新建污水處理廠低進(jìn)水有機(jī)物的脫氮工藝

潘鄭妍

(廈門水務(wù)中環(huán)污水處理有限公司，福建 廈門 361000)

0 引言

目前，我國(guó)南方地區(qū)進(jìn)水水質(zhì)大部分存在BOD5＜100 mg/L的情況。新建污水處理廠進(jìn)水有機(jī)污染物偏低的情況尤為嚴(yán)重。污水處理廠建設(shè)前期，規(guī)劃設(shè)計(jì)的進(jìn)水管道需為遠(yuǎn)期規(guī)模擴(kuò)建考慮。在新建污水處理廠時(shí)，敷設(shè)的進(jìn)水主干管的管徑及管長(zhǎng)均較大，這對(duì)進(jìn)廠的污水進(jìn)水水質(zhì)影響極大。由于污水處理廠新建初期，外部污水收集管網(wǎng)未完善，污水收集量不足設(shè)計(jì)負(fù)荷70%，污水在管網(wǎng)內(nèi)流速較慢，停留時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致有機(jī)污染物在管道內(nèi)進(jìn)一步削減，形成高氮磷，低有機(jī)負(fù)荷的進(jìn)水水質(zhì)。因此，針對(duì)低有機(jī)污染負(fù)荷且高氮高磷的進(jìn)水水質(zhì)需進(jìn)一步研究探索[1]。

1 生物脫氮的基本原理

生物脫氮的基本原理如圖1所示。生物脫氮過程[2-3]包含三種作用。

圖1 生物脫氮的基本原理

1.1 氨化作用

有機(jī)氮化合物被分解、轉(zhuǎn)化為氨氮的過程稱為氨化作用，也稱為礦化作用。氨化反應(yīng)無論在好氧還是厭氧，中性還是酸性或者堿性的環(huán)境中都能進(jìn)行，只是參與反應(yīng)的微生物種類不同。在好氧條件下，主要有兩種降解方式，一是在氧化酶催化下的氧化脫氨生產(chǎn)氨、脂肪酸或酮酸；另一些是在水解酶的催化作用下水解脫氨反應(yīng)生成氨、羥基酸、醇。在厭氧或缺氧的條件下，則由厭氧和兼性厭氧菌對(duì)有機(jī)氮化合物進(jìn)行還原脫氨、水解脫氨、以及脫水脫氨的氨化反應(yīng)。

1.2 硝化作用

硝化作用是指將NH3-N氧化為NOX--N的生物化學(xué)反應(yīng)，這個(gè)過程由亞硝酸菌和硝酸菌共同完成，包括亞硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)兩個(gè)階段，此階段會(huì)產(chǎn)生大量的氫離子，導(dǎo)致水體pH下降。硝化菌是化能自養(yǎng)菌，繁殖增長(zhǎng)時(shí)不需要有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從無機(jī)物的氧化中獲得能量。在硝化反應(yīng)的過程中，同時(shí)進(jìn)行硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖。

1.3 反硝化作用

反硝化反應(yīng)是由異養(yǎng)型微生物在缺氧或厭氧(DO＜0.5 mg/L)條件下，利用硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成氣態(tài)N2或N2O的過程。如果溶解氧較高，反硝化菌將利用氧進(jìn)行呼吸，抑制反硝化菌體內(nèi)的硝酸鹽還原酶的合成，或者氧成電子受體，阻礙硝酸鹽還原。

2 活性污泥的培養(yǎng)

好氧顆粒污泥是20世紀(jì)末研究發(fā)現(xiàn)的一種用于廢水處理的新型微生物聚集體，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能夠在同一個(gè)顆粒內(nèi)同時(shí)保存多種氧環(huán)境與營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，為各種微生物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，因而具有多種代謝活性[4]，是污水處理工藝的主體，是脫氮工藝的基礎(chǔ)。但在新建污水處理廠啟動(dòng)初期，受進(jìn)水條件影響，微生物的自生培養(yǎng)較為困難，一般采用接種培養(yǎng)。接種時(shí)考慮兩種不同類型的污泥進(jìn)行投放，一種是離心脫水后的濕污泥，一種是濃縮池內(nèi)的剩余污泥。但通過實(shí)驗(yàn)，離心脫水后的濕污泥因污泥脫水時(shí)添加了化學(xué)藥劑，已基本破壞了污泥的活性，污泥培養(yǎng)無法完成。而濃縮池內(nèi)的剩余污泥因污泥活性尚未被破壞，污泥培養(yǎng)效果很好。但因濃縮池內(nèi)的剩余污泥因含水率較高，需要投加的污泥量較大，所需成本較高，因此在選擇時(shí)可選用距離較近且進(jìn)水水質(zhì)相似的城市污水處理廠進(jìn)行抽取，從而盡快完成污泥培養(yǎng)[2]。

3 影響脫氮的主要因素

眾所周知，影響脫氮效果的主要因素有溶解氧、pH、污泥泥齡、碳源和溫度等等。但是，由于新建污水處理廠進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷偏低且運(yùn)行初期進(jìn)水流量較小，并不能完全參照大部分污水處理運(yùn)行工藝的控制參數(shù)進(jìn)行工藝調(diào)控。本次以澳頭污水處理廠為例，該廠設(shè)計(jì)規(guī)模為1萬m3/d，污水處理工藝采用多模式AAO 鼓風(fēng)曝氣二級(jí)生化處理＋高效沉淀除磷及纖維轉(zhuǎn)盤過濾深度處理工藝。通水運(yùn)行初期，該廠進(jìn)水BOD5濃度約為25 mg/L，進(jìn)水總氮約為30 mg/L，進(jìn)水總磷約為3.5 mg/L，日均處理量約為1500～3000 m3。進(jìn)水水質(zhì)碳氮比失衡較為嚴(yán)重，因此補(bǔ)充外部碳源是必須的，但是補(bǔ)充外部碳源并不能完全實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。為了提高脫氮效果實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，針對(duì)影響脫氮效果的幾個(gè)因素分別進(jìn)行了控制摸索，發(fā)現(xiàn)以下三個(gè)因素對(duì)脫氮工藝具有較大的影響[1]。

3.1 氣水比和溶解氧的控制

啟動(dòng)初期，在相同進(jìn)水條件和污泥濃度的情況下，通過調(diào)整不同的氣水比，對(duì)脫氮效果進(jìn)行了對(duì)比，具體如表1所示。

表1 脫氮效果對(duì)比

由表1可見，當(dāng)氣水比增加時(shí)，總氮去除率相應(yīng)增加，當(dāng)氣水比下降時(shí)，總氮去除率則隨之下降。主要原因?yàn)楫?dāng)氣水比較低時(shí)，污泥活性較弱，污泥顏色呈黑褐色，硝化及反硝化反應(yīng)速率較慢，無法完全進(jìn)行脫氮。因此，在新建污水處理廠運(yùn)行初期，要提高脫氮效果，是需要將氣水比維持在較高水平。但維持較高的氣水比會(huì)導(dǎo)致生化池出水端溶解氧過高，內(nèi)回流及外回流帶入的溶解氧較多，破壞缺氧環(huán)境而影響除磷及脫氮的效果。與環(huán)境相比，污泥的活性更為重要[4]。

3.2 污泥濃度的控制

活性污泥是污水處理的第一要素，對(duì)脫氮來說尤為重要。通過以下幾組數(shù)據(jù)對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)較高的污泥濃度對(duì)總氮的去除效果顯著，具體如表2所示。

表2 污泥濃度對(duì)總氮的去除效果對(duì)比

從表2數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)污泥濃度較低時(shí)，并不能使總氮達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，隨著污泥濃度升高，總氮除去率逐步提高。因此，維持較高的污泥濃度，可提高總氮的去除效果。但維持較高污泥濃度又會(huì)使水體里磷酸鹽濃度較高，出水懸浮物上升，從而使得化學(xué)除磷的藥耗提高[5]。

3.3 水力負(fù)荷

新的污水處理廠因外部管網(wǎng)未完善，日處理量較低，污水在生化系統(tǒng)內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，脫氮的控制相對(duì)較為容易，通過增大碳源投加量，增大回流比等措施可以實(shí)現(xiàn)出水總氮達(dá)標(biāo)排放。但隨著外部管網(wǎng)的完善，污水收集量增大，污水廠日處理量逐漸達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷，污水在系統(tǒng)內(nèi)停留時(shí)間縮短，脫氮難度增大。因此，要滿足脫氮效果，控制水力負(fù)荷是重要措施之一。

4 結(jié)語

除了以上三種影響因素，影響總氮的去除效果的因素還有很多，如碳源投加量、內(nèi)外回流比、污泥泥齡等等。由于脫氮理論研究的深入，新工藝層出不窮，采用各種工藝組合使用可以達(dá)到更好的處理效果。實(shí)踐證明，在后期穩(wěn)定運(yùn)行的工藝調(diào)控過程中，當(dāng)污泥活性良好時(shí)，針對(duì)進(jìn)水有機(jī)污染物濃度較低，總磷總氮濃度不低的條件下，為避免COD過多浪費(fèi)消耗，可將生化池出水溶解氧盡可能維持較低水平(≤1 mg/L)，并維持較高的污泥濃度(約7000 mg/L)，同時(shí)控制生化池水力負(fù)荷，盡可能地延長(zhǎng)停留時(shí)間，微調(diào)內(nèi)外回流比，即可實(shí)現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)排放。