蘇州某污水處理廠硝化和反硝化速率特征

徐 超，管祥雄，劉洪波

(1.蘇州工業(yè)園區(qū)清源華衍水務(wù)有限公司，江蘇蘇州 215021；2.上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093)

(1)

(2)

反硝化速率[11]的測(cè)定對(duì)于城市污水處理廠生化反應(yīng)池缺氧區(qū)及缺氧選擇池的設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。利用測(cè)定的反硝化速率，可更加合理地確定生物反應(yīng)池的水力停留時(shí)間，使其既能滿足反硝化反應(yīng)的充分進(jìn)行，又不至于停留時(shí)間過長(zhǎng)。因此，如果能夠通過試驗(yàn)分析不同水質(zhì)條件下硝化、反硝化反應(yīng)速率，將硝化、反硝化速率測(cè)定與生產(chǎn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)污水生化系統(tǒng)水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測(cè)，以此增加生化處理系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗沖擊能力，提高污水廠生產(chǎn)精確控制能力。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)獲取

選取蘇州工業(yè)園區(qū)第二污水處理廠中好氧池和缺氧池為研究對(duì)象，通過測(cè)定不同生物反應(yīng)池池組的硝酸鹽濃度、氨氮濃度，計(jì)算硝化、反硝化速率，研究在不同水溫、進(jìn)水濃度、水力負(fù)荷下的硝化、反硝化速率變化規(guī)律，積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。試驗(yàn)采用多參數(shù)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀，缺氧池監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布在5個(gè)區(qū)域，分別是缺氧段前段(初始濃度)、缺氧段前中段(厭氧第一階段a)、缺氧段中段(厭氧第二階段b)、缺氧段后中段(厭氧第三階段c)、缺氧段末端(厭氧第四階段d)；好氧池監(jiān)測(cè)點(diǎn)也分布在5個(gè)區(qū)域，分別是好氧段前段(厭氧第一階段a)、好氧段前中段(好氧第二階段b)、好氧段中段(好氧第三階段c)、好氧段后中段(好氧第四階段d)、好氧段末端(好氧第五階段e)。監(jiān)測(cè)時(shí)間為2016年6月～10月，選取6月、8月、10月月底的連續(xù)5 d共3組(每組的溫度差異在±1 ℃)，共計(jì)3組15 d的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)為3個(gè)平行樣的平均值。

1.2 硝化速率與反硝化速率計(jì)算方法

污水反硝化速率計(jì)算如式(3)。

De=(ΔC×Q) /(Vi×MS)

(3)

Q—進(jìn)水流量，m3/h；

Vi—對(duì)應(yīng)的缺氧段池容積，m3；

MS—揮發(fā)性污泥濃度MLVSS，g/L。

2 結(jié)果和討論

2.1 缺氧段沿程

2.1.1 硝酸鹽含量變化

圖1 實(shí)際生產(chǎn)過程中不同時(shí)間缺氧段沿程硝酸鹽含量Fig.1 Nitrate Concentration along Anoxic Section at Different Times in Actual Production Process

2.1.2 反硝化速率變化

圖2 實(shí)際生產(chǎn)過程中不同時(shí)間缺氧段沿程反硝化速率Fig.2 Denitrification Rate along Anoxic Section at Different Times in Actual Production Process

2.1.3 溫度的影響

本次試驗(yàn)時(shí)間為6月、8月、10月，水溫在24～30 ℃。由圖3可知，8月的水溫最高，反硝化速率相對(duì)較低，與理論不符，但也恰恰說明了實(shí)際生產(chǎn)過程中由于反硝化速度較快，化驗(yàn)水樣數(shù)據(jù)相對(duì)偏小，說明溫度對(duì)反硝化速率有一定的影響[15]。

圖3 實(shí)際生產(chǎn)過程中不同時(shí)間缺氧段沿程反硝化速率與溫度的關(guān)系Fig.3 Relationship between Denitrification Rate and Temperature along Anoxic Section at Different Times in Actual Production Process

2.2 好氧段沿程

2.2.1 硝酸鹽含量變化

圖4 實(shí)際生產(chǎn)過程不同時(shí)間好氧段沿程硝酸鹽含量Fig.4 Nitrate Concentration along Aerobic Section at Different Times in Actual Production Process

由圖5可知，氨氮進(jìn)入好氧池后，由于硝化作用的開始，氨氮從5 mg/L逐漸減小，到好氧段中段又逐漸放緩，這與硝酸鹽的變化相反，這也反映了實(shí)際生產(chǎn)過程中含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)換過程。

圖5 實(shí)際生產(chǎn)過程中好氧段沿程硝酸鹽和氨氮含量變化Fig.5 Variation of Nitrate and Ammonia Nitrogen Concentration along Aerobic Section in Actual Production Process

2.2.2 硝化速率變化

圖6 實(shí)際生產(chǎn)過程中不同時(shí)間好氧段沿程硝化速率Fig.6 Nitrification Rate along Aerobic Section at Different Times in Actual Production Process

2.2.3 溫度的影響

圖7 實(shí)際生產(chǎn)過程中不同時(shí)間好氧段沿程硝化速率與溫度的關(guān)系Fig.7 Relationship between Nitrification Rate and Temperature along Anoxic Section at Different Times in Actual Production Process

3 結(jié)論

(1)反硝化過程中存在3個(gè)速率明顯不同的反硝化階段，且隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，反硝化速率逐漸降低。第一階段反硝化速率最大、最快，其他階段依次次之。結(jié)合好氧段前段硝酸鹽的繼續(xù)衰減，可能是反硝化的時(shí)間不夠，想要反硝化徹底，特別是在溫度較低的情況下，活性污泥處理效果較差，需延長(zhǎng)缺氧段的時(shí)間，以便徹底地進(jìn)行反硝化，避免硝酸鹽在活性污泥系統(tǒng)中累積。

(2)由硝化速率曲線圖可知，該廠的好氧段硝化作用充分，說明好氧區(qū)停留時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)合反硝化速率可能存在的時(shí)間不足，可以在好氧段前段設(shè)置切換區(qū)，在硝化不足時(shí)，進(jìn)行切換，延長(zhǎng)反硝化停留時(shí)間，確保充分反硝化。

(3)在硝化階段，溶解氧作為電子受體，其溶度高低直接影響污水中含氮化合物的處理效果，一般將硝化反應(yīng)的DO控制在2.0～3.0 mg/L，大部分硝化菌在活性污泥絮體的內(nèi)部，溶解氧濃度的增加將提高溶解氧對(duì)生物絮體的穿透力，因此可提高硝化反應(yīng)速率。另外，曝氣池中溶解氧過低，易發(fā)生污泥缺氧，甚至厭氧，導(dǎo)致污泥膨脹，甚至整個(gè)系統(tǒng)處理效果下降；曝氣池溶解氧也不宜過高，過大的曝氣量會(huì)導(dǎo)致活性污泥變得松散，菌膠團(tuán)的表面會(huì)附著細(xì)小氣泡使污泥上浮到液面，嚴(yán)重的則會(huì)導(dǎo)致液面產(chǎn)生大量浮渣。