投加懸浮填料強(qiáng)化傳統(tǒng)活性污泥法的脫氮除磷試驗(yàn)研究

何智權(quán)

（廣東亨利達(dá)環(huán)?？萍加邢薰?廣東惠州 516000）

摘 要：傳統(tǒng)活性污泥法生物脫氮除磷功能較差，對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化試驗(yàn)具有十分重要的意義。本文通過試驗(yàn)，分析了投加懸浮填料對(duì)強(qiáng)化傳統(tǒng)活性污泥法脫氮除磷能力的影響，以其能為相關(guān)污水處理提供參考。

關(guān)鍵詞：懸浮填料；活性污泥法；脫氮除磷

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市工業(yè)及生活污水問題日益突出，人們對(duì)污水處理也越來越重視。當(dāng)前，我國(guó)對(duì)污水處理廠出水水質(zhì)要求日益嚴(yán)格，許多污水處理廠亟需進(jìn)行污水處理工藝的改進(jìn)。而活性污泥法作為傳統(tǒng)的污水處理方式，對(duì)有機(jī)物的去除能力較高，但是其脫氮除磷能力較弱。基于此，本文通過試驗(yàn)研究了投加懸浮填料對(duì)傳統(tǒng)活性污泥法脫氮除磷的強(qiáng)化作用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)用水

試驗(yàn)用水進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)裝置

采用A、B兩套相同裝置進(jìn)行平行試驗(yàn)，有效容積為17.1m3，依次分為厭氧區(qū)（AP，1.5m3）、缺氧Ⅰ區(qū)（ANⅠ，2.8m3）、缺氧Ⅱ區(qū)（ANⅡ，2.8m3）、好氧Ⅰ區(qū)（OⅠ，3.5m3）、好氧Ⅱ區(qū)（OⅡ，3.5m3）、缺氧Ⅲ區(qū)（ANⅢ，2.0m3）、好氧Ⅲ區(qū)（OⅢ，1.0m3）。污水進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)；內(nèi)回流點(diǎn)設(shè)置在OⅡ，硝化液回流至前置缺氧填料區(qū)（ANⅠ）；污泥從二沉池回流至厭氧區(qū)。系統(tǒng)A采用活性污泥法，模擬原廠工藝，各功能區(qū)HRT與原廠相同；泥膜復(fù)合系統(tǒng)（B）與系統(tǒng)A的池容及功能區(qū)劃分相同，但投加填料。

1.3 接種污泥與懸浮填料

接種污泥采用該污水廠生化池活性污泥，兩套裝置內(nèi)初始污泥濃度均為4g/L。填料比表面積為500m2/m3。好氧區(qū)填料填充率為50%（OⅠ），缺氧區(qū)填料填充率為40%（ANⅠ及ANⅢ）。

1.4 試驗(yàn)參數(shù)控制

內(nèi)外回流比均為100%。系統(tǒng)A進(jìn)水流量為0.8m3/h，污泥濃度為3.5～4.5g/L；系統(tǒng)B進(jìn)水流量為1m3/h，污泥濃度為2.5～4g/L。兩套系統(tǒng)采用相同的控制方式（DO、碳源投加位置、投加量），所投碳源為工業(yè)級(jí)乙酸鈉。

1.5 水質(zhì)分析方法

進(jìn)出水常規(guī)指標(biāo)均采用國(guó)標(biāo)方法測(cè)定，硝酸鹽氮采用紫外分光光度法測(cè)定，pH值、DO采用HACH多參數(shù)分析儀測(cè)定。每日檢測(cè)水樣為24h混合樣。

懸浮填料的硝化速率測(cè)定方法如下：將填料從反應(yīng)器取出后用蒸餾水洗凈，以防止殘留活性污泥，將填料投入20L反應(yīng)器中，填充率為20%，加入蒸餾水，投加氯化銨（氨氮濃度約為60mg/L）和碳酸氫鈉后曝氣并開始計(jì)時(shí)，控制DO為2～4mg/L，每隔30min取水樣測(cè)定氨氮濃度。懸浮填料的反硝化速率測(cè)定方法如下：將填料從反應(yīng)器取出后用蒸餾水洗凈，以防止殘留活性污泥，將填料投入20L反應(yīng)器中，填充率為25%，加入原水，投加硝酸鉀（硝酸鹽氮濃度約為40mg/L）后攪拌并開始計(jì)時(shí)，每隔10min取樣測(cè)定硝酸鹽氮濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 泥膜復(fù)合系統(tǒng)的處理效果

泥膜復(fù)合系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果如圖1所示。

Ⅰ-1階段為系統(tǒng)啟動(dòng)及適應(yīng)階段，采用較高的DO控制水平以利于生物膜培養(yǎng)。由于采用已掛膜的成熟懸浮填料，自啟動(dòng)3d起，對(duì)氨氮的去除效果就穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，出水平均濃度為1.21mg/L。對(duì)照活性污泥系統(tǒng)同期出水氨氮的平均值為1.25mg/L。在Ⅰ-2階段降低系統(tǒng)DO至正常水平，這樣既有利于節(jié)能，同時(shí)還能防止影響反硝化。

由于進(jìn)水碳源不足，出水TN濃度在前23d難以達(dá)標(biāo)，因此在第24～55天投加碳源，投加量為2.7kg/d（相當(dāng)于BOD為60mg/L），期間出水TN濃度始終穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，且均值僅為8.72mg/L，而A系統(tǒng)的出水TN均值為17.35mg/L。第56～81天，嘗試優(yōu)化碳源投加量（減半投加），期間出水TN濃度亦始終穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，平均為10.72mg/L。自82d起停止投加碳源，系統(tǒng)出水TN濃度仍能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，且均值僅為10.73mg/L，而對(duì)照系統(tǒng)的出水TN平均為16.46mg/L。相比A系統(tǒng)，泥膜復(fù)合系統(tǒng)對(duì)TN的去除率由68.7%提高至82%，處理負(fù)荷提高超過40%。

整個(gè)運(yùn)行期間，除33～34d碳源投加裝置發(fā)生故障，因投加量過大導(dǎo)致出水COD濃度超標(biāo)外，其余均穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，均值為27.96mg/L。

2.2 影響TN去除效果的主要因素

試驗(yàn)中出水氨氮濃度較為穩(wěn)定，出水TN主要是硝酸鹽氮，反硝化成為制約TN去除的主要因素。對(duì)于同時(shí)采用前置、后置反硝化工藝，污泥濃度、回流點(diǎn)DO及碳源投加量對(duì)TN去除效果影響較大。

2.2.1 污泥濃度

泥膜復(fù)合系統(tǒng)運(yùn)行過程中，污泥濃度始終控制在2.5g/L以上，對(duì)階段Ⅱ～Ⅳ系統(tǒng)MLSS與TN去除率的相關(guān)性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：當(dāng)MLSS為<2.8、（2.8～3）、（3～3.2）、（3.2～3.4）、（3.4～3.6）、>3.6g/L時(shí)，對(duì)TN的去除率分別為81%、82%、83%、78%、74%、63%?？梢钥闯觯?dāng)污泥濃度在2.8～3.2g/L時(shí)，系統(tǒng)對(duì)TN的去除率最高；當(dāng)污泥濃度>3.2g/L時(shí)，TN去除率隨著污泥濃度的增高而降低。分析原因，主要是污泥濃度升高降低了微生物對(duì)有機(jī)碳源的利用率。試驗(yàn)過程中，進(jìn)水碳源不足，外投碳源量按BOD=60mg/L投加（C/N值=4），即滿足15mg/L的TN反硝化需求。當(dāng)污泥濃度增大時(shí)，污泥的內(nèi)源呼吸作用較強(qiáng)，非反硝化途徑消耗的碳源增多，降低了反硝化可利用的碳源量，導(dǎo)致總氮去除效果下降。2.2.2 回流點(diǎn)溶解氧

系統(tǒng)在OⅠ段投加懸浮填料，并在其后設(shè)置了OⅡ段。OⅡ段并未投加懸浮填料，主要作為好氧與后置缺氧的過渡段，目的是氧化殘余氨氮，并降低系統(tǒng)溶解氧水平，為前置及后置反硝化創(chuàng)造良好條件。系統(tǒng)的DO值與TN去除率的關(guān)系如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著DO濃度的增大，TN去除率大致呈現(xiàn)由高至低、再升高再降低的規(guī)律。分析原因，主要是DO濃度較低時(shí)，能夠保證前置、后置反硝化的溶解氧條件，但較低的曝氣量使得泥水混合不充分，OⅡ段出現(xiàn)了污泥聚集的現(xiàn)象，回流污泥濃度降低，反而降低了對(duì)TN的去除效果。當(dāng)DO>2mg/L時(shí)，一方面部分碳源被氧化消耗，碳源利用率降低，使得反硝化效果下降。另一方面，DO對(duì)反硝化菌的抑制作用影響了對(duì)TN的去除。當(dāng)DO控制在1.2～1.6mg/L時(shí)，TN去除效果達(dá)到最佳，既保證了泥水混合均勻，同時(shí)也未對(duì)反硝化產(chǎn)生明顯抑制。研究表明，從提高污水脫氮效率和節(jié)能降耗角度考慮，在生活污水脫氮過程中將回流點(diǎn)的DO控制在1.5mg/L左右較為適宜。

2.2.3 碳源投加點(diǎn)及投加量

前置反硝化投加碳源階段，去除TN消耗的外投碳源C/N值為6.8；而后置反硝化投加碳源階段去除TN消耗的外投碳源C/N值僅為4.6，即后置反硝化的碳源利用效率更高。通過對(duì)污水廠的跟蹤監(jiān)測(cè)表明，對(duì)于MBBR工藝，去除TN消耗的外投碳源C/N值一般在4～5，本試驗(yàn)與之基本相同。因此從碳源利用角度分析，后置反硝化優(yōu)于前置反硝化，可降低碳源投量，節(jié)約碳源投加費(fèi)用。

2.3 懸浮填料的處理能力

2.3.1 填料的硝化性能

懸浮填料的初始硝化速率為2.22gN/（m3？h），31d時(shí)增至4.77gN/（m3？h），至第72天生物膜已基本成熟，硝化速率達(dá)到7.17gN/（m3？h）。之所以污水廠填料硝化速率較低，主要是其填料投加區(qū)域位于好氧池中后段，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏，生物膜并未得到充分培養(yǎng)，硝化速率較低；中試系統(tǒng)的填料投加區(qū)域靠前（OⅠ），緊隨缺氧段后，底物充足，運(yùn)行31d后硝化速率翻倍，運(yùn)行72d后生物膜可成熟，最終表面負(fù)荷達(dá)到了1.39gN/（m2？d），且溶解氧僅為2～4mg/L，略高于相同條件下MBBR工藝的表面負(fù)荷。

2.3.2 填料的反硝化啟動(dòng)與性能

缺氧運(yùn)行時(shí)懸浮填料不易掛膜，故試驗(yàn)中并未采用新填料，而是采用已掛膜的硝化填料進(jìn)行缺氧反硝化啟動(dòng)。在測(cè)定初始反硝化速率時(shí)并未發(fā)生反硝化現(xiàn)象，且數(shù)據(jù)無規(guī)律性；至31d時(shí)出現(xiàn)了硝酸鹽氮的少許去除；至72d時(shí)，反硝化速率已達(dá)到0.1076gN/（m3·min），此時(shí)生物膜基本成熟；至120d時(shí)，反硝化速率略有增加，最終表面負(fù)荷達(dá)到1.28gN/（m2·d），略高于相同條件下MBBR工藝的表面負(fù)荷。

3 結(jié)論

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，投加懸浮填料，不僅能夠強(qiáng)化系統(tǒng)的硝化性能，對(duì)氨氮和TN的去處效果具有明顯的提高，而且總氮去除率及除磷能力也顯著提高，具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、可行性高等特點(diǎn)。因此，在相關(guān)污水處理廠處理工藝改造中，可以通過投加懸浮填料的方式，強(qiáng)化傳統(tǒng)活性污泥法的脫氮除磷能力。

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