反硝化除磷技术处理低碳源污水

　　摘要:常规A2/O工艺处理低碳源污水时,在厌氧段,聚磷菌无法与外回流回来的硝酸盐氮竞争有限的碳源,影响其放磷,直至影响到好氧段的超量吸磷,需要投加药剂以辅助除磷。BCFS[1]除磷工艺同样要化学辅助除磷,并且也不适用于现行的A2/O工艺建筑构造。以肇庆市第一污水处理厂工艺运行管理为例,大量试验表明,改变A2/O工艺运行参数,在厌氧段,反硝化除磷菌可以利用有限碳源同时进行反硝化和除磷,好氧段的硝化功能没有改变,如此处理低碳源污水,可以达到国家一级A的排放标准,并且,能耗大大降低,污泥的产量也减少三成。

　　关键词:低碳源污水 反硝化 除磷

　　A2/O工艺作为目前能同步脱氮除磷的工艺中最简单的一种,广泛应用于国内外的污水处理厂[2]。但生物除磷脱氮间亦存在矛盾,主要有泥龄、碳源。在厌氧区,外回流回来的浓缩污泥混合液中有硝酸盐氮,在低DO环境下,进行反硝化,与聚磷菌竞争碳源,它处于绝对优势。遇低碳源污水,势必影响到聚磷菌的释磷,进而影响到在好氧段的超量吸磷,降低了磷的去除率。有研究表明,在活性污泥中存在反硝化除磷菌(denitrifing phosphorus removing bacteria,DPB),它们在缺氧条件下进行反硝化脱氮的同时,可以摄取磷。它的优点是节省碳源和能量。利用有限的碳源既去氮又除磷[3]。本厂结合实际情况,开发出一套适合本厂的有效工艺管理模式。

　　1 试验材料与方法

　　1.1 装置 研究反硝化除磷菌在厌氧池的反硝化聚磷过程。2L的广口瓶,磁力搅拌器。在广口瓶中,按一定比例加入低碳源原水和回流液,然后慢慢搅拌,使污泥不会自然沉降,模拟厌氧池进行反应。

　　1.2 入水水质 实验用原水全部采用本厂预处理进水口的进水,水质如下:COD≤100mg/L,TN平均值12.36mg/L,NH3-N平均值9.13mg/L,TP平均值1.2mg/L,SS平均值66mg/L,NO3--N平均值2.15mg/L。

　　1.3 测试参数 入水与外回流污泥混合液用不同的比例进行混合,测试系统TP,NO3--N,NH3-N,COD的变化规律。

　　1.4 分析方法[4]

　　COD:COD测定仪,江苏电分仪器厂;NH3-N:纳氏试剂分光光度法;NO3--N:紫外分光光度法;TP:过硫酸钾消解-钼酸铵分光光度法;TN:过硫酸钾消解-紫外分光光度法;SS:重量法。

　　2 结果与讨论

　　由预处理过来的进水与外回流回来混合污泥液混合在一起,稍沉降之后取其上清液,测定COD,TP ,NO3--N,NH3-N,然后,放在磁力搅拌器上,慢慢搅拌反应2～3小时。再自然沉降,再取其上清液测COD,TP,NO3--N,NH3-N数据如表1示。

　　常规的A2/O工艺,磷在厌氧区因为DO低,为了自身的生存,摄取小分子物质,然后大量释放磷。但在本实验中,明显不仅没有释磷,反而随着反硝化的进行,NO3--N越来越低,总磷也会跟着下降。直到可溶性COD降至最低,反硝化反应趋于缓慢,总磷的下降速率也会变得缓慢。这个过程至少可以保持三个小时以上。如果可溶性COD尚未降至最低,反应会继续进行,直到NO3--N降到一定浓度时,总磷开始升高,聚磷菌开始释磷。[5]对于低碳源污水,不会反硝化到这个程度。分析认为,在进水与回流液混合体系中,存在大量硝酸盐氮,而游离氧很低,甚至几乎没有的条件下,反硝化除磷菌(DPB)以硝酸盐氮作为电子接受体,利用硝酸盐氮中的氧进行呼吸,将硝酸盐氮还原为氮气或N2O,同时,大量吸收磷。可用如下方式描述[3]:

　　C2H4O2 0.16NH4 0.2PO43- 0.96NO3-—→

　　0.16C5H7NO2 1.2CO2 0.2HPO3(聚磷) 1.4OH- 0.48N2 0.96H2O

　　对于低碳源,低浓度污水,这个除磷效果可以满足生产需要。实验显示,该反应只能去除小量氨氮,还需要在曝气区进行硝化反应。荷兰Delft大学的研究表明,反硝化除磷菌的活性约为聚磷菌总活性的50%,与常规的生物去氮脱磷工艺相比,反硝化除菌所需的COD量减少30%(以生活污水计),因此,反硝化除磷还可以起到降低污泥产量的作用[2]。

　　3 应用

　　3.1 生产工艺 本厂的工艺流程如图1示:

　　本厂设计为A2/O工艺,进水经预处理之后与外回流污泥混合液进入厌氧。常规处理过程是在厌氧进行释磷,然后在缺氧反硝化脱氮,在曝气池进行硝化和聚磷。现在,控制厌氧区DO,MLSS,NO3--N,以及水力停留时间,配合低碳低浓度污水与回流液形成一个特殊环境,促使反硝化聚磷菌(DPB)在此区进行反应。然后再流向后面的缺氧,好氧区进行反应。

　　由上图可知,在厌氧段,外回流污泥的吸附作用,去除了大部分SS和COD,同时主要由外回流带来的NO3--N反硝化作用又去除可溶性的有机小分子物质,并将磷以HPO3(聚磷)形式存于活性污泥中。在缺氧段,在工艺上调整,从好氧区内回流量达300%,回流液携带较高的DO,使得缺氧段的DO比厌氧段要稍为高,可溶性BOD已比厌氧段少,反硝化细菌只能进行常规的反硝化过程,但它的反硝化能力没有常规A2/O工艺的反硝化能力高。在好氧段,聚磷菌的吸磷能力因没有厌氧的放磷而显得作用不大。硝化细菌因没有聚磷菌与它竞争DO,它的硝化能力增强,进水本来就低碳低浓度,稍稍曝气,以不让活性污泥自然沉降就可满足DO需要。就是这个过程已经大大降低能耗。

　　3.2 生产应用情况 本厂5月下旬以来,主要都是低碳低浓度污水,采用常规的除磷工艺运作,效果较差,需要额外投加药剂以辅助除磷。6月以来,改变运行工艺参数,诱导训养DPB,利用反硝化除磷这现象,取得良好效果。出水各项指标均达到一级A排放标准,如表2示: 5月,每削减100吨COD,产泥量为220吨,而6月份,每削减100吨COD,产泥量为166吨,比常规处理工艺产泥量减少32%。

　　4 结论

　　4.1 常规工艺参数运行处理低碳低浓度污水,聚磷菌无法与反硝化细菌竞争得到有限的BOD,厌氧放磷受到限制,直接影响到好氧阶段吸磷,除磷效果差。

　　4.2 利用反硝化聚磷技术,不用改变建筑物的结构,只要调整相应的工艺参数,就可以处理低碳低浓度污水达到排放标准,并且大大降低能耗。产泥量亦减少,取得良好经济效果。

　　参考文献:

　　[1]高艳玲.《污水生物处理新技术》.中国建材工业出版社.

　　[2]《城市污水处理厂的运行调度》.

　　[3]《氧化沟污水处理理论与技术》邓荣森,化学工业出版社.

　　[4]《水和废水监测分析方法》.

　　[5]付乐等.《低碳源城市污水的强化脱氮除磷工艺研究》.中国给水排水,2009,1.