楊 波

（福建高科環(huán)保研究院有限公司，福建石獅，362700）

當(dāng)前加大水污染治理、確保水環(huán)境質(zhì)量成為各級政府和全社會的熱門話題。建造城市污水處理廠被認(rèn)為是解決水污染問題最重要和最有效的技術(shù)措施。但目前我國的城市污水處理廠問題較多，主要表現(xiàn)為運轉(zhuǎn)率低和達(dá)標(biāo)率均不高。據(jù)調(diào)查，現(xiàn)存污水處理的設(shè)備運行狀況是1/3運行正常，1/3不正常，1/3處于停止?fàn)顟B(tài)，污水處理廠的運轉(zhuǎn)率只能達(dá)到50%［1］。同時污水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷收緊是目前世界各國的普遍發(fā)展趨勢，特別是近年來，氮、磷等營養(yǎng)物過量排放所產(chǎn)生的水體富營養(yǎng)化已成為當(dāng)前的重大環(huán)境問題。因此，如何使處理工藝更為經(jīng)濟高效的實現(xiàn)對營養(yǎng)物質(zhì)的去除也是研究的焦點。

倒置A2/O工藝，其優(yōu)點是工藝流程簡單，厭氧、缺氧、好氧交替運行，可以達(dá)到同時去除有機物、脫氮、除磷的目的，同時能夠抑制絲狀菌生長，基本不存在污泥膨脹問題，并且不需外加碳源，缺氧、厭氧段只進(jìn)行緩速攪拌，運行費用低［2］。本實驗綜合探討了不同進(jìn)水C/N、溶解氧、回流比對倒置A2/O工藝脫氮效果的影響；分析了好氧段、缺氧段、厭氧段各階段總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的轉(zhuǎn)化情況，為分析倒置A2/O工藝的短程硝化反硝化理論與節(jié)能降耗奠定了基礎(chǔ)。

1 實驗裝置與實驗方法

1.1 實驗裝置

倒置A2/O實驗裝置由塑料箱組合而成，四個塑料箱組成了四個格室，順序分別為進(jìn)水、缺氧、厭氧、好氧。反應(yīng)器的容積為長方體形總長200cm，寬40cm，高80cm，有效水深60cm，缺氧區(qū)為攪拌漿攪拌，電機轉(zhuǎn)速為20～60r/min；好氧區(qū)底部設(shè)有穿孔曝氣管，可以根據(jù)需要調(diào)整曝氣量。如圖1所示的倒置A2/O工藝流程。實驗用水采用人工配制生活污水。

圖1 工藝流程

1.2 實驗方法

（1）設(shè)置不同進(jìn)水 C/N 分別為100、200、300、400處理污水，測定出水總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的濃度，計算去除率，確定最佳進(jìn)水C/N。

（2）控制溶解氧濃度為 0.1mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、2.0mg/L，其他條件一定的情況下測定出水總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的濃度，計算去除率，確定最適合的溶解氧濃度。

（3）為具體考察不同回流比對脫氮效果的影響，設(shè)置污泥蠕動泵轉(zhuǎn)速分別為50rad、75rad和100rad三個不同的污泥回流比進(jìn)行實驗，確定最佳回流比。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同進(jìn)水C/N下對脫氮效果的影響

由于反硝化細(xì)菌屬于異養(yǎng)菌，所以進(jìn)入缺氧段的污水中必須有充足的有機碳源，才能保證反硝化的順利進(jìn)行。因此進(jìn)水的C/N比對倒置A2/O工藝中氮的形態(tài)變化與脫氮效果有較大的影響，因此本實驗對不同進(jìn)水C/N對各種形態(tài)氮的影響進(jìn)行了研究。當(dāng)進(jìn)水C/N分別為100、200、300、400時對出水的各種形態(tài)的氮濃度去除率的影響如圖2所示。

圖2 不同C/N對出水氮的去除率

由圖2可以看出，當(dāng)進(jìn)水C/N為400時，倒置A2/O工藝對污水各種形態(tài)的氮去除效果最好，總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的去除率分別達(dá)到45.6%、89.4%、99.1%、90.7%。這說明 C/N 影響著脫氮的效果。C/N越高，脫氮效果越好，C/N的增大，有利于提系統(tǒng)的脫氮效率。原因是由于反硝化細(xì)菌屬于異養(yǎng)菌，在缺氧段，異養(yǎng)型兼性反硝化菌成為優(yōu)勢菌群，反硝化菌利用污水中可降解的有機物作為電子供體，以硝酸鹽作為電子受體，將回流混合液中的硝態(tài)氮還原成氣態(tài)氮而釋放，從而達(dá)到脫氮的目的。所以進(jìn)入缺氧段的污水中必須有充足的有機碳源，才能保證反硝化的順利進(jìn)行。污水中的C/N比高，則其中可降解有機物濃度就高，就可以為反硝化過程提供充足的碳源，促進(jìn)反硝化過程的進(jìn)行，脫氮效果就好；反之C/N比低，則無法為反硝化過程提供足夠的碳源，使反硝化過程受阻；而且碳源也是微生物生長的物質(zhì)基礎(chǔ)，碳源不足時，也會影響體系內(nèi)菌體繁殖，從而不利于反硝化，使得脫氮效果變差［3］。

2.2 不同溶解氧對脫氮影響

溶解氧對微生物生長的影響很大，本實驗通過分析溶解氧對硝化、反硝化的影響實驗，論述溶解氧對倒置A2/O工藝各形態(tài)氮變化的影響。結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，隨著好氧段溶解氧的變化，出水各種形態(tài)的氮去除率也隨之發(fā)生變化。當(dāng)好氧段的溶解氧為2.0mg/L時，此時對總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的去除率最高，分別為38.6%、95.1%、93.2%、89.4%。說明好氧段的溶解氧越大，出水的氮濃度越小，脫氮效果就越好［4］。這是由于在脫氮過程中，硝化菌是好氧菌，提高DO響應(yīng)提高溶解氧的傳質(zhì)效果，更加有利于有機物和氨氮的去除與轉(zhuǎn)化，提高脫氮效果［5］。

圖3 溶解氧對脫氮效果的影響

2.3 污泥的回流比對脫氮的影響

污泥回流比將對倒置A2/O工藝中的污泥濃度造成影響，從而影響處理的效果，因此本實驗分析了回流比對脫氮的影響。為具體考察不同回流比對脫氮效果的影響，設(shè)置污泥蠕動泵轉(zhuǎn)速分別為50rad、75rad和100rad三個不同的污泥回流比進(jìn)行實驗。三種不同的回流比條件下總氮去除效果如圖4所示。

從圖4可以看出，當(dāng)污泥回流比由50增加到100的過程中，總氮的平均去除率由15.8%增長到31.6%。氨氮的去除率隨著回流比的增大而增大，當(dāng)回流比為100rad時達(dá)到最大90.4%，硝酸鹽氮的去除率隨著回流比的增加先升高后減小。其中，當(dāng)回流比為75rad時，去除率達(dá)到最大值77.3%。亞硝酸鹽去除率在隨著回流比變化幅度不大，去除率基本保持在87%左右。這表明，系統(tǒng)的脫氮能力是依靠污泥回流比來保證的，提高污泥回流比能提高脫氮效率。一定幅度范圍內(nèi)提高污泥回流比，一方面可以使硝化液同步回流在缺氧/厭氧區(qū)反硝化；另一方面保證缺氧/厭氧區(qū)的生物濃度，即保證反硝化菌的數(shù)量維持反硝化的穩(wěn)定［6］。所以要提高脫氮效果應(yīng)相應(yīng)地提高回流比，但提高回流比同時會帶來能耗的增加，因此選擇最佳的回流比為75rad。

圖4 不同污泥回流比對脫氮效果的影響

2.4 各個格室的各類氮濃度的變化

為了更好的分析倒置A2/O工藝各階段氮的變化，本實驗對缺氧段、厭氧段、好氧段的不同氮的形態(tài)進(jìn)行了分析。

2.4.1 不同格室的總氮濃度變化

從圖5中可以看出總氮的各個格室的濃度都在變化，濃度都是依次減小的，并且對總氮的去除主要發(fā)生在缺氧格室和好氧格室。進(jìn)入生化反應(yīng)系統(tǒng)的污水和循環(huán)污泥一起進(jìn)入缺氧區(qū)，污泥中的硝酸鹽，在反硝化菌的作用下進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮氣，實現(xiàn)了系統(tǒng)的前置脫氮。在不同進(jìn)水方式下，系統(tǒng)進(jìn)水全部或大部分直接進(jìn)入缺氧區(qū)，優(yōu)先滿足了反硝化的碳源要求，故提高了處理系統(tǒng)的脫氮效率［7］。

圖5 不同格室總氮的變化

2.4.2 不同格室氨氮濃度的變化

由圖6可知，各個格室中，氨氮的濃度變化是相關(guān)的，基本上當(dāng)進(jìn)水的氨氮濃度高時，其他的三個格室的氨氮濃度也會升高。進(jìn)水的氨氮濃度是最高，缺氧格室的次之，好氧出水段的氨氮濃度最低。并且對于氨氮的去除主要發(fā)生在好氧段，其去除率可占到總?cè)コ实?0%以上。

圖6 不同格室氨氮的變化

2.4.3 不同格室硝酸鹽氮濃度的變化

本實驗考察了不同格室當(dāng)中，硝酸鹽氮的變化情況，如圖7所示。

圖7 不同格室硝酸鹽氮的變化

由圖7可知，水池在進(jìn)水，硝酸鹽氮的濃度基本為0，說明該格室基本不發(fā)生硝化作用。經(jīng)過缺氧反應(yīng)后，硝酸鹽氮的濃度也是很低，幾乎為0。缺氧進(jìn)水是由好氧出水及原水組成，缺氧池主要發(fā)生反硝化作用，反硝化過程的細(xì)菌屬于異養(yǎng)型反硝化細(xì)菌，電子的傳遞鏈的直接電子供體是NADH。硝酸鹽還原酶先獲取兩個電子，是硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，而后再獲取四個電子將亞硝酸鹽還原為單質(zhì)氮［8］。厭氧進(jìn)水為缺氧出水，經(jīng)過厭氧反應(yīng)后，硝酸鹽氮濃度先升高后下降，從實驗現(xiàn)象看可能發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)。

2.4.4 不同格室中亞硝酸鹽氮濃度變化

由圖8可知，亞硝酸鹽主要在缺氧段去除，而在厭氧段和好氧段出現(xiàn)了亞硝酸鹽的累積。

3 結(jié)語

圖8 不同格室亞硝酸鹽的變化

（1）當(dāng)進(jìn)水C/N 為400時，倒置 A2/O工藝對污水各種形態(tài)的氮去除效果最好，總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的去除率分別達(dá)到45.6%、89.4%、99.1%、90.7%。表明在污水中的 C/N 比越高，則其中可降解有機物濃度就高，就可以為反硝化過程提供充足的碳源，促進(jìn)反硝化過程的進(jìn)行，脫氮效果就好。

（2）當(dāng)好氧段的溶解氧為2.0mg/L時，此時的對總氮、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的去除率最高，分別為38.6%、95.1%、93.2%、89.4%。說明好氧段的溶解氧越大，出水的氮濃度越小，脫氮效果就越好。

（3）當(dāng)污泥回流比為由50增加到100時，脫氮效果增高。所以要提高脫氮效果應(yīng)相應(yīng)地提高回流比，但提高回流比同時會帶來能耗的增加，因此建議最佳的回流比為75rad。

（4）通過對不同格室氮形態(tài)的研究表明，亞硝酸鹽主要在缺氧段去除，而在厭氧段和好氧段出現(xiàn)了亞硝酸鹽的累積；對于氨氮的去除主要發(fā)生在好氧段，其去除率可占到總?cè)コ实?0%以上。

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