A~2_O工艺强化脱氮除磷效果中试.pdf

A2/O 工艺强化脱氮除磷效果中试 * 马艳娜王素兰李瑞邢传宏 郑州大学水利与环境学院， 郑州 450001 摘要 针对某一城市污水处理厂 “混合型城市污水” 的特征， 以厂区曝气沉砂池出水作为处理对象， 设计一套 A2/O 工艺强化 脱氮除磷中试装置。当进水 COD、 NH3-N、 TN、 TP 的平均质量浓度分别为 594， 25. 0， 37. 6， 7. 66 mg/L 时， 经 A2/O 工艺强化处 理后， 出水 COD、 NH3-N、 TN、 TP 的平均质量浓度分别为 46. 7， 5. 5， 12. 73， 0. 7 mg/L， 对 COD、 NH3-N、 TN、 TP 的平均去除率分别 达 91. 51 、 79. 73 、 65. 78 和 88. 65 ， 出水水质达 GB 189182002 城镇污水处理厂污染物排放标准 一级标准， 取得了良 好的污染物去除和脱氮除磷效果， 且当系统稳定运行时总体出水水质相对稳定。 关键词 A2/O 工艺; 脱氮; 除磷; 氧化沟 PILOT TEST OF A2/O PROCESS FOR STRENGTHENING DENITRIFICATION AND DEPHOSPHORIZATION Ma YannaWang SulanLi RuiXing Chuanhong School of Water Conservancy and Environment Engineering， Zhengzhou University， Zhengzhou 450001， China AbstractFor the “mixed city sewage”feature of a city sewage treatment plant，taking the effluent of aeration settling basin as the processing object， a set of A2/O process devices were designed for strengthening denitrification and dephosphorization． When the average influent concentrations of COD，NH3-N， TN and TP were 594， 25. 0， 37. 6，7. 66 mg/L，after the strengthening treatment of A2/O process， the average effluent concentrations of COD，NH3-N， TN and TP were 46. 7， 5. 5， 12. 73 and 0. 7 mg/L， so the average removal rate of COD，NH3-N，TN and TP respectively reached 91． 51 ， 79． 73 ， 65． 78 and 88． 65 ． The effluent could meet the first level criteria specified in“Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Plant” GB 189182002 ． The good effect for removing pollutants， nitrogen and phosphorus was got，and the effluent quanlity was relatively stable when the system operated stably． KeywordsA2/O process; nitrogen removal; dephosphorization; oxidation ditch * 国家水体污染控制与治理科技重大专项 2009ZX07210- 001 。 随着现代化工业的迅速发展及人们生活水平的 不断提高， 工业废水和生活污水的排放越来越多， 城 市污水处理厂污水基本上均呈现出越来越明显的 “混合型城市污水” 趋势， 且工业废水比例或将进一 步提高， 造成废水中氮、 磷含量越来越高， 氮、 磷污染 情况也日趋严重， 其造成水体富营养化问题引起社会 及专 家 的 重 视。 自 2003 年 7 月 1 日 起 实 施 的 GB 189182002城镇污水处理厂污染物排放标准 特别提高了氮磷的排放标准， 新建城镇污水处理厂必 须考虑氮磷去除问题， 已运行的一些污水处理厂也在 进行改造， 增加或强化脱氮除磷功能。 针对某一城市污水处理厂的混合型水质的特征， 设计一套 A2/O 强化脱氮除磷工艺中试装置， 用氧化 沟代替传统 A2/O 工艺中的好氧池， 合理选择运行处 理参数， 使其氮、 磷处理效果均达到 GB 189182002 城镇污水处理厂污染物排放标准 一级标准， 且总 体出水水质相对稳定。 1实验部分 1. 1工艺流程 中试在某城市污水处理厂进行， 进水采用该污水 处理厂二期曝气沉砂池出水， 接种污泥采用厂区二沉 池回流污泥， 其 MLSS 约为 18 400 mg/L。工艺流程 如图 1 所示。 污水和沉淀池回流污泥首先进入厌氧池， 兼性发 酵细菌将废水中可生物降解有机物转化为发酵产物， 22 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 图 1工艺流程 如挥发性有机酸， 回流污泥中聚磷菌在厌氧池内进行 磷释放; 同时， 氨氮去除一部分。废水经厌氧池进入 缺氧池， 反硝化菌利用污水中的有机物将回流混合液 中的硝态氮还原为氮气释放到空气中， 有效地完成反 硝化反应， 达到同时去除 COD 和脱氮的目的。混合 液从缺氧池进入氧化沟， 聚磷菌吸收周围环境中的溶 解性磷酸盐， 并以聚合磷酸盐的形式贮存在体内; 硝 化细菌将氨氮经硝化作用转化为硝酸盐， 同时， 通过 设置进水、 出水位置及污泥回流位置、 曝气设备位置， 可以 使 氧 化 沟 具 有 硝 化 反 硝 化 功 能 而 去 除 部 分氮 ［11］。 1. 2实验装置 实验装置由有机玻璃制成， 厌氧池、 缺氧池、 氧化沟 各设计参数如表 1 所示。各装置中设置机械搅拌器以 确保泥水混合均匀， 好氧池内设置曝气管。在本工程方 案设计中， 对传统斜板沉淀池的出水堰和池型结构进行 改进， 在出水堰底部增设挡板有效防止出水携带悬浮污 泥， 该挡板可引导上向悬浮固体远离出水堰板处， 保证 出水 SS 达到较低的浓度， 使水质达标排放。 表 1反应装置主要设计参数 反应器尺寸有效水深 /m水力停留时间 /h 厌氧池D 0. 43 m; H 1. 8 m1. 44 缺氧池D 0. 43 m; H 1. 8 m1. 52 氧化沟1. 8 m 0. 6 m 0. 8 m0. 556 二沉池1. 0 m 0. 6 m 0. 6 m0. 254 2结果与分析 2. 1COD 去除情况及分析 污水生物处理工艺对有机物的去除能力是表征 工艺效能的主要指标之一， 而 COD 是生物处理中用 于反应污水中有机物含量的指标。反硝化和磷的释 放都需要有机物作为其能源， 因此， 脱氮除磷和 COD 的去除是同时完成的。实验过程中， COD 去除效果 如图 2 所示。 由图 2 可知 在实验期间进水 ρ COD 波动较大， 为 221 ～1 014 mg/L， 平均进水 ρ COD 为594 mg/L， 平 均出水 ρ COD 为 46. 7 mg/L， 平均去除率为 91. 51 。 图 2 COD 去除效果 在整个实验期间， 进、 出水 COD 虽有波动， 但总体去除 效果稳定达标， 说明该工艺对 COD 具有良好的去除效 果， 且具有良好的抗冲击负荷能力。 2. 2总氮去除情况 实验过程中， 系统对总氮的去除情况如图 3 所示。 图 3 TN 去除效果 由图 3 可 知 实 验 期 间 进 水 ρ TN在 27 ～ 57 mg/L， 平均进水 ρ TN 为 37. 6 mg/L， 平均出水 ρ TN 为 12. 73 mg/L， 平均去除率为 65. 78 ， 出水 总氮达一级 A 排放标准。实验过程中总氮出水波动 幅度较大， 分析其原因， 是因为系统内 DO 浓度， 温 度， 以及混合液回流的调节所造成。不同的参数选择 造成出水总氮浓度的变化。 2. 3氨氮去除情况 实验过程中， 系统对氨氮的去除情况如图 4 所示。 图 4氨氮去除效果 由图 4 可知 实验期间进水 ρ NH3-N 在 10. 6 ～ 42. 6 mg/L， 平均进水 ρ NH3-N 为 25. 0 mg/L， 平均 出水 ρ NH3-N 为 5. 5 mg/L， 平均去除率为 79. 73 。 氨氮去除受周围环境因素的变化比较明显， 第 16 ～ 32 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 19 次监测时， 氧化沟内溶解氧浓度偏低， 造成出水氨 氮浓度远高于一级 A 排放标准， 第 28 ～ 30 次监测时， 系统内温度在 10℃ 左右， 影响硝化细菌的硝化过程， 导致出水氨氮浓度升高。除这两个阶段外， 出水氨氮 浓度大部分时间均能达到一级 A 标准。这说明在适 宜的运行条件下， 该工艺具有良好的氨氮去除效果， 且处理效果相对稳定。 2. 4TP 去除情况 实验过程中， 系统对 TP 去除情况如图 5 所示。 图 5 TP 去除效果 由图 5 可 知 实 验 期 间 进 水 ρ TP在 2． 4 ～ 15． 4 mg/L， 实验初期属于夏季， 气温较高， 且期间雨 天较多， 造成进水 ρ TP 浓度相对较低， 平均进水 ρ TP 为 7. 66 mg/L， 平均出水 ρ TP 为 0. 7 mg/L， 平均去除率为 88. 65 。实验初期出水 ρ TP 较高， 有时 ρ TP＞ 1 mg/L。分析其原因， 可能是初期系统 内污泥中聚磷菌较少， 对磷的去除效果不好。在培养 一段时间后， 聚磷菌数量增加， TP 出水浓度降低， 在 第15 ～ 21次监测期间， TP 出水浓度很高， 分析其原 因 是实验过程中二沉池污泥回流泵堵塞导致污泥无 法回流至厌氧池， 污泥在二沉池内停留时间过长从而 厌氧释磷， 使得出水 ρ TP＞ 2 mg/L， 实验后期， 出水 ρ TP 基本达0. 5 mg/L以下， 稳定达一级 A 标准。另 外， 生物除磷是通过将高磷污泥排出系统外， 达到从 污水中除磷的效果， 因此排出系统的生物量越多， 系 统的除磷效果越好。本实验平均污泥龄为 18 d， 每日 排除剩余污泥 60 L， 为保证系统良好的出水效果， 必 须及时排除剩余污泥。 3运行参数对污染物去除的影响 3. 1混合液回流比对 TN 去除率的影响 硝化液回流量是 A2/O 工艺一个重要的控制变 量， 硝化液回流的作用是向缺氧反硝化池提供硝态 氮， 作为反硝化过程的电子受体， 达到脱氮的目的。 如果回流比偏小， 缺氧池中 NO － 3 不足， 微生物的反硝 化作用得不到充分发挥， 系统脱氮效果差。回流比过 大， 通过内循环进入缺氧区的溶解氧的量会增加， 从 而破坏缺氧环境， 影响系统的脱氮能力， 且动力消耗 增加。在实验过程中调节混合液回流比 R 分别为 1、 2. 5、 1. 5、 3. 0、 2. 0、 4. 0， 实验如图 6 所示。 图 6混合液回流比对 TN 去除效果影响 传统 A2/O 工艺中， 混合液回流比一般取 R 2， 而在本实验过程中， 当回流比 R 1、 1. 5、 2. 0、 2. 5 时， 出水 ρ TN 均小于 15 mg/L， 达到一级 A 排放标准。 分析其原因， 本实验采用两沟式氧化沟作为好氧池， 通过设置氧化沟内进水、 出水位置及混合液回流位 置、 曝气位置， 使氧化沟具有部分同步硝化反硝化的 功能而去除部分氮， 对 TN 的去除具有一定效果， 所 以， 当回流比 R ＜ 2 时也能满足对脱氮的需求， 综合 处理效果及经济考虑， 选取混合液回流比 R 1. 5。 3. 2氧化沟 DO 浓度对污染物去除的影响 DO 绝对值可以用来帮助判断进水水质水量变 化和污泥系统， 作为过程控制参数， 使污水生物处理 在满足硝化细菌和聚磷菌需氧量的同时尽可能节省 曝气能耗。实验过程中， 调节氧化沟内的 DO 浓度， 实验结果如图 7 所示。 图 7DO 浓度对污染物去除的影响 如图 7 所示 当 ρ DO 在 1. 2 ～ 4. 2 mg/L 内， DO 浓度对 COD 去除效果影响不大; 当好氧段 ρ DO＞ 1. 8 mg/L 时， 氨氮去除效果明显， 而当 ρ DO＞ 3. 5 mg/L 时， 氨氮去除效果下降， 当 ρ DO＜ 1. 5 mg/L 时， 氨氮去除效果下降。实验前期， 当 ρ DO＞ 3. 5 mg/L 时， 总磷去除率降低， 分析其原因， 可能是氧化 沟内 DO 浓度过高， 导致好氧菌大量生长， 与聚磷菌 42 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 形成竞争。在实验中后期， ρ DO 1. 2 ～ 3. 5 mg/L 时， TP 去除效果相对稳定。 3. 3温度对污染物浓度去除的影响 温度作为生物生长的重要生态因子， 直接影响微 生物活性。温度对硝化细菌的影响较为显著， 在实验 期间观察温度对污染物去除率的影响如图 8 所示。 图 8温度对污染物去除的影响 如图 8 所 示， 在 实 验 过 程 中， 温 度 在 9. 9 ～ 30. 2℃ 变化时， 对 COD 和 TP 的去除率影响不明显， 除第 15 ～ 18 次监测时， 氨氮去除率较低是因为氧化 沟曝气量不足引起外， 温度对氨氮的去除影响较大， 当温度低于 16℃ 时， 氨氮去除率下降到 40 以下， 这 是由于温度降低使硝化作用减弱。 4结论 1 采用氧化沟作为传统 A2/O 工艺的好氧池， 克 服了传统 A2/O 工艺大比例硝化液回流挟带溶解氧 对缺氧池的影响， 且可降低用于硝化液回流的能耗， 具有一定的经济效益， 同时， 氧化沟的应用， 对总氮和 氨氮的去除具有加强作用。 2 采用斜板沉淀池， 并对传统斜板沉淀池的出 水堰和池型结构进行改进， 在出水堰底部增设挡板有 效防止出水挟带走悬浮污泥， 该挡板可引导上向悬浮 固体远离出水堰板处， 保证出水 SS 达到较低的浓度， 使水质达标排放。 3 该工艺对污染物去除具有良好的效果， 当进 水平均 ρ COD 、 ρ NH3-N 、 ρ TN 、 ρ TP 分别为 594， 25. 0， 37. 6， 和 7. 66 mg/L， 经 A2/O 工艺强化处 理后， 出水 ρ COD 、 ρ NH3-N 、 ρ TN 、 ρ TP 分别 为 46. 7， 5. 5， 12. 73， 0. 7 mg/L， 对 COD、 NH3－ N、 TN、 TP 的平均去除率分别达 91. 51 、 79. 73 、 65. 78 和 88. 65 ， 出水水质达 GB 189182002 一级标准， 取得了良好的污染物去除和脱氮除磷的效果， 且当系 统稳定运行时， 总体出水水质相对稳定。 参考文献 ［1］仝恩丛， 郭会杰， 赵福欣， 等． 保定市污水处理总厂 A2/O 工艺 运行管理［J］． 给水排水， 2000， 26 2 6- 8． ［2］李楠， 王秀衡， 任南琪， 等． 我国城镇污水处理厂脱氮除磷工艺 的应用现状［J］． 给水排水， 2008， 34 3 39- 42． ［3］张宝军，耿德强， 张雁秋， 等． A2/O 工艺处理城市污水的应用 研究［J］． 煤矿环境保护， 2002， 16 3 2- 5． ［4］张杰， 臧景红， 杨 宏， 等． A2/O 工艺 的固有欠缺和对策研究 ［J］． 给水排水， 2003， 29 3 22- 26． ［5］Vaiopoulou E， Aivasidis A． A modified UCT for biological nutrientremovel configurationandperance［ J ］． Chemosphere， 2008， 72 7 1062- 1068． ［6］Kishida N，KimJ，TsunedaS，etal．Anaerobic/oxic/anoxic granular sludge process as an effective nutrient removal process utilizing denitrifying polyphosphate-accumulating organisms［J］． Water Res， 2006， 40 12 2303- 2310． ［7］龚丽雯， 龚敏红， 王成云， 等． 加填料 A2/O 混凝沉淀法处理酒 店污水［J］． 中国给水排水， 2004， 20 7 86- 88． ［8］张波， 高廷耀． 倒置 A2/O 工艺的原理与特点研究［J］． 中国给 水排水，2000， 21 7 11- 15． ［9］任洁， 顾国维， 杨海真． 改良型 A2/O 工艺处理城市污水的中试 研究［J］． 中国给水排水， 2000， 26 6 7- 10． ［ 10］张林生． 水的深度处理与回用技术［M］． 北京 化学工业出版 社， 2008 224． ［ 11］王亚宜． 反硝化除磷脱氮机理及工艺研究［D］． 上海 同济大 学， 2004． ［ 12］Shammas K H N． Interaction of temperature， pH， and biomass on the nitrification process［J］． Journal of the Water Pollution Control Federation， 1986， 58 1 52- 59． ［ 13］Mervyn C Goronszy，Gunnar Demoui，Mark New Land． Aerated nitrification in full-scale activated sludge facilities［J］． Wat Tech， 1997， 35 10 85- 90 作者通信处邢传宏450001河南省科学大道 100 号郑州大学新 校区水利与环境学院 E- mailchxing zzu． edu． cn 2012 － 03 － 27 收稿 52 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期