A2O工程实例研究：太原市北郊污水净化厂
太原市北郊污水净化厂(以下简称为北厂)目前采用的A2/O生物除磷脱氮工艺,是由原来的生物吸附-再生工艺改造而成的。经过近几年的生产运行,发现A2/O工艺在去除COD等有机物的同时,能有效地去除污水中的氮、磷,使出水中的氮、磷浓度大幅度降低。但由于多种因素的影响,其运行的稳定性仍有待进一步提高。为此,本文着重就影响A2/O工艺的主要因素进行研究,以便找出内在规律,提高A2/O工艺的运行效果。
1 试验与分析方法
1•1 试验工艺流程
1•2 原水特点
由于太原市的缺水状况,每逢春季与夏季干旱时节,上游来水输水渠周围的农民将污水截流用于灌溉,造成来水量随季节变化很大,一般每年1~3月、10~12月水量为30~35万m3/月;4~9月水量为10~17万m3/月。北厂的来水主要为生活污水,工业废水所占比例较小(<30%),且无毒性,因此,北厂的污水可生化性能较好。
1•3 分析指标及方法
BOD,COD,SS,NH3-N,TN,TP,MLSS等项目按《水和废水监测分析方法》(第三版)进行。
2 试验结果与讨论
2•1 碳氮比(COD/TN)、碳磷比(COD/TP)的影响
脱氮过程中起电子供体作用的是含碳化合物,它们可为三类:①外加碳源;②污水中所含碳源;③微生物死亡提供的内碳源。外加碳源经济上不合算,而内碳源的量很少。因此,在污水处理中只有利用污水中所含的碳源才有意义。按理论计算,COD/TN在4左右时基本能满足反硝化需要,但是为了提高反硝化速度,同时又能满足除磷需要的碳源,因此COD/TN需大于4。北厂进水中COD变化较大,一般为110~970 mg/L,而NH3-N为17~37 mg/L,但COD/TN一般在4以上。
从表1可以看出,尽管随着COD/TN增大,总氮的去除率也相应提高,但是总的说来,COD/TN对北厂脱氮效果的影响较小,同时由于其它因素的影响,在COD/TN大于4时也存在总氮去除率较低的情况,说明COD/TN不是影响脱氮效果的唯一因素。据有关资料显示,当COD/TP>60时,总磷的去除率几乎与碳氮比无关而保持恒定。北厂进水总磷很低(在0•046~2•9 mg/L之间),COD/TP一般大于60,因此COD/TP对北厂除磷效果的影响较小。
2•2 氮负荷、磷负荷的影响
氮负荷是A2/O工艺中一个重要的设计参数,其对生物脱氮效果的影响尤为显著。一般地,氮负荷可以用下列公式表示:
N =QLaXV
式中Q———污水流量,m3/d;
La———进水基质(TN)浓度,mg/L;
X———混合液悬浮固体浓度,mg/L;
V———生物池容积,m。
北厂进水NH3-N及TN浓度变化较小,混合液悬浮固体浓度一般控制在4~6 mg/L之间,因此可以近似地看作氮负荷是随着污水流量Q变化而变化的参数。由于各种因素的影响,北厂经A2/O工艺处理后的出水NH3-N值变化较大。现将北厂1998~2000年出水NH3-N值统计于表2(表中数据以10 mg/L为一界限,即出水NH3-N>10mg/L时认为脱氮效果不理想,出水NH3-N<10mg/L时认为脱氮效果理想)。
由表2可知,每年5~10月,A2/O系统脱氮效果要普遍优于其它月份。此时北厂A2/O工艺系统运行有两个特点:一是此时的温度(水温)要明显高于其它月份;二是此时的日处理量要明显低于其它月份。但是并不能据此而认为氮负荷是影响北厂脱氮效果的直接因素。
一般来讲,随着氮负荷的增加,NH3-N及TN去除率下降。进一步研究表明,5~10月份期间,尽管此时北厂日处理量低于其它月份,但其运转时间也同样低于其它月份。因此,可以把第二个特点进一步分解为:①单位时间处理量较高;②系统处于间断而非连续的运转状态,运行时间短。
从本厂检测数据可以发现,A2/O系统总氮负荷率在0•01~0•03 kgTN/(kgMLSS•d),氮负荷对脱氮效果的影响不明显。
从表3可以看出,北厂进水TP一般在0•4~2•5 mg/L之间,随着进水TP增大,出水TP浓度也相应增大。但是由于总磷负荷率在0•002~0•003kgTP/(kgMLSS•d),因此总磷的去除率仍较高。
分析厌氧池和好氧池中放磷量和吸磷量,发现放磷量愈多,吸磷量也愈多,总磷的去除效果愈好。当进水总磷含量高时,其在厌氧池中磷的释放程度要低于进水总磷含量低时的释放程度。因此,A2/O工艺生物除磷过程的关键是厌氧池中磷的释放。
2•3 温度对除磷脱氮效果的影响
温度是影响微生物生长活动的重要因素,主要体现在细菌的增殖速度和活性两个方面。就硝化细菌而言,其最适宜的生长温度为25~30℃。当温度小于15℃时硝化速度明显下降,而其活性也大幅度降低。
从表4可以看出,全年中各月的进水NH3-N变化不大,一般在20~30 mg/L。而出水NH3-N则不同。由于温度的影响,一四季度(水温12~16℃)出水NH3-N<5 mg/L的天数占运行天数的0~29%,NH3-N<10 mg/L的天数占运行天数的0~35%;二三季度(17~22℃)出水NH3-N<5mg/L的天数占运行天数的46%~71%,NH3-N<10 mg/L的天数占运行天数的72%~93%。
温度对除磷的影响不及其对硝化、反硝化影响大。从试验数据可以看出,即使在温度较低的10~12月份,TP的去除效果仍很好。因此,温度不是影响北厂生物除磷的主要因素。
2•4 回流比对脱氮、除磷效果的影响
A2/O工艺的回流分为硝化回流和污泥回流。硝化回流作用是向缺氧反硝化池提供硝化氮,作为反硝化液进程的电子受体,达到脱氮目的。回流比偏小,缺氧池中NO-x-N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,则动力消耗相应地增大,不经济。
北厂硝化液回流量一般控制在13000~15000m3/d,取平均值为14 000 m3/d,对照表4可知回流比约为100%~160%。从运行效果看,由于北厂进水NH3-N及TN较低,基本能满足A2/O系统反硝化需要。污泥回流的作用主要是向A2/O系统提供活性污泥微生物,以适应A2/O系统对负荷的要求。北厂污泥回流量一般控制在5 000~7 000 m3/d,平均为6 000 m3/d,其回流比为80%~40%。从试验数据可以看出,总氮负荷率在0•01 ~ 0•03 kgTN/(kgMLSS•d),总磷负荷率在0•002~0•003 kgTP/(kgMLSS•d)。从运行效果看,此回流比能满足系统除磷的需要。但是,由于温度较低,对硝化作用影响较大,出水NH3-N偏高,因此应适当提高此回流比。
3 结论
(1)北厂来水的组成不是影响A2/O工艺脱氮、除磷效果的主要因素,COD/TN,COD/TP能满足A2/O工艺系统对脱氮、除磷的需要。
(2)北厂的总氮负荷率、总磷负荷率较低,A2/O工艺系统对TN,TP的去除效果较理想。
(3)温度是影响A2/O工艺系统脱氮效果的主要因素,且温度对脱氮的影响比对除磷的影响大。
(4)北厂混合液回流比基本能满足A2/O系统反硝化需要,为了进一上提高脱氮效果,宜适当提高混合液回流比至2~3之间;为了强化A2/O系统的硝化作用,需适当提高污泥回流比至1~1•5。
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