A2/O工藝法深化處理混合污水的試驗研究

李一兵，董俊良，李靜，劉曼，黨聰哲

（河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院，天津300401）

A2/O工藝法深化處理混合污水的試驗研究

李一兵，董俊良，李靜，劉曼，黨聰哲

（河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院，天津300401）

建立了A2/O工藝處理工業(yè)和生活的混合污水的工藝流程.試驗結(jié)果表明，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行的情況下，可以初步達到對該混合污廢水的去除，深化調(diào)節(jié)A2/O工藝中的C/N、C/P、缺氧好氧體積比等參數(shù)對污水中有機物的去除具有強化效果.尤其針對磷含量較高的污廢水，通過控制C/P比在30左右能夠達到高效除磷的效果.最終出水水質(zhì)滿足GB 18918－2002的一級B標準.

A2/O；C/N；C/P；缺氧/好氧體積比；混合污水

北辰區(qū)污水處理廠主要接收來自于周邊的生活小區(qū)、鋼管銷售公司、物流園等工業(yè)領(lǐng)域的廢水，污水中含有的工業(yè)廢水比例相對較高，還具有成分復(fù)雜、可生化性差等特點，因此急需處理這些工業(yè)污水[1-2].目前采用A2/O工藝，出水水質(zhì)符合一級B標準，但隨著近年來國家對于污水排放標準的提升，出水水質(zhì)經(jīng)常不達標.通常接收水質(zhì)水量波動性較大、色度高，相對來講不易處理，目前系統(tǒng)對于BOD、總氮的去除效果比較穩(wěn)定，在進水波動較大情況對于TP去除并不穩(wěn)定，通過實驗室小試實驗并經(jīng)過一年多的工程實踐運行，對于存在的問題進行研究，以實際進水水質(zhì)為處理對象，分別考察眾多因素諸如C/N、C/P、缺氧好氧體積比等對于A2/O系統(tǒng)的處理效果的影響，針對該種水質(zhì)探究穩(wěn)定運行的參數(shù)，有針對性的處理該種污廢水，并進行相應(yīng)構(gòu)筑物的改造升級，目前經(jīng)過一年多的調(diào)整優(yōu)化，污水處理廠運行穩(wěn)定，處理水質(zhì)能夠達到排放要求，本研究對于改善本地區(qū)的生態(tài)環(huán)境[3]，保證水質(zhì)水源的安全穩(wěn)定性有著重要的意義.

1 實驗部分

1.1 工藝流程及方法

1.1.1 工藝流程（圖1）

1.1.2 實驗裝置

本實驗裝置是由有機玻璃制作的圓柱形反應(yīng)容器，容器設(shè)置為內(nèi)外2層，設(shè)置2層的主要目的是為了通過內(nèi)外夾層注入恒溫加熱的水保證相應(yīng)的適宜溫度.容器設(shè)有厭氧池、缺氧池、好氧池以及二沉池4部分，缺氧池及厭氧池的容積各為13.5 L，好氧池的容積為21 L，二沉池的容積為35 L.運行時反應(yīng)器溫度控制在20～23℃之間.

圖1 污水處理工藝流程圖Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process

1.1.3 分析方法

采用國家標準方法[4]對污水COD、NH3-N、TN、TP等水質(zhì)指標進行分析.

1.2 材料

1.2.1 實驗用水

實驗用水采用各主要污染企業(yè)和城市生活污水排污口的混合污水，水中污染物含量如下：COD為615.3～635.2 mg/L，BOD為240.3～259.2 mg/L，NH3-N為50.3～69.2 mg/L，TN為60.2～65.7 mg/L，色度為50～220 mg/L，TP為12.8～28.4 mg/L.

1.2.3 污泥的馴化

污泥取自天津市某污水處理廠曝氣池，取回后凈沉2 h，除去上清液，取污泥12 L，導(dǎo)入50 L的塑料容器中，加入清水稀釋，并加入相應(yīng)的KH2PO4、尿素、葡萄糖等營養(yǎng)物質(zhì)，悶曝2 d.進入正常的培菌階段，維持配水濃度不變，并按照20∶1的配水與原污水的配比通入，隨后每隔7 d按照10∶1、5∶1、2∶1增大一倍原污水的濃度并持續(xù)運行一個月.馴化階段采用連續(xù)進水的方式并保證水力停留時間9 h.經(jīng)過29 d的培養(yǎng)馴化，污泥顏色趨于褐色說明微生物生長情況良好，經(jīng)過計算該污泥的SVI值為110.4，滿足50～150范圍之間，在健康的容積指數(shù)范圍內(nèi).

2 結(jié)果與討論

2.1 最優(yōu)參數(shù)確定

2.1.1 內(nèi)回流比的確定

維持污泥回流比r=80%，DO濃度控制在2～3 mg/L范圍內(nèi)，溫度控制在15～25℃之間，設(shè)置內(nèi)回流比分別為200%、300%、400%，發(fā)現(xiàn)改變回流比對于COD、TP、NH3-N的去除沒有太大的影響，但是隨著回流比的增加，TN的平均去除率分別為67.9%、75.3%、77.9%，由圖2可以看出呈現(xiàn)明顯的遞增的趨勢，考慮能耗等因素的影響本實驗取內(nèi)回流比300%進行實驗研究.

2.1.2 污泥回流比的確定

控制內(nèi)循環(huán)回流比參數(shù)R=300%，污泥回流比在60%、70%、80%之間取值，穩(wěn)定運行一段時間后，系統(tǒng)對于TN的去除效果明顯，但是過高的污泥回流比會影響磷的去除，在厭氧池中聚磷菌和反硝化菌會互相競爭有機物，在競爭中聚磷菌處于不利地位，從而影響磷去除，隨著回流比的加大對于TP的去除效果逐漸的降低，過多的硝態(tài)氮的存在使得在反硝化菌與聚磷菌的競爭中，反硝化菌逐漸占主導(dǎo)地位[5]，反硝化菌利用有機物合成能源物質(zhì)從而達到了脫氮的目的，但是過量的反硝化菌使得PHB減少然不利于聚磷菌的除磷[6].污泥回流比對于NH3-N的去除影響較大，隨著回流比的增加對于NH3-N的去除率開始逐漸增加.

圖2 不同內(nèi)回流比對于TN的去除效果Fig.2 Remoral efficiency of TN by different internal reflux ratio

圖3 不同污泥回流比對于TN的去除效果Fig.3 Effect of different sludge recirculation ratios in TN removal

2.2 深化調(diào)參運行

2.2.1 C/N比對于A2/O系統(tǒng)處理效能分析

由圖5可知當(dāng)C/N比由3逐漸增加到7.5時，可以看出TN的去除率從51.3%升高到77.8%，在這個階段COD值較低，相對來講碳源缺乏，在缺氧區(qū)硝酸鹽的反硝化作用受到限制，同時隨著C/N比的提高，大量的硝態(tài)氮分解進行反硝化作用，外碳源可以滿足正常反應(yīng)，當(dāng)C/N比在7～12這個范圍內(nèi)變化時，對于TN的去除率并沒有很大提升，反而開始逐漸下降，過剩的COD在厭氧區(qū)不能被完全利用，一大部分進入到缺氧區(qū)，當(dāng)環(huán)境中存在大量的COD會首先與異養(yǎng)反硝化菌相結(jié)合，當(dāng)外碳源消耗殆盡時才會利用胞內(nèi)儲存物進行反硝化脫氮，從而影響整體的脫氮效果，這也是C/N比過高時去除率下降的主要原因[7].

由圖6可知，當(dāng)C/N比在3～7.5這個區(qū)間時，TP的去除率隨C/N比的增加而增加，從79.3%到84.1%提高了將近5%，C/N較低時，外碳源為限制性的因素，聚磷菌因競爭不過反硝化菌，導(dǎo)致在厭氧階段因缺乏自身的能源物質(zhì)而影響胞內(nèi)聚合物的形成，影響了厭氧區(qū)對于磷的釋放，從而影響磷的去除效率.提高進水C/N比時，COD對于系統(tǒng)的限制作用降低，聚磷菌不再因缺乏碳源而致使厭氧區(qū)磷的釋放受到一定的限制，所以此時表現(xiàn)為TP的去除率增加，在3～7.5之間系統(tǒng)的對磷的去除水平始終較高.

當(dāng)繼續(xù)升高C/N比至12時，由圖可以看出去除效率大幅下降，過剩的COD不能有效的被聚磷菌在厭氧環(huán)境下使用，從而促使一些其他菌種生長，影響聚磷菌的占比，形成競爭關(guān)系時間越長除磷效率下降的越大[8]，因此嚴格控制外碳源的量進而控制其他種類異養(yǎng)菌的富集從而增強缺氧區(qū)除磷.

圖4 不同污泥回流比對于TP的去除效果Fig.4 Effect of different sludge recirculation ratios on TP removal

圖5 不同C/N對于TN的去除效果Fig.5 Effect of different C/N on TN removal

圖6 不同C/N對于TP的去除效果Fig.6 Effect of different C/N on TP removal

在缺氧池中存在有普通異養(yǎng)反硝化菌和反硝化聚磷菌，二者都可以利用硝酸氮，但是在競爭中反硝化聚磷菌處于不利的位置，當(dāng)外碳源充足時，厭氧池中的聚磷菌不能完全被消耗，過量的COD進入到缺氧區(qū)，反硝化聚磷菌會優(yōu)先進行硝化作用，只有當(dāng)外碳源消耗完畢才會利用PHB進行反硝化作用，同時過高的COD會使大量的反硝化菌增殖，不利于反硝化聚磷菌的生長，對于硝化反應(yīng)有較大的影響[9]，總體來講，過高的C/N比不利于反硝化除磷，C/N比較低，碳源不足，導(dǎo)致聚磷菌合成PHB減少[10]，在缺氧區(qū)中由于合成的PHB減少，影響了反硝化吸磷，所以當(dāng)C/N比過低時也會影響反硝化除磷.

2.2.2 C/P比對于A2/O系統(tǒng)處理效能分析

A2/O法工藝中對于C/P比的控制是一個重要環(huán)節(jié)，為了深入的研究不同進水的C/P比對于該種水質(zhì)的影響效果，該實驗中通過對穩(wěn)定運行的系統(tǒng)調(diào)節(jié)不同的C/P比分別為25、34、44、60進行分析.整個階段僅僅控制C/P比為單一變量，其他的參數(shù)完全不變，控制pH值在6.2～7.8之間保證較為穩(wěn)定的進水狀態(tài)，整體運行控制分成以下4個階段，每個階段穩(wěn)定運行15 d，進行對于TP去除率的分析與研究，如圖7所示.

如圖7所示C/P取值最低為16.9，最高為68.4，當(dāng)在第1階段運行時，C/P比為16.9時處理效率低至59.4%，當(dāng)繼續(xù)升高C/P時，去除率增速較快，第14天當(dāng)C/P為32.7時，對于TP的去除率首次達到94.5%，繼續(xù)提高C/P比，去除效率基本穩(wěn)定在95%左右，此時已經(jīng)滿足了出水的標準，第2階段平均的C/P比達到34.25時，其實對于TP的去除已經(jīng)達到了較高的水平，平均值達到95.5%，繼續(xù)增大C/P對于TP的去除率基本沒有太大的變化，一直維持在較為穩(wěn)定的去除水平.

C/P比較高，碳源與TP相對較為充足，利于TP的去除，但是由于過剩的碳源不能完全被利用，當(dāng)進入缺氧區(qū)隨時間的推移會使得聚糖菌大量生長，經(jīng)過一段時間反硝化聚磷菌和聚磷菌將處于不利的地位[11]，除磷效果會隨時間的推移而惡化，當(dāng)C/P較低時，COD較低從而合成的PHB減少，在厭氧區(qū)不能進行充分地釋磷，從而影響了反硝化除磷，由此可見當(dāng)C/P比為30左右時能夠?qū)τ赥P的去除達到一個較為穩(wěn)定的水平.

2.2.3 缺氧/好氧體積比對于A2/O工藝處理效能分析

圖7 不同C/P對于TP的去除效果Fig.7Effect of different C/P on TP removal

表1 不同階段C/P比Tab.1 C/P ratio at different stages

表2 改變?nèi)毖鹾醚躞w積比對系統(tǒng)去除率影響Tab.2 Effects of changes in the anoxic aerobic volume ratio on the removal rate of the system

由于原水中的磷含量較高，處理起來難度較大，A2/O處理法中缺氧和好氧段主要完成磷的去除過程.控制適當(dāng)?shù)乃νＡ魰r間對于磷的去除至關(guān)重要，通過適當(dāng)?shù)奶嵘毖鯀^(qū)的體積可以有效地改變?nèi)毖鯀^(qū)的水力停留時間，而且會在一定程度上降低能耗.為探究不同的水力停留時間對于A2/O系統(tǒng)的影響，現(xiàn)在通過改變?nèi)毖醭睾秃醚醭氐囊好娓卟顏碚{(diào)節(jié)缺氧池的體積，初始體積為1∶2，現(xiàn)在調(diào)節(jié)改為3/8、1/2、3/4 3個不同的容積比來探究缺氧/好氧體積比對于系統(tǒng)去除效率的影響

由表2可知，通過提高缺氧區(qū)的體積對于氮的去除始終保持著穩(wěn)定增長的水平，當(dāng)缺氧/好氧體積比為3/8時，總氮的去除率僅僅為69.3%，出水的平均總氮為9.8 mg/L，當(dāng)提升至1/2時，去除率增加了8.5%，對氮的去除有了一個顯著的提升，繼續(xù)增加缺氧區(qū)的體積至3/4對于氮的去除率雖然還在增加，但是提升的效果并不是很明顯，僅僅增加了2.3%，在以上的試驗中并沒有發(fā)現(xiàn)有大量的亞硝酸鹽，整體系統(tǒng)的硝化性能較好，進而降低了出水的NO3-濃度，在一定程度上提高了厭氧釋磷量.

在3個條件下對于TP的去除率分別為86.5%、89.1%、95.2%對于TP的去除隨著體積比的增大而不斷的提升，達到了一個較高的水平，但是當(dāng)容積比較大時，有一段時間在缺氧區(qū)的TP濃度略有提高，經(jīng)分析由于在缺氧池缺乏相應(yīng)的電子受體，缺氧區(qū)吸磷減緩，并且發(fā)生一小部分的二次釋磷現(xiàn)象[12].增大容積比可以在一定程度上增加水力停留時間從而使反硝化聚磷菌大量繁殖，從而增大了缺氧區(qū)吸磷的比例.

不同的缺氧/好氧體積比對于COD的去除影響不大，始終維持在一個較高的水平，經(jīng)分析這是由于對于COD的去除大多在厭氧區(qū)除掉，改變?nèi)毖?好氧的體積比對于COD在厭氧區(qū)的去除率影響不大[13]，但是應(yīng)該注意的是改變?nèi)毖?好氧區(qū)比值時應(yīng)該注意控制內(nèi)循環(huán)回流比例，保證有足夠高的電子受體從而避免發(fā)生二次釋磷反應(yīng).

3 結(jié)論

C/N比在3～7.5范圍內(nèi)系統(tǒng)對于TN、TP的去除率隨C/N比的升高而升高，當(dāng)C/N=7.5時去除率最高，由于外碳源有機物的濃度升高，聚磷菌不再因缺乏碳源而致使厭氧區(qū)磷的釋放收到一定的限制，改變C/N對于COD的去除基本無太大影響.

TP的去除率隨著缺氧/好氧體積比的增加而提高，但是會在一定程度上發(fā)生小部分的二次釋磷，在此基礎(chǔ)上需要調(diào)節(jié)下內(nèi)回流比提供足夠的電子受體，當(dāng)缺氧/好氧體積比為0.75時對于TN的去除效果較好，但是對于COD的去除影響不大，這是由于系統(tǒng)對于COD的去除集中在厭氧區(qū).

當(dāng)C/P比為30左右時，TP的去除率較高，COD的去除基本不受C/P比的影響，對于TN的去除始終維持在一個較高的水平，穩(wěn)定在78%左右.

在A2/O系統(tǒng)處理該混合污水，通過深化調(diào)節(jié)C/N、C/P、缺氧/好氧體積比等參數(shù)能夠使TP去除率高達95.2%，表明通過深化調(diào)參能夠達到有效去除磷含量較高廢水中TP的目的，使出水TP滿足國家一級排放B標準.

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[責(zé)任編輯 楊屹]

Study on treatment of mixed wastewater by using A2/O process LI Yibing，DONG Junliang，LI Jing，LIU Man，DANG Congzhe

（School of Civil and Transportation Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China）

The A2/O process was used to treat the mixed wastewater of domestic sewage and industrial sewage.The result indicated that in the stable operating system,it could preliminarily remove the mixed waste water,and deepening the regulation of A2/O and C/N in C/P process,anoxic aerobic volume ratio on removal of organic matter in sewage has an strengthening effect.Especially for the high phosphorus content of wastewater,through the control of C/P ratio at about 30 to achieve the effect of efficient phosphorus removal,the effluent of the process could satisfactory go to grade B of national discharge standard of GB 18918－2002.

A2/O;C/N;C/P;anoxic and aerobic ratio;mixed wastewater

X703.1

A

1007-2373（2017）03-0100-05

10.14081/j.cnki.hgdxb.2017.03.018

2016-12-02

河北省建設(shè)科技研究計劃（2014-236）

李一兵（1968-），男，正高級工程師.