A_2_O工艺脱氮效果研究

收稿日期:2005-11-071基金项目:国家自然科学基金项目:多孔介质中微生物除氮机理15N 标识及其数值模拟(40372113).作者简介:马　俊(1979-),男,北京工业大学硕士,研究方向:水资源及污水处理工程.A 2ΠO 工艺脱氮效果研究马　俊,张永祥,刘　亮,付　冰(北京工业大学建筑工程学院,北京100022)摘　要:分别考察了不同HRT 、DO 、混合液和污泥回流比、温度、C ΠN 比等条件下,A 2ΠO 工艺的脱氮效果和有机物去除效果.结果表明,对于城市生活污水而言,当好氧区水力停留时间为6h 、DO 为4mg ΠL 、混合液回流比为300%、污泥回流比为100%时,A 2ΠO 工艺能获得较好的脱氮效果和有机物去除效果.关键词:A 2ΠO 工艺;脱氮;有机物去除;城市生活污水;污泥回流比中图分类号:X 703 文献标识码:A 文章编号:1672-0946(2006)01-0028-04Nitrogen removal effect of A 2ΠO processMA Jun ,ZH ANG Y ong 2xiang ,LI U Liang ,FU Bing(School of Architecture and Civil Engineering ,Beijing P olytechnic University ,Beijing 100022,China )Abstract :This paper investigates the rem oval effect of organic matters and nitrogen of A 2ΠO pro 2cess at different HRT ,DO ,return ratio ,tem perature ,C ΠN and s o on.The results showed that for the urban wastewater ,the A 2ΠO process has m ore stronger rem oval effect with HRT 6h andDO 3mg ΠL in aerobic area ,sludge return ratio 100%,mixed 2liquor return ratio 300%.K ey w ords :A 2ΠO process ;nitrogen rem oval ;organic matters rem oval ;urban wastewater ;sludgereturn ratio A 2ΠO 工艺是目前较为流行的具有一定代表性的污水生物脱氮除磷技术[1],其反应池由厌氧池、缺氧池和好氧池组成,工艺流程和氮平衡见图1.经初沉池沉淀后的废水和回流污泥自厌氧池流入,循环硝化液由好氧池用泵送入缺氧池.在厌氧池进行磷的释放,在缺氧池进行反硝化脱氮,在好氧池进行硝化和磷的摄取,废水再经二沉池沉淀后排放[2].由于该工艺工艺流程较为简单,基建费用和运行费用均较低,又具有同步脱氮除磷的功效,因此成为目前研究和应用较多的一种工艺.本试验的主要目的是进一步探讨该工艺的脱氮机理,并考察其各种影响因素以确定最佳的工况,使得该工况下脱氮效果显著.1　试验条件1.1　试验水质条件试验采用的污水为北京工业大学西院家属区经过化粪池预处理的生活污水,其水质情况为:C OD :200～400mg ΠL ;BOD 5:90～200mg ΠL ;NH +4-N :50～100mg ΠL ;T N :80～110mg ΠL ;pH :712～810.1.2　试验主要分析方法NO -3-N 质量浓度:麝香草酚分光光度法;NO -2-N 质量浓度:N -(1-萘基)-乙二胺光度法;NH +4-N 质量浓度:钠氏试剂分光光度法;总氮:仪器测量T OC ;M LSS :M LSS 速测仪;DO :DO 测定仪;温度:水温计;C OD :重铬酸钾法(C OD Cr ).第22卷第1期2006年2月 哈尔滨商业大学学报(自然科学版)Journal of H arbin U niversity of Commerce (N atural Sciences Edition )V ol.22N o.1Feb.2006图1　A 2ΠO 工艺流程图1.3　工艺流程与试验内容试验装置如图2.图2　试验装置示意图试验反应装置为有机玻璃材质,总长200cm ,宽40cm ,高80cm ,有效水深60cm.中间用两块搁板把反应器分隔成3个区.厌氧池、缺氧池及好氧池的体积比为1∶2∶4.其中,厌氧区长280mm ,有效体积6712L ;缺氧区长560mm ,有效体积13414L ,两区均为搅拌浆搅拌,电机转速为20～60r Πmin.好氧区长1140mm ,有效体积26818L.反应器总有效体积480L.三个区域的底部均设有穿孔曝气管,可以根据需要有选择性地调整曝气量.系统末端为一竖流式沉淀池,有效水深1000mm ,泥斗高200mm ,有效体积300L.试验从2004年9月底开始进行连续测试分析.本试验分别考察了不同水力停留时间(HRT )、DO 、混合液和污泥回流比、温度、碳氮比等因素对运行效果的影响,并通过正交试验确定多种因素共同作用下的最佳组合.2　结果与讨论2.1　不同HRT 的影响反应温度为28℃左右;厌氧区和缺氧区搅拌;好氧区DO 为3mg ΠL ;污水回流比(r )为300%,污泥回流比(R )为80%.改变好氧区的HRT 分别为6h (9128～1013)、5h (1014～1019)、4h (10112～10117)和3h (10118～10123),考察不同的HRT 对试验效果的影响.不同HRT 时的C OD 和氨氮去除效果如图3、4所示.图3　不同HRT对COD 去除率的影响图4　不同HRT 对氨氮去除率的影响 可以看出,当HRT 由5h 改为4h 时,C OD 和氨氮的去除效果都有了明显的下降(C OD 去除率由78102%降到7317%,氨氮去除率由84152%到降65132%),说明水力停留时间的缩短对水体中有机物的降解和硝化反应的进行都有较大影响,而且对硝化反应的影响更大;当HRT 改为3h 时,C OD 和氨氮的去除效果又出现很大幅度的降低(C OD 去除率降到51%,氨氮去除率降到46135%),说明此时系统已基本无法维持正常的有机物去除功能和硝化反应功能.所以若要达到较好的有机物和氨氮处理效果,好氧区的HRT 至少要保持5h 以上.不同HRT 时进出水的C OD 质量浓度和氨氮质量浓度及各自平均去除率如表1所示.2.2　DO 变化的影响控制好氧区HRT 为5h ,污水回流比和污泥回・92・第1期 马　俊,等:A 2ΠO 工艺脱氮效果研究流比分别为300%和80%,反应温度为26℃左右.改变好氧区的DO 分别为2mg ΠL (1112～1117)、3mg ΠL (1118～11113)和4mg ΠL (11114～11119),考察不同的DO 对试验效果的影响.不同DO 时的C OD 和氨氮去除效果如图5、6所示.可以看出,当DO 为2mg ΠL 改为3mg ΠL 后,C OD 去除效果略有提高(78113%到78163%)而氨氮的去除效果则有了明显的提高(77165%到85103%),这表明好氧区的溶解氧质量浓度对氨氮图5　不同DO 时的COD的去除效果图6　不同DO 时的氨氮的去除效果的去除起着较为关键的作用;当DO 为4mg ΠL 时,C OD 和氨氮的去除效果虽均又有所提高,但很不明显,这表明当好氧区的溶解氧质量浓度超过3mg ΠL 时对有机物的去除和硝化反应所产生的影响就逐渐减小了.不同DO 时进出水的C OD 质量浓度和氨氮质量浓度及各自平均去除率如表1所示.表1　不同HRT,DO 时进出水的COD 质量浓度和氨氮质量浓度及各自平均去除率进水CODΠ(mg ・L -1)出水CODΠ(mg ・L -1)最高最低最高最低C O D 平均去除率Π%进水氨氮Π(mg ・L -1)进水氨氮CODΠ(mg ・L -1)最高最低最高最低氨氮平均去除率Π%HRT =6h 260.5206.953.242.27980.6559.0713.23 5.3288.89HRT =5h 246.17221.856.843.778.02106.558.3723.35 5.2284.52HRT =4h 258.38218.8371.353.773.793.758.3734.3216.1965.32HRT =3h 260.3236126.770.861.3179.365.0743.5233.9846.35DO =2mg ΠL 225.3209.8350.1845.3378.1372.855.1617.5210.4377.65DO =3mg ΠL 271.83223.759.1245.2578.6372.864.5715.42 5.5385.03DO =4mg ΠL261.8213.556.1743.8178.9671.557.5711.985.886.082.3　不同混合液及污泥回流比的影响为具体考察不同回流比对脱氮效果的影响,选用4种不同的搭配进行试验.此时好氧区HRT 为6h ,DO 为3mg ΠL ,反应温度为24℃左右.四种不同内外回流比搭配下的T N 去除效果如图7所示.图7　四种不同内外回流比搭配下的TN 去除效果由上图可以看出,随着污水回流比(r )和污泥回流比(R )的增大,T N 的去除率也随之有明显上升;当R =100%,r =300%时T N 去除效果最好.这表明加大回流量有利于反硝化反应的进行;值得注意的是,单独加大污泥回流比时比单独加大污水回流比时的T N 去除效果要好,这说明提高污泥回流比更有利于脱氮的进行.但是加大污泥回流比将影响纯厌氧环境,使脱磷效果受到影响.鉴于本试验重点在于讨论脱氮效果,故不考虑对脱磷的影响.2.4　温度变化的影响温度直接影响水中各种微生物的活性,一直以来都是污水生物处理法中的重要影响因素.不同水温下的氨氮和C OD 的去除效果如图8所示,其他相关参数为:HRT =6h ,DO =3mg ΠL ,R =300%,r=100%.・03・哈尔滨商业大学学报(自然科学版) 第22卷图8　不同水温下的氨氮和COD 的去除效果可以看出当温度为26℃左右时,氨氮的去除率为89%左右,C OD 的去除率为79%左右;而温度降为16℃左右时,氨氮的去除率仅为40%左右,C OD 的去除率为68%左右;这说明温度是影响硝化反应和有机物去除的重要因素,其原因可能是因为硝化细菌的最适生长温度为25～30℃[3,4],低于此温度范围则其生长速度及代谢能力随温度的降低而快速减小的缘故.还可以看出,温度对C OD 去除效果的影响程度以20℃为界,即水温在20℃以下时C OD 去除效果较差,但水温提高到20℃以上时,继续提高温度对C OD 的去除效果的提高并不明显.2.5　碳氮比的影响由于反硝化细菌是在分解有机物的过程中进行反硝化脱氮的,所以进入缺氧段的污水中必须有充足的有机物,才能保证反硝化的顺利进行.图9反映了源水中碳氮(C OD ΠNH 3-N )的的比值与系统脱氮效果的关系.图9　碳氮比与系统脱氮效果的关系可以看出,随着碳氮的增大,T N 去除率也随之增大;这说明碳氮的增大,有利于反硝化反应的进行.2.6　多因素共同作用的影响通过以上的试验,得知各种影响因素如HRT 、温度、DO 、混合液与污泥回流比等对A 2ΠO 工艺脱氮效果的影响,但系统是在所有因素共同作用下运行的,所以还要在上述每种影响因素单独作用的基础上通过正交试验找出多种因素共同作用下的最佳工况,使得该工况下的脱氮效果最为显著.限于本文篇幅,有关正交试验的设计和结果分析略(详见参考文献[5]),这里仅给出经综合分析平衡后得出的最优工况,即:好氧区水力停留时间(HRT )为6h ;好氧区溶解氧质量浓度(DO )为4mg ΠL ;混合液回流比(r )为300%;污泥回流(R )为100%.在此条件下系统能够达到最佳的硝化和反硝化效果,并能保证较好的有机物的去除效果与总氮去除率.3　结　论1)水力停留时间(HRT )对污水处理中的有机物去除及硝化反应均有较大影响,且对后者的影响更为明显.2)好氧区的溶解氧质量浓度(DO )对氨氮的去除起着较为重要的作用,但DO >3mg ΠL 后,对有机物的去除和硝化反应的影响逐渐减小.3)随着污水回流比和污泥回流比的增大,T N 的去除率也随之有明显的上升;这表明加大回流量有利于反硝化反应的进行;另外,单独加大污泥回流比时比单独加大污水回流比时的T N 去除效果要好,这说明提高污泥回流比更有利于脱氮的进行.4)温度变化对氨氮的去除有较大影响,其根本原因是硝化细菌的生长速度及代谢能力随温度的降低而快速减小.5)原污水的碳氮比是影响总氮去除效果的重要因素.随着碳氮比的增大,T N 去除率也随之增大;这说明碳氮比的增大,有利于反硝化反应的进行.6)通过正交试验确定在多因素共同作用下的最优工况为:好氧区水力停留时间为6h 、好氧区溶解氧质量浓度为4mg ΠL 、混合液回流比为300%、污泥回流比为100%时,系统能够达到最佳的脱氮效果,并能保证较好的有机物去除效果.参考文献:[1]　张　波,苏玉民.倒置A 2ΠO 工艺的氮磷脱除功能[J ].环境工程,1999,17(2):7-10.[2]　张自杰,龙腾锐,金儒霖,等.废水处理理论与设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.448.[3]　王洪臣.城市污水处理厂运行控制与维护管理[M].北京:科学出版社,1997.101.[4]　郑　平,徐向阳,胡宝兰.新型生物脱氮理论与技术[M].北京:科学出版社,2004.27.[5]　刘　亮.A 2ΠO 工艺污水生物脱氮特性与15N 标识技术试验研究[D].北京:北京工业大学,2005.54-58.・13・第1期 马　俊,等:A 2ΠO 工艺脱氮效果研究。