AO工艺参数及影响

工艺运行参数的控制以及对水处理效果的影响A/O工艺运行过程中所需控制的主要参数有水力停留时间、pH值、水温、原水成分、食微比（F/M）、溶解氧（DO）、活性污泥浓度（MLSS）、沉降比（SV30%）、污泥容积指数（SVI）、污泥龄、污泥回流比（%）以及混合液回流比（%）等。只有合理调控这些控制参数，才能很好地保证活性污泥处理工艺的正常、高效运行。(1)水力停留时间HRT：水力停留时间（HRT）的长短直接影响氨氮和硝酸盐的去除效率，一般应根据设计所要求对氮的去除率决定相应的水力停留时间。在给定进出水氨氮或硝酸盐氮浓度的情况下，硝化或反硝化反应所需的最小水力停留时间可按照下式估计：硝化反应：微生物的浓度氨氮的比去除率度稳态时出水中的氨氮浓进水中的氨氮浓度HRT反硝化反应：微生物的浓度硝酸盐氮的比去除率氮浓度稳态时出水中的硝酸盐进水中的硝酸盐氮浓度HRT在给定氨氮负荷条件下，缩短HRT，硝化反应的效率显著下降，当HRT小于5h时，出水中氨氮浓度显著增加。经估算及经验得出最佳水力停留时间为：反硝化t≤2h，硝化t≥6h，当硝化水力停留时间与反硝化水力停留时间为3:1时，氨氮去除率达到70%~80%。(2)pH值：A/O工艺中pH值的控制不但是排放水要求的控制，更是对活性污泥法主体微生物生长条件的要求。A/O工艺中的生物脱氮过程包括硝化和反硝化两个过程：硝化过程起主要作用的微生物是硝化细菌；反硝化过程起主要作用的微生物是反硝化细菌。硝化反应是指氨态氮在硝化菌的作用下分解氧化的过程。硝化菌是指亚硝酸菌和硝酸菌，是化能自养菌，硝化菌对pH值的变化非常敏感，在硝化反应过程中，将释放出H+离子浓度增高，从而使pH值下降，影响硝化反应速度，为了保持适宜的pH值，应当在污水中保持足够的碱度，以保证对在反应过程中pH值的变化，起到缓冲的作用。而最佳pH值是8.0~8.4，在这一最佳pH值条件下，硝化速度，硝化菌最大的比增殖速度可达最大值。碱度的调整方案一般采用的首要方法是酸碱废水中和法，或者直接向所需处理污水中投加药剂：污水呈酸性时投加氢氧化钙、石灰或氧化镁等。污水厂只是在进水和出水口设置了pH值在线监测仪，并没有在A/O生化池内设置pH值在线监测仪，这样就无法准确了解生化池内pH值的变化情况，以致无法了解生化池的脱氮效果如何。反硝化反应是指硝酸氮和亚硝酸氮在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程。反硝化菌是属于异养型兼性厌氧菌的细菌。反硝化菌对pH值的变化也是很敏感的，反硝化菌最适宜的pH值是6.5~7.5，在这个pH值范围内，反硝化速率最高，当pH值高于8或低于6时，反硝化速率将大为下降。所以，A/O工艺中硝化最佳pH值为8.0~8.4，反硝化最佳pH值为6.5~7.5。(3)温度：A/O工艺中硝化反应的适宜温度是20~30℃，15℃以下时，硝化速度下降，5℃时完全停止；反硝化反应的适宜温度是20~40℃，低于15℃时，反硝化菌的增殖速率降低，代谢速率也降低，从而降低了反硝化速率。大多数污水厂的生化池都是露天建设的，在北方，夏天的温度在20~40℃范围内变化，对硝化及反硝化过程都比较适合，而冬季的温度则比较低，所以处理效率不如夏季处理效果好。在冬季低温季节，为了保持一定的反应速率，应考虑提高反应系统的污泥龄（生物固体平均停留时间）：污泥龄的长短可以通过排放剩余污泥量来进行控制；提高污水的停留时间：污泥回流比控制的低些，可以延长污水在曝气池内的停留时间；降低负荷率：混合液回流比控制的高些，就可以降低污泥负荷率了；(4)原污水总氮浓度TN：由于在硝化反应过程中每去除1mg氨氮就需要8.6mg的无机HCO3-，故必须为硝化反应提供相应的无机碳源以满足硝化细菌的代谢需求。在实际水处理过程中，当氨氮含量较高时，无机碳的浓度往往不能满足微生物的需求，从而限制了硝化反应的进行和脱氮效率。也即A/O工艺过高的总氮浓度会抑制硝化反应，所以要求原污水总氮浓度TN＜30mg/L。(5)食微比（F/M）：F值比作食物，M值比作微生物，即MLSS，是活性污泥浓度的意思，就是活性污泥存在的数量。食微比（F/M）实际应用中是以BOD—污泥负荷率（Ns）来表示的。)]/()[/(5dkgMLSSkgBODXVQLNas式中Q——污水流量（m3/d）;V——曝气容积（m3）;X——混合液悬浮固体（MLSS）浓度（mg/L）;La——进水有机物（BOD）浓度（mg/L）。公式本身所表达的含义是：在一天内进入处理系统的有机物量与已有的活性污泥量的比值关系。A/O工艺中最佳食微比为0.2~0.4kgBOD5/(kgMLSS·d)。食微比过低，相应的活性污泥浓度处在一个过剩的范围内，这部分过剩的活性污泥越多，消耗额外的溶解氧就越多了，以致曝气消耗增大。食微比过高，活性污泥浓度过快下降。如何控制合理的排泥，将食微比控制在合理的范围内，就需要积累排泥的经验数据，特别是不同活性污泥浓度情况下的排泥情况。喀左污水厂根据沉降比以及出水情况改变污泥回流量及混合液回流量控制着活性污泥浓度。(6)溶解氧（DO）：活性污泥法工艺的微生物皆以耗氧菌为主体，缺乏溶解氧的时候首先影响的是处理效率，更甚者会对整个活性污污泥系统产生抑制，使恢复周期延长；而过度的溶解氧也会影响出水水质。就其控制而言就显得尤为重要。氧是硝化反应过程中的电子受体，反应器内溶解氧高低，必将影响硝化反应的过程，在进行硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不能低于1mg/L。反硝化菌是异养兼性厌氧菌，只有在无分子氧而同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，它们才能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。如反应器内溶解氧较高，将使反硝化菌利用氧进行呼吸，抑制反硝化菌体内硝酸盐还原酶的合成，或者氧成为电子受体，阻碍硝酸氮的还原。但是，另一方面，在反硝化菌体内某些酶系统组分只有在有氧条件下，才能合成，这样，反硝化菌以在厌氧、好氧交替的环境中生活为宜，溶解氧应控制在0.5mg/L以下。所以，A/O工艺中的溶解氧控制要求O段大于1mg/L；A段小于0.5mg/L。喀左污水厂溶解氧的监控测点位置有4个，分别在A段和O段首末端，每天每两个小时在线监测一次，这样能够准确及时地掌握溶解氧变化，来判断污水处理效果好坏，以便适时作出调整。(7)活性污泥浓度（MLSS）：活性污泥浓度是曝气池（生化池）出口端混合液悬浮固体的含量，单位是mg/L，它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标，包括：①活性微生物；②吸附在活性污泥上不能为生物降解的有机物；③微生物自身氧化的残留物；④无机物。这四者包括了M.LSS的总量，实际操作中常以它作为相对计量活性污泥微生物量的指标。A/O工艺污泥浓度一般要求大于3000mg/L，否则脱氮效率下降。(8)沉降比（SV30%）：取曝气池末端混合液100mL于100mL的量筒中，静止30min后，沉淀的活性污泥体积占整个混合液的体积比例即为活性污泥的沉降比。沉降比作为现场监测活性污泥系统运行状况最简易、有效的方法，此控制指标对整个活性污泥系统故障的及早发现具有重要的参考价值，可以说活性污泥沉降比是所有操作控制指标中最具操作参考意义的。SV30%的正常范围是15~30%，低于15%，说明活性污泥浓度过低，需要增加回流比，高于30%，说明活性污泥浓度过高，需要减小回流比。(9)污泥容积指数（SVI）：活性污泥容积指数是指在曝气池末端去悬浮固体混合液倒入1000mL量筒中，静止30min，1g活性污泥干污泥所占的容积。SVI=SV30/MLSS因为活性污泥浓度的人为可控性好，而活性污泥沉降性人为可控性差，所以，SVI值只是活性污泥松散性型的表现指标，不具备对活性污泥直接调整的操作性。(10)污泥龄：污泥龄是指曝气池中工作的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥的比值，在稳定运行时，剩余污泥量就是新增长的活性污泥量。因此污泥龄也是新增长的活性污泥在曝气池中的平均停留时间，或者理解为活性污泥总量增长一倍所需要的时间。就活性污泥主体的微生物而言，其生命周期也是存在的，在不断地增殖、死亡交替过程中，也完成了对有机污染物的去除。污泥龄是一个非常重要的控制指标。硝化细菌的增值速度较慢，世代时间较长，培养硝化细菌需要足够长的污泥龄，为了使硝化反应充分进行，硝化细菌在曝气池的停留时间（即污泥龄）就应不小于其世代时间，在实际工程设计中，考虑到负荷等因素的变化，A/O工艺中污泥龄应达到15d以上。污泥龄与曝气池相关参数的关系可以用下式表示：污泥龄（t）QXVX2124式中V——曝气池容积m；X1——曝气池混合液悬浮固体（MLSS）浓度（mg/L）；X2——回流活性污泥混合液悬浮固体（MLSS）浓度（mg/L）；Q——废弃活性污泥（排泥）流量m3/h；24——计算值为小时，换算为天。以上公式中，如果确定了要控制的污泥龄就可以方便的推算出废弃活性污泥时排泥的流量了。这里特别要注意MLSS值，作为回流活性污泥的浓度，理论上总比曝气池混合液的活性污泥浓度要高，通常要高出一倍以上，如果低于一倍的浓度，就应该检查活性污泥是否过于松散了。(11)活性污泥回流比r（%）：把回流的活性污泥混合液流量与进入曝气池首端的污水流量的比值称为活性污泥回流比，单位是“%”。活性污泥回流是指流入二沉池的沉降活性污泥需要重新抽升到曝气池首端，与在曝气池首端入流的污水进行混合，以达到吸附降解有机物的目的。活性污泥的回流是用于补充曝气池活性污泥的浓度，在整个曝气池范围内达到首末段的活性污泥循环流动和降解。(12)混合液回流比：混合液回流比是指混合液回流量与入流污水量之比，一般用R表示。混合液回流比不仅影响脱氮效率，而且影响动力消耗。脱氮率（η—TN去除率）与混合液回流比（R）间存在下列关系：1R据某资料对A/O系统的脱氮率与回流比的关系也用下式表示：%100RrQRr式中：η—TN去除率（%）；r,R—分别为沉淀池污泥回流比及硝化混合液回流比；Q—原污水进水流量。一般，R≤50%，脱氮效率η很低；R＜200%，η随R的上升而显著上升；当R＞200%后，η上升比较缓慢，一般混合液回流比控制在200%~400%。表4混合液回流比对脱氮效率的影响项目R/%50100200300400500600700800900脱氮效率η/%33.35066.7758083.38587.588.890