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A2O与V型滤池组合工艺强化脱氮除磷性能分析
更新时间:2017-03-08 来源:《中国给水排水》 作者:郭玉梅,李志平,王莹莹,郭昉,吴毅晖,吴光学

摘要:通过监测污水处理厂进水水量与水质、污染物沿程去除特性和微生物活性,并采用物料衡算方法,研究A2O( 其中缺氧/好氧段为氧化沟工艺) 与V 型滤池组合工艺的强化脱氮除磷性能。污水处理厂进水水量具有季节性变化特征; 进水COD、BOD 和TP 浓度随进水量波动变化不大。雨季进水BOD/TN 与BOD/TP 值均略大于旱季对应值,且平均值分别为4. 24 和39. 28。在A2O 系统中,COD 大部分在厌氧池被去除,在缺氧池和好氧池内没有显著变化; 厌氧池、缺氧池和好氧池对NH +4 - N 的去除率分别为60. 8%、10. 8% 和22. 8%; 厌氧池和好氧池对TP 的去除率分别为30%和25. 3%,在缺氧池无显著变化。氨氧化速率、亚硝酸盐氧化速率和反硝化速率分别为1. 9、1. 2 和4. 2 mg /( gVSS·h) ; 经计算,硝化速率能满足系统去除NH +4 - N 的需求,但反硝化速率不能满足脱氮需求。V 型滤池主要去除SS、TP 和部分COD,其去除率分别为44. 4%、79. 6% 和31. 3%。通过物料衡算分析,去除的TN 中反硝化和微生物合成贡献比例分别为50. 7%和49. 3%;去除的TP 中有96% 是由微生物和深度处理共同去除,其中有约85% 由微生物去除,另11% 由深度处理去除。

活性污泥工艺自发明以来,由于其具有高效去除污水中污染物且运行费用较低等特点,被广泛应用于城市污水处理。以脱氮除磷为目的的活性污泥工艺,大多包括厌氧、缺氧和好氧等功能区以驯化特定功能微生物。根据功能区实现模式的不同,开发出了系列污水脱氮除磷工艺,其中,A2O 工艺的应用最为广泛。另外,随着污水排放标准的提高,很多污水处理厂逐渐采用深度处理工艺[1 ~ 3],如V 型滤池和D 型滤池等,以强化对污染物尤其是悬浮物和磷的去除。

目前,关于污水处理厂脱氮除磷影响因素的研究相对较多[4 ~ 6],但大多基于实验室小试,且分析内容相对单一。同时,针对实际规模污水处理工艺进行污染物归趋全程系统解析的研究相对较少。以昆明市某污水处理厂的A2O 和V 型滤池组合工艺为研究对象,通过监测沿程污染物浓度和系统内功能微生物活性,并结合物料衡算,来全面解析系统去除污染物的能力,为诊断污水处理厂运行性能提供一种思路。

1 材料与方法

1. 1 污水处理厂概况

昆明某污水处理厂采用A2O 和V 型滤池组合工艺( 工艺流程如图1 所示) ,处理水量为10×104m3 /d。厌氧区、缺氧区和好氧区的HRT 分别为2. 12、4. 58 和9. 15 h。外回流比为100%,内回流比为200%。二级出水经混凝后采用V 型滤池进行过滤,出水水质达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》( GB 18918—2002) 的一级A 标准。

1. 2 试验方法

主要通过分析工艺进出水水量与水质、污染物沿程变化特征、功能微生物活性及物料衡算,来获得对污染物的去除机制,以此指导工艺运行。首先,对污水处理厂2013 年的进出水水量与水质数据进行分析,得到工艺运行概况。其次,在污水处理厂沿程关键构筑物内设置采样点( 如图1 中数字所示) ,进行一个月的参数监测分析。

再者,对厌氧池、缺氧池和好氧池内功能菌活性进行研究( 持续2 h) ,从微观角度分析污水处理厂的脱氮除磷性能。试验过程中,采用磁力搅拌器对活性污泥进行搅拌,测定硝化活性时进行曝气充氧并监测反应器内DO 浓度,每隔10 min 取一次水样,离心后测定上清液中的污染物浓度,据此得到微生物活性。最后,利用物料衡算对氮和磷的归趋进行解析。

1. 3 分析方法

沿程水样的水质监测指标包括COD、NH +4 - N、NO -2 - N、NO -3 - N 和PO3 -4 - P,均按照标准方法进行测定; 在现场采样和监测DO过程中,用抽滤机对所采水样进行泥水分离,同时用哈希便携式DO 仪测定DO 浓度。

2 结果与讨论

2. 1 进水水量、水质分析

对污水处理厂2013 年的进水水量和进、出水水质进行监测,结果如表1 和表2 所示。月—9 月受暴雨影响而导致设备损坏,部分进水被截流到其他污水厂进行处理,所以水量相对略低。进水TP、COD 和BOD 浓度随进水量变化较小; 而进水TN 浓度随进水量的增加略有降低。5 月—10 月的BOD/TN 值大于其他月份的,其平均值为4. 24,说明进水碳源可满足微生物脱氮需求。BOD/TP 值仅在7 月—10 月大于其他月份,平均值为39. 28,说明进水碳源也可满足生物除磷需求[7]。BOD/COD值在一年中基本保持稳定,平均为0. 59。污水处理厂2013 年的出水水质能稳定达一级A 标准。其中,对COD、BOD、TN 和TP 的去除率分别为93%、98. 9%、61. 3% 和96. 2%,可知对COD、BOD 和TP 都有较好的去除效果,而对TN 的去除有很大的提升空间。

2. 2 沿程脱氮除磷性能与功能菌活性分析

根据沿程监测,厌氧池、缺氧池DO < 0. 4 mg /L,好氧池DO 为2. 5 mg /L 左右,其他污染物浓度的沿程变化如图2 所示。可知,大部分有机物在厌氧池被去除( 去除率达75. 7%) ,其中在厌氧池1 中的降幅达78. 3 mg /L,在缺氧池和好氧池中则基本没有变化。可能原因为厌氧池的稀释作用和生物代谢使COD 浓度较快降低,当污水流至缺氧池和好氧池时,大部分易降解有机物已被降解,从而COD 浓度变化较小。厌氧池、缺氧池和好氧池对NH +4 - N 的去除率分别为60. 8%、10. 8%和22. 8%。氨氮浓度在厌氧池降低是由于稀释作用和微生物利用等造成的。NO -2 - N 浓度沿程较低且没有积累。NO -3 - N浓度在厌氧池和缺氧池中略有上升,在好氧池趋于稳定。说明在厌氧池和缺氧池有微量NO -3 - N 生成,或是由于回流不均等所致。磷浓度呈沿程降低趋势,厌氧池和好氧池对磷的去除率分别为30% 和25. 3%,在缺氧池中基本没有变化。可见,工艺中没有较强的厌氧释磷现象,即没有驯化出活性较强的聚磷菌。

功能菌活性试验结果显示,好氧池微生物的氨氧化速率为1. 9 mg /( gVSS·h) ,亚硝酸盐氧化速率为1. 2 mg /( gVSS·h) ; 缺氧区微生物的反硝化速率为4. 2 mg /( gVSS·h) ; 厌氧池微生物的释磷速率为2. 0 mg /( gVSS·h) ,明显低于许德超等[8]所测的12. 86 mg /( gVSS·h) ,说明生物除磷效果较差,与沿程分析结果一致。由此可知污水中的磷主要由微生物同化和吸附等作用去除。

污水处理厂厌氧池、缺氧池和好氧池体积分别为8 833、20 096 和41 448 m3,且VSS 约为2 200mg /L。经计算,将进水NH +4 - N( 浓度为22. 7 mg /L) 完全转化为NO -3 - N 所需时间为8. 03 h( 假设硝化反应仅在好氧池中进行) ,该反应时间小于好氧池HRT( 9. 15 h) ,说明污水处理厂能够满足硝化需求。将NO -3 - N 完全反硝化所需时间为12. 22 h,将硝化反应生成的NO -3 - N 降解到15 mg /L( 假设出水TN 中全是NO -3 - N) 所需时间为4. 15 h。由于反硝化速率较低,可以认为其是反硝化脱氮的限制因素。

版权、出处:《中国给水排水》

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