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传统活性污泥法的脱氮除磷改造实践hc360慧聪网水工业行业频道2004-07-0509:21:16[摘要]在仍使用旧设备和构筑物的基础上，对传统活性污泥生物处理工艺进行了改良，解决了污泥膨胀问题，工艺运行更加稳定，而且使氮磷的去除率提高。在脱氮模式中氨氮的去除率达到了73.3%；除磷模式中，总磷的去除率达到了82.0%，大大优化了出水水质。[正文]0前言深圳市滨河污水处理厂二期活性污泥生物处理系统于1987年竣工并投入使用，该系统主要处理深圳市罗湖区、福田区的部分城市污水，设计处理量为2.5万m3/d。经过十几年的运行，该系统的设备日趋老化，而进厂污水中污染物的浓度逐年增高，这些都给运行管理带来了一定的困难。另一个更为突出的问题是，该系统以传统的活性污泥工艺运行，对氮磷的去除率不高。而目前由于我国水环境污染和水体富营养化的状况日趋严重，国家对污水处理厂氮磷排放的控制更加严格。因此，传统活性污泥工艺已经较难适应新的环保需要了。新的形势迫切要求污水处理厂提高污水处理的深度，但是要彻底改造又需要相当大的资金投入，为此，我们尝试在仍使用旧设备和构筑物的基础上改良运行模式，加强脱氮除磷的效果，并提高系统的抗冲击负荷能力，使工艺的运行更游榷ā?1设计工艺概况我厂二期系统的工艺流程见图1主要设计参数为：进水水质BOD5＝200mg/L，SS＝240mg/L；出水水质BOD5≤20mg/L，SS20mg/L，CODCr60mg/L；曝气池总有效容积8350m3，HRT＝8h，泥龄≈6d；污泥负荷0.2kgBOD5/(kgMLSS·d)。滨河厂二期系统的曝气池的池型设计是再生推流式池型，见图2。图2再生推流式曝气池池型示意从目前该系统的运行状况来看，出水水质还是较好的。由于各方面的原因，进水水质要远高于设计值，例如1998年年平均SS为431mg/L，CODCr为696mg/L，BOD5为256mg/L，而1999年上半年的均值SS为592mg/L，CODCr为966mg/L，BOD5为298mg/L。对于这种较高负荷的污水，再生段的作用明显，而且，多点进水使有机负荷分布较为均匀，从而均化了需氧量，微生物在食物分布比较均匀的情况下，能充分发挥分解有机物的能力，所以出水的三项指标SS为18mg/L，CODCr为37.6mg/L，BOD5为13.0mg/L，能较为稳定地达标排放。但在运行管理上，整个系统对进水水质变化和水力负荷冲击较为敏感，较易出现污泥膨胀，而且二沉池常有黄色反硝化漂泥的现象。另一个较大的缺陷就是脱氮除磷的效果较差，氨氮和总磷的去除率分别只有37.4%和45.2%。2脱氮试验2.1试验方法针对上述问题，为了改善脱氮效果，本试验将中间4个进水点处的曝气头调到微曝状态，曝气量仅维持污泥的充分混匀。进曝气池的高浓度污水与活性污泥接触时，污泥中各类微生物的代谢活动旺盛，耗氧率高，而由于充氧不足，所以在这4点形成缺氧区。如图3所示。2.2结果与讨论溶解氧测试表明4个缺氧区的溶解氧在0.30mg/L左右，缺氧效果较好。由于在曝气池中设置了缺氧区，一方面，有效抑制了丝状菌的生长，使活性污泥保持较好的沉降性能，试验期间的SV均值为14%；同时也抑制了活性污泥在二沉池的反硝化，池面上没有再出现黄色漂泥；另一方面，缺氧区的设置也为脱氮创造了有利的条件［１］，缺氧区内有足够的碳源，有利于异养的兼性厌氧菌的生长繁殖，它可利用硝酸盐作为电子受体，进行无氧呼吸，氧化大量的有机物，起到脱除硝态氮作用的同时也降低了污水的负荷，有利于后续好氧区内自养硝化菌的生长，从而提高了硝化作用的程度，因而使整个系统的脱氮效果得以提高。结果表明出水氨氮大大降低，去除率可达到73.3%，但总氮的去除率尚不理想，仅可达到39.8%，这可能与水力停留时间不足和泥龄短有关。3除磷试验3.1试验方法由于我厂进水的氨氮值不高，在20～30mg/L的范围，所以，尽管去除率不高，我厂二期系统出水的氨氮基本上是达标的，但是出水的含磷量却一直难以降下来。因此，本试验将重点放在了磷的去除上。结合构筑物的具体情况、水力停留时间和泥龄，我们认为将工艺改为除磷的A/O工艺是可行的。于是本试验将池型改为图4的池型，并将第一槽的2/3的曝气头调到微曝状态，设置首端缺氧区，缺氧时间为1h左右。3.2结果与讨论3.2.1溶解氧测试对首端缺氧区域的DO测试表明，DO均能保持在0.3mg/L以下，该区域硝酸盐的浓度很低，在0.1mg/L以下，所以，根据广义的厌氧概念［２］，该区域已达到厌氧效果。而在之后的好氧区，DO顺着水流的方向逐渐升高。沿水流方向等间距取点测溶解氧得到典型的DO曲线如图5所示。因此，曝气池中的DO分布状况为除磷菌的释放磷和吸收磷的代谢活动创造了较好的条件，有利于除磷菌的生长和繁殖。3.2.2基质的可获得性水质分析表明，曝气池进水的BOD5为150mg/L，其中可溶性BOD5为92.0mg/L，原水总磷为5.22mg/L，所以进水BOD5/TP为28.7，可溶性BOD5/TP为17.6，这为生物除磷提供了足够的基质保证。已有的数据表明［２］，对于短泥龄的除磷系统来说，原水BOD5/TP比值为20～30时，可获得出水溶解磷低于1mg/L的除磷效果。3.2.3生物除磷反应从曝气池首端厌氧区取样作可溶性BOD5测试表明：可溶性BOD5从进水的92.0mg/L下降到45.0mg/L，表明兼性细菌将大量溶解性BOD转化为VFAs(低分子发酵产物)，而生物贮磷菌(或称除磷菌)则大量吸收VFAs，将其同化成细胞内碳能源存贮物(PHB/PHV)，并释放磷。当进入好氧区，贮磷菌以聚磷的形式，通过对PHB/PHV的氧化代谢产生能量，大量吸收磷酸盐，从而使磷酸盐从液相中除去。沿水流方向的溶解氧(DO)测试点，取样分析水中的可溶磷(DP)，可得沿水流方向可溶磷的变化趋势，结合所测DO值，得到如图6所示的相关关系。由于进水总磷为5.22mg/L，所以图6中可以清楚反映出磷的释放与吸收的生物反应过程，而且磷的吸收远大于磷的释放，达到了除磷的目的，曝气池出水口的可溶磷已降低到小于1mg/L的水平。3.2.4总的除磷效果由于在曝气池中，只是将磷酸盐从水相中转移到了泥相中，所以系统总的除磷还需通过剩余污泥的排放来进行。这就要求在二沉池尽量避免磷的重新释放，而且要保证二沉池出水要有尽量低的SS。本试验保持曝气池末端较高的DO，可使菌胶团内部微环境在二沉池中仍能具有一定的DO，同时加大污泥的回流量，回流比约为85%，降低二沉池泥层的高度及停留时间，从而抑制了磷的再释放。在集泥池处取回流污泥检测可溶磷的浓度为1.37mg/L，证明在二沉池磷的再释放作用并不明显。另外A/O系统的首端缺氧区相当于生物选择器［３］，除磷菌的优势生长大大抑制了丝状菌的生长，从而使污泥的沉降性能良好，保证了二沉池出水维持低的SS水平，系统获得了较好的除磷效果，试验期间出水TP平均为0.94mg/L，除磷率达82.0%。3.2.5存在的问题由于旧有的设备和构筑物没有做更改，所以本试验也就有较大的局限性，从而也影响了试验的效果。例如，该系统采用大孔曝气方式，充氧的效率不高，影响了氧在菌胶团中的传递；而另一方面，采用螺旋泵回流污泥，导致有明显的复氧作用；非淹没式进水的水头跌落也产生了充氧作用，由于没有安装水下搅拌器，所以只能靠调节微小的曝气量来保持污泥的均匀混合状态，这些都直接影响了曝气池首端的厌氧状态。另外原有的风机不可调节风量，控制曝气量只能通过调节曝气头的开关程度来实现，使能源浪费在管道中，并没有达到节能的效果。这些问题的解决需要相当大的资金投入，而本试验所做的工作旨在从充分挖掘设备的潜力中出效益，所以也不失其积极的意义。4结论(1)通过运行方式的适当改良，滨河厂的二期传统活性污泥生物处理系统达到了一定除磷脱氮的效果。其中脱氮模式中，氨氮去除率达到73.3%，总氮去除率达到39.8%；除磷模式中，TP娜コ蚀锏?2.0%，大大优化了出水水质。(2)本试验同时解决了旧运行工艺中污泥膨胀的老大难问题，试验期间没有发生污泥膨胀，二沉池面再无漂泥现象，运行状态稳定。结合新的环保要求和滨河厂二期的具体情况，改良运行模式为除磷的A/O工艺是适宜的。(3)本试验并没有改变原来的设备，只是调整了工艺的运行方式，并取得了较好的效果。这种不需再投资的改良方式对于老的污水厂来说，具有一定的借鉴价值