硝化效果相差不大，在工況2、3的條件下，由于厭氧區(qū)的進(jìn)水比例明顯高于后續(xù)兩段缺氧區(qū)的進(jìn)水比例，使得缺氧2區(qū)、3區(qū)的反硝化效果受限，尤其是對(duì)缺氧3區(qū)影響最大，不僅使得相應(yīng)工況下反硝化率降低，同時(shí)使得進(jìn)入缺氧1區(qū)以及厭氧區(qū)的量增大；（3）工況4由于氨化作用的不完全，使得反應(yīng)底物濃度偏低，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的反硝化效果產(chǎn)生一定的影響。因此從反硝化效果角度考慮，工況4最為不利。

試驗(yàn)過程也考察了4種工況下系統(tǒng)的SND作用以及系統(tǒng)的同化作用，見表4。由表可見，4種工況條件下的SND作用去除的氮含量占進(jìn)水TN比例依次為14.4%、14.9%、16.6%和17.9%。4種工況條件下均出現(xiàn)明顯的SND現(xiàn)象，SND效率依次增加但增幅較小。目前關(guān)于同步硝化反硝化理論有宏觀缺氧理論、微觀缺氧理論和生物學(xué)理論[16]。分析本研究結(jié)果，出現(xiàn)SND現(xiàn)象以及SND效率增加的原因有以下3點(diǎn)：（1）由于好氧區(qū)曝氣頭較小，存在曝氣不均勻的現(xiàn)象，這在一定程度上會(huì)使好氧區(qū)局部出現(xiàn)DO較低或者缺氧的環(huán)境，而且還會(huì)導(dǎo)致生物絮體內(nèi)部產(chǎn)生DO梯度，由外到內(nèi)DO濃度依次減小，在絮體內(nèi)部亦會(huì)產(chǎn)生缺氧環(huán)境；（2）4種工況條件下好氧區(qū)的實(shí)際水力停留時(shí)間縮短后，在好氧區(qū)的泥水混合液更加難以混合均勻，在空間上形成的缺氧環(huán)境增多，加強(qiáng)了同步硝化反硝化作用，但效果不明顯；（3）系統(tǒng)中可能存在好氧反硝化細(xì)菌，導(dǎo)致同步硝化反硝化現(xiàn)象的發(fā)生[17]。

由于4種工況條件下的污泥濃度相差不大，因此通過同化作用去除的氮含量相差不大，約占進(jìn)水TN的15%。

2.2.3 對(duì)TN的去除性能

4種工況條件下，系統(tǒng)進(jìn)出水TN濃度變化情況以及相應(yīng)去除率見圖6。

圖6 不同工況下系統(tǒng)對(duì)TN的去除效果

●?influent;○?effluent;△?removal efficiency

4種工況條件下平均出水TN濃度分別為17.76、17.91、17.47和25.12 mg·L-1，去除率分別為69.2%、67.8%、68.4%和53.9%。雖然工況1～工況3反硝化作用去除的氮含量依次降低，但由于TN的去除還取決于SND作用與同化作用，由于工況1～工況3的SND作用脫氮所占比例依次增大，因此使得出水TN濃度相差不大，但工況3的出水TN濃度略低于工況1、2。對(duì)于工況4，由于出水含有大量的氨氮，使得其出水TN濃度大大高于工況1～工況3。因此，對(duì)于TN的去除，工況1～工況3均可考慮。

2.3 對(duì)磷酸鹽去除的影響

4種工況條件下，系統(tǒng)進(jìn)出水磷酸鹽濃度變化情況以及相應(yīng)去除率見圖7，磷酸鹽濃度沿程變化情況見圖8。平均出水磷酸鹽濃度分別為2.61、2.48、2.43和2.10 mg·L-1，去除率分別為31.8%、37.7%、40.5%和49.6%，厭氧區(qū)釋放的磷酸鹽含量分別為進(jìn)水磷酸鹽含量的1.29、1.31、1.35和1.50倍。4種工況條件下，磷酸鹽的去除率依次提高，分析其原因是因?yàn)殡S著厭氧區(qū)進(jìn)水比例的提高，厭氧區(qū)可利用的碳源量增加，可以合成更多的聚羥基烷酸（PHA），為聚磷菌提供更多的能量進(jìn)行釋磷作用，而厭氧區(qū)釋磷作用越強(qiáng)，則其在好氧區(qū)的吸磷作用也就越強(qiáng)，磷酸鹽的去除率也就越高。但整體磷酸鹽的去除率不高，主要原因是由于較低的碳氮比使得在缺氧1區(qū)無法將回流污泥混合液攜帶的硝態(tài)氮完全去除，大量的硝態(tài)氮回流進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，消耗厭氧區(qū)的進(jìn)水碳源，導(dǎo)致磷酸鹽的去除率不高。因此，綜合考慮系統(tǒng)的脫氮除磷效果，工況3為較優(yōu)工況。

圖7 不同工況下系統(tǒng)對(duì)的去除效果

●?influent;○?effluent;△?removal efficiency

圖8 不同工況下磷酸根沿程變化規(guī)律

3 不同工況下各隔室pH、ORP變化情況

不同工況下，系統(tǒng)pH沿程變化見圖9。由圖可見，工況1～工況3沿程pH變化情況相同，首段厭氧區(qū)-缺氧1區(qū)-好氧1區(qū)呈現(xiàn)pH遞減的規(guī)律性。在好氧1區(qū)發(fā)生硝化作用與吸磷作用，硝化作用消耗堿度，吸磷作用產(chǎn)生堿度，但由于硝化作用較強(qiáng)而吸磷作用較弱，因此呈現(xiàn)缺氧1區(qū)～好氧1區(qū)pH下降的現(xiàn)象，與Wang等[18]的好氧區(qū)pH繼續(xù)下降的結(jié)果相符合。由于缺氧1區(qū)～厭氧區(qū)的內(nèi)回流，以及厭氧區(qū)發(fā)生大量硝態(tài)氮的反硝化作用以及釋磷作用，反硝化作用產(chǎn)生堿度，釋磷作用消耗堿度，但由于釋磷作用較弱，整體仍表現(xiàn)為pH升高。好氧1區(qū)-缺氧2區(qū)-好氧2區(qū)-缺氧3區(qū)-好氧3區(qū)的pH變化規(guī)律為升高-降低-升高-降低，這主要是由于釋磷吸磷作用均很微弱，pH的變化規(guī)律主要由硝化反硝化作用來決定。對(duì)于工況4，由于除磷性能的改善以及硝化效果的惡化，系統(tǒng)各反應(yīng)區(qū)堿度的變化，主要由除磷過程來決定。首段厭氧區(qū)-缺氧區(qū)-好氧區(qū)的變化規(guī)律為一直升高，厭氧區(qū)硝態(tài)氮發(fā)生反硝化作用產(chǎn)生堿度，同時(shí)又有釋磷作用消耗堿度，但由于釋磷量較多，最后整體表現(xiàn)為pH低于缺氧1區(qū)。到好氧1區(qū)，吸磷作用產(chǎn)生的堿度要大于硝化作用消耗的堿度，因此pH繼續(xù)升高。好氧1區(qū)-缺氧2區(qū)pH略有降低，主要是因?yàn)槿毖?區(qū)由于反硝化作用產(chǎn)生堿度，而釋磷消耗堿度，釋磷作用略強(qiáng)于反硝化作用，因此pH略微降低。至好氧2區(qū)-缺氧3區(qū)-好氧3區(qū)，磷釋吸磷作用基本完成，pH變化由硝化反硝化作用決定，變化情況同工況1～工況3。

圖9 不同工況下pH沿程變化規(guī)律

不同工況下，系統(tǒng)ORP沿程變化見圖10。

圖10 不同工況下ORP沿程變化規(guī)律

4種工況下ORP變化規(guī)律相同，沿程依次呈現(xiàn)升高-升高-降低-升高-降低-升高的變化規(guī)律。由于首段厭氧區(qū)DO濃度與硝態(tài)氮濃度均最低，因此ORP也最低。缺氧區(qū)的DO與硝態(tài)氮濃度高于厭氧區(qū)而低于好氧區(qū)，因此ORP值大于厭氧區(qū)小于好氧區(qū)，好氧區(qū)由于具有較高的DO與氧化態(tài)氮-硝態(tài)氮含量，因此ORP最高。

4 系統(tǒng)污泥的形態(tài)分析

4種工況條件下，取好氧3區(qū)污泥進(jìn)行分析，測得平均污泥體積指數(shù)（SVI）分別為97.08、89.00、80.00和64.90 ml·g-1。由此可見系統(tǒng)污泥的沉降性能良好。有研究表明，如果在工藝中設(shè)置一個(gè)厭氧選擇池，可以加強(qiáng)系統(tǒng)的污泥沉降性能[19]。本工藝主要是由于試驗(yàn)過程控制較適宜的DO濃度，并且由于系統(tǒng)厭氧+交替缺氧/好氧的工藝環(huán)境，形成了類似生物選擇器，有效地抑制了絲狀菌的生長，防止污泥膨脹。

5 結(jié) 論

（1）通過提高首段進(jìn)水比例的方法來強(qiáng)化首段厭氧區(qū)的釋磷效果，結(jié)果表明：4種工況條件下首段厭氧區(qū)硝態(tài)氮均無法完全去除，厭氧區(qū)硝態(tài)氮含量隨著首段進(jìn)水比例的增大甚至出現(xiàn)增大的趨勢，4種工況對(duì)COD 的去除影響不大，出水COD濃度均低于50 mg·L-1。

（2）4種工況條件下TN的去除率不僅取決于系統(tǒng)的硝化效果與反硝化效果，SND作用以及微生物同化作用對(duì)TN的去除也起著至關(guān)重要的作用，綜合考慮各工況對(duì)氮元素的去除，工況1～工況3均為較理想工況，其中工況3略優(yōu)于工況1、2。

（3）4種工況條件下，隨著首段進(jìn)水比例的提高，首段厭氧區(qū)的釋磷量依次提高，系統(tǒng)磷酸鹽的去除率也依次提高，但受到進(jìn)水碳氮比的限制，整體磷酸鹽的去除率不高，單從磷酸鹽的去除角度考慮，工況4為較優(yōu)工況。

（4）綜合考慮4種工況條件下系統(tǒng)的脫氮除磷效果，工況3即進(jìn)水流量分配比為6:3:1時(shí)為系統(tǒng)的最優(yōu)工況，系統(tǒng)出水COD、氨氮、TN、磷酸鹽濃度分別為45.98、0.04、17.47和2.43 mg·L-1。

（5）由于系統(tǒng)厭氧+缺氧/好氧交替的特殊工藝形式，抑制了絲狀菌的繁殖，系統(tǒng)的污泥沉降性能良好，4種工況下好氧3區(qū)的SVI均低于100ml·g-1。

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Optimization of flow for modified step feed process treating low COD/TN municipal sewage

WANG Wei1,CHEN Qiang2, WANG Chuanxin3,PENG Yongzhen2

(1College of Civil and Architectural Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050,Heilongjiang,China;2State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090,Heilongjiang,China;3Guangzhou Municipal Engineering Design and Research Institute, Guangzhou 510060,Guangdong,China)

By adjusting the distribution ratio of influent flow into anaerobic and anoxic zones, the removal efficiency of pollutants in low C/N（COD/total nitrogen）＜3.5 municipal sewage using modified step feed process was analyzed. Keeping the following conditions unchanged: hydraulic retention time (HRT) 10 h, sludge retention time (SRT) 10—15 d, volume of anaerobic zone:volume of total anoxic zones:volume of total aerobic zones 4:9:9, when the actual efficiency obtained and material balance calculation results were utilized to increase gradually the water ratio distributing to the first stage.. anaerobic zone, the best operating conditions could be found and 4 kinds of operating conditions determined. The results show that, at given C/N ratio, concentration of nitrogen oxides in anaerobic zone does not decrease with the increase of the water ratio entered into anaerobic zone, even appears the opposite situation. The simultaneous nitrification and denitrification（SND）and microbial assimilation effect intensity play crucial role in TN removal. The rise of water ratio entered into anaerobic zone improves the removal rate of phosphate due to the phosphorus release effect of phosphorus-accumulating bacteria is enhanced in anaerobic zone. Both nitrogen and phosphorus removals as well as subsequent optimization space are considered, one of optimized water distribution ratio is 6:3:1，and at this condition, the effluent concentration of COD, ammonia nitrogen, TN, phosphate is 45.98, 0.04,17.47and 2.43mg·L-1respectively.

step feed; waste water; flow distribution; sedimentation；pollution；low C/N; nitrogen and phosphorus removal

2015-01-20.

supported by the National Natural Science Foundation of China (51208185), the Heilongjiang Province Natural Science Foundation (QC2011C018) and the Heilongjiang Province Ordinary Colleges and Universities Young Academic Backbone Support Plan (1251G053).

Prof. PENG Yongzhen, pyz@bjut.edu.cn

10.11949/j.issn.0438-1157.20150081

X 703.1

A

0438—1157（2015）07—2686—08

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51208185）；黑龍江省青年科學(xué)基金項(xiàng)目（QC2011C018）；黑龍江省普通高等學(xué)校青年學(xué)術(shù)骨干支持計(jì)劃項(xiàng)目（1251G053）。

2015-01-20收到初稿，2015-03-10收到修改稿。

聯(lián)系人：彭永臻。第一作者：王偉（1979—），女，博士，副教授。