硝化液回流比對改良型倒置A2/O系統(tǒng)脫氮除磷性能研究

于燿滏，范維利，郭 鑫

（沈陽建筑大學 市政與環(huán)境工程學院，遼寧 沈陽 110168）

盡管我國規(guī)范了對污水治理的相關政策，但水體中的氮、磷含量超標的問題仍是為當今所熱議的話題［1］。傳統(tǒng)的A2/O工藝使污水依次經(jīng)過厭氧環(huán)境、缺氧環(huán)境和好氧環(huán)境，通過不同菌種的代謝活動達到脫氮除磷的目的。但是硝化液回流中所攜帶的溶解氧、反硝化細菌與PAOs對碳源的爭奪、不同菌種間SRT的矛盾依舊是影響其去除效果的因素［2］。張波等［3］為解決的 A2/O中存在的問題，提出倒置A2/O工藝，通過試驗得出相較于傳統(tǒng)A2/O其對氮、磷的處理效果均得到提升［4-5］。隨著污水排放標準的嚴格把控以及單獨使用倒置A2/O工藝的出水難以達到排放標準，致使城鎮(zhèn)污水處理廠的改造成為現(xiàn)階段首要目標［6］。

MBR在近些年得到了突破性發(fā)展［7］，其本質(zhì)是將污水的生物處理技術與膜的過濾相協(xié)調(diào)［8］，MBR去掉了以往工藝中的二沉池，僅通過膜組件實現(xiàn)泥水分離，進一步節(jié)約了基建費用。普遍認為MBR對BOD與COD的去除能夠保持較高的水準，但是對氮磷元素的去除效果不理想。因此，相關研究將常規(guī)的倒置A2/O與MBR相結合，建立倒置A2/O-MBR工藝［9-11］。通過膜的截留作用，給予世代周期較長的細菌充足的生長時間，并保持較高的污泥濃度［12］，以此來達到更好的效果。有研究表明，該系統(tǒng)中，富集在生物膜上的微生物主要為硝化細菌，而處于懸浮狀態(tài)的活性污泥多數(shù)由異養(yǎng)細菌組成［13］。

倒置A2/O就是把污泥回流與消化液回流合二為一，形成一個混合液回流。盡管這樣明顯提高了氮元素的去除率，但是磷經(jīng)過抑制-復蘇-抑制-復蘇的重復過程，其去除情況無法得以保證。因此，本試驗在倒置A2/O系統(tǒng)的基礎上對于回流設置進行更改，改制成污泥與硝化液分流。探究在不一樣硝化液回流比的條件下，氮、磷元素的去除情況，并確定最好的硝化液回流比，為污水處理廠改建提供有效的理論依據(jù)。

1 試驗

1.1 試驗裝置

本試驗裝置如圖1所示。

圖1 改良倒置A2/O-MBR工藝流程圖

改良后的倒置A2/O-MBR系統(tǒng)是由有機玻璃制造，其中缺氧池、厭氧池、好氧池的有效容積分別為10L、10L、20L。缺氧池與厭氧池內(nèi)設置攪拌器保持泥水充分混合，于好氧池底部設置曝氣石條并通過氣體流量計來控制好氧池DO以及保證好氧池泥水混合均勻，同時好氧池內(nèi)設置中空纖維膜，通過膜組件抽離出處理完成的出水。

1.2 試驗用水以及接種污泥

試驗中的進水采取實驗室人工模擬廢水，進水以葡萄糖為碳源、NH4Cl為氮源、KH2PO4為磷源，保持進水中COD、TN和TP質(zhì)量濃度分別為400mg/L，40mg/L和4mg/L。同時按需要配置CaCl2、MgSO4，同時通過投加Na2CO3與NaHCO3來維持進水的pH值。污泥泥種是取自撫順某污水處理廠的二沉池回流污泥，理化特性如表1。

表1 反應器接種污泥理化特性

1.3 運行參數(shù)

改良倒置A2/O-MBR系統(tǒng)運行期間，控制溫度為20～28℃，pH值為7.2～8.0，進水流量為3L/h，HRT為12h，污泥齡（SRT）為15d，污泥回流50%，Q缺∶Q厭為6∶4，維持缺氧池、厭氧池、好氧池的DO依次為0.3～0.6mg·L-1、0.2mg·L-1以下、2～2.5mg·L-1。試驗進程中采用的消化液回流比，分別為：150%（工況一）、200%（工況二）、250%（工況三）。

1.4 分析項目及檢測方法

按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》的各項指標檢測，儀器采取UV9100型分光光度計具體分析方法如表2所示。

2 結果與分析

2.1 硝化液回流比對COD去除效果的影響

在三種工況下，組合工藝對COD的去除效果如圖2所示。

圖2 硝化液回流比對COD去除效果的影響

從圖2可以得到，在工況1條件下硝化液回流比對COD去除有些許的影響，出水COD濃度已逼近50mg·L-1，工況2和工況3對COD去除結果相差不多，影響較小。在硝化液回流比分別為150%、200%和250%時，出水COD平均質(zhì)量濃度分別為40.40mg·L-1、31.24mg·L-1和32.22mg·L-1，COD的去除率分別為89.93%、92.22%和91.96%。因此，硝化液回流比對COD的去除效果影響較小，只有在低回流比時出水濃度比正常值稍高一點，主要是由于回流的硝化液較少，可供反硝化細菌正常微生物活動的電子受體減少，微生物活動受到限制，對污水中有機物的使用也就隨之下降，導致出水中COD質(zhì)量濃度略有升高；當r為200%和250%，出水COD質(zhì)量濃度相差不多，但是回流比大，電動機就會長期處于高速轉動，對電能消耗較多，綜合考慮，還是r為200%時更經(jīng)濟。

2.2 硝化液回流比對NH4+-N去除效果的影響

在三種不同工況下，組合工藝對于NH4+-N的去除情況如圖3所示。

圖3 硝化液回流比對NH4+-N去除效果的影響

從圖3可以得到，在不同工況下出水NH4+-N質(zhì)量濃度均能維持在一個較低的水平，并且出水濃度相差不大，這說明硝化液回流比對NH4+-N去除效果影響較小。出水NH4+-N平均質(zhì)量濃度分別為1.33mg·L-1、1.10mg·L-1和0.90mg·L-1，NH4+-N去除率分別為96.70%、97.30%和97.77%。這是由于影響NH4+-N去除的主要是好氧池DO、好氧池COD濃度等，在試驗中溶解氧維持在上面已經(jīng)研究過的最適宜溶解氧濃度范圍內(nèi)，并且流入到好氧池內(nèi)的有機物基本在缺氧池和厭氧池內(nèi)損耗的所剩無幾，對硝化細菌正常生物活動基本不會造成影響，因此，出水NH4+-N濃度一直維持在較低水平。

2.3 硝化液回流比對TN去除效果的影響

在三種不同工況下，組合工藝對于TN的去除情況如圖4所示。

圖4 硝化液回流比對TN去除效果的影響

從圖4可以得到，硝化液回流比是影響TN去除的決定性參數(shù)。在三個工況條件下，出水NO3--N平均質(zhì)量濃度分別為13.62mg·L-1、7.85mg·L-1和9.40mg·L-1，出水TN質(zhì)量濃度分別為15.37mg·L-1、9.49mg·L-1和10.82mg·L-1，TN去除率分別為61.84%、76.60%和73.16%。分析發(fā)現(xiàn)，在工況1條件下是由于回流比小，大量的NO3--N沒有去除，導致出水中TN濃度升高，如果長期采用較小回流比還會造成反硝化菌群數(shù)量下降，對NO3--N和COD的消耗減少，影響處理效果；在工況2條件下，出水中NO3--N與TN濃度顯著下降，回流比加大，反應池內(nèi)大部分的NO3--N都被去除；在工況3條件下，即使回流比變大了，回流的硝化液增多，但出水結果并沒有向更好的發(fā)展，因為回流液體中含有較高濃度的DO，降低缺氧池境況，使得反硝化細菌無法正常使用利用NO3--N，出水TN濃度略有上升。

2.4 硝化液回流比對TP去除效果的影響

在三種不同工況下，組合工藝TP的去除情況如圖5所示。

圖5 硝化液回流比對TP去除效果的影響

從圖5可以得到，三種硝化液回流比對TP去除也會造成明顯影響。0.70mg·L-1、0.43mg·L-1和0.53mg·L-1，去除率分別為82.82%、89.26%和86.82。從中可以看出，在工況1和3條件下，出水TP濃度高于0.5mg·L-1，工況2條件下出水TP質(zhì)量濃度能夠低于0.5mg·L-1，符合國家一級A的排放標準。通過閱讀文獻發(fā)現(xiàn)，厭氧池中的NO3--N擁有抑制PAOs的釋磷的效果，從而減少其在好氧池內(nèi)的吸磷動力［14］。伴隨回流比的增加脫氮能力逐漸提升。而工況3時出現(xiàn)的出水TP含量上升是由于高硝化液回流比時回流大量的溶解氧，破壞厭氧環(huán)境，也不能充分地釋放磷，使得出水TP濃度略有升高。

3 結語

（1）硝化液回流比對COD和NH4+-N去除沒有多大影響，對TN和TP去除擁有很大的影響。

（2）在工況2和3時，TN和TP去除效果相當，但是工況3消耗電能更多，從經(jīng)濟效果角度出發(fā)，決定采用工況2的回流比，即回流比例200%，COD、NH4+-N、TN和TP出水平均濃度分別為 31.24mg·L-1、1.10mg·L-1、9.49mg·L-1和0.43mg·L-1。

（3）MBR替代以往工藝中的二沉池，這樣可以使組合工藝內(nèi)保持較高的污泥濃度，便于時代時間較長微生物的生長，同時污泥與硝化液分流的回流系統(tǒng)，避免聚磷菌反復經(jīng)歷抑制-復蘇-抑制-復蘇過程，提高系統(tǒng)除磷效果。