城市污水处理厂出水氮磷超标因素分析及对策

环保生物技术52生物技术世界2012年第3期城市污水处理厂出水氮磷超标因素分析及对策苏君博1赵凯2李国兵31.中国市政工程西北设计研究院有限公司北京1000372.珠海水务集团有限公司广东珠海5190003.北方工程设计研究院有限公司河北石家庄050011【摘要】脱氮除磷工艺越来越多的应用到城市污水处理厂当中，但是在实际运行过程中，出水氮磷含量超标的情况常常困扰着水厂的工作人员。因此，厘清脱氮除磷工艺的重要参数并加以控制，能够很好的保证系统的正常运行，出水氮磷含量达标。【关键词】城市污水处理厂；脱氮除磷；含量超标；对策分析1概述近年来污水处理的主要工艺已发生变化，从常规二级处理逐渐变为重视脱氮除磷的深度处理上来。但是在实际运行过程中，由于工艺复杂性及参数的变化性，导致常常出水氮磷含量超标，影响着水厂的运行。因此，厘清脱氮除磷工艺的重要参数并加以控制，能够很好的保证系统的正常运行。2污水氮含量超标原因及控制方法2.1氨氮超标2.1.1污泥负荷与污泥龄生物硝化属低负荷工艺，F/M一般在0.05～0.15kgBOD/kgMLVSS•d。负荷越低，硝化进行得越充分，NH3-N向NO3--N转化的效率就越高。与低负荷相对应，生物硝化系统的SRT一般较长，因为硝化细菌世代周期较长，若生物系统的污泥停留时间过短，污泥浓度较低时，硝化细菌就培养不起来，也就得不到硝化效果。SRT控制在多少，取决于温度等因素。对于以脱氮为主要目的生物系统，通常SRT可取11～23d。2.1.2回流比与水力停留时间生物硝化系统的回流比一般较传统活性污泥工艺大，主要是因为生物硝化系统的活性污泥混合液中已含有大量的硝酸盐，若回流比太小，活性污泥在二沉池的停留时间就较长，容易产生反硝化，导致污泥上浮。通常回流比控制在50～100％。生物硝化曝气池的水力停留时间也较活性污泥工艺长，至少应在8h以上。这主要是因为硝化速率较有机污染物的去除率低得多，因而需要更长的反应时间。2.1.3BOD5/TKNBOD5/TKN越大，活性污泥中硝化细菌所占的比例越小，硝化速率就越小，在同样运行条件下硝化效率就越低；反之，BOD5/TKN越小，硝化效率越高。很多城市污水处理厂的运行实践发现，BOD5/TKN值最佳范围为2～3左右。2.1.4溶解氧硝化细菌为专性好氧菌，无氧时即停止生命活动，且硝化细菌的摄氧速率较分解有机物的细菌低得多，如果不保持充足的氧量，硝化细菌将“争夺”不到所需要的氧。因此，需保持生物池好氧区的溶解氧在2mg/L以上，特殊情况下溶解氧含量还需提高。2.1.5温度与pH硝化细菌对温度的变化也很敏感，当污水温度低于15℃时，硝化速率会明显下降，当污水温度低于5℃时，其生理活动会完全停止。因此，冬季时污水处理厂特别是北方地区的污水处理厂出水氨氮超标的现象较为明显。硝化细菌对pH反应很敏感，在pH为8～9的范围内，其生物活性最强，当pH＜6.0或＞9.6时，硝化菌的生物活性将受到抑制并趋于停止。因此，应尽量控制生物硝化系统的混合液pH大于7.0。2.2总氮超标2.2.1污泥负荷与污泥龄由于生物硝化是生物反硝化的前提，只有良好的硝化，才能获得高效而稳定的的反硝化。因而，脱氮系统也必须采用低负荷或超低负荷，并采用高污泥龄。2.2.2内、外回流比生物反硝化系统外回流比较单纯生物硝化系统要小些，这主要是入流污水中氮绝大部分已被脱去，二沉池中NO3--N浓度不高。另一方面，反硝化系统污泥沉速较快，在保证要求回流污泥浓度的前提下，可以降低回流比，以便延长污水在曝气池内的停留时间。运行良好的污水处理厂，外回流比可控制在50%以下。而内回流比一般控制在300～500%之间。2.2.3缺氧区溶解氧对反硝化来说，希望DO尽量低，最好是零，这样反硝化细菌可以“全力”进行反硝化，提高脱氮效率。但从污水处理厂的实际运营情况来看，要把缺氧区的DO控制在0.5mg/L以下，还是有困难的，因此也就影响了生物反硝化的过程，进而影响出水总氮指标。2.2.4BOD5/TKN反硝化细菌是在分解有机物的过程中进行反硝化脱氮的，所以进入缺氧区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。由于目前许多污水处理厂配套管网建设滞后，进厂BOD5低于设计值，而氮、磷等指标则相当于或高于设计值，使得进水碳源无法满足反硝化对碳源的需求，也导致了出水总氮超标的情况时有发生。2.2.5温度与pH反硝化细菌对温度变化虽不如硝化细菌那么敏感，但反硝化效果也会随温度变化而变化。温度越高，反硝化速率越高，在30～35℃时，反硝化速率增至最大。当低于15℃时，反硝化速率将明显降低，至5℃时，反硝化将趋于停止。反硝化细菌对pH变化不如硝化细菌敏感，在pH为6～9的范围内，均能进行正常的生理代谢，但生物反硝化的最佳pH范围为6.5～8.0。3污水生物除磷总磷超标原因及对策3.1污泥负荷与污泥龄厌氧-好氧生物除磷工艺是一种高F/M低SRT系统。当F/M较高，SRT较低时，剩余污泥排放量也就较多。因而，在污泥含磷量一定的条件下，除磷量也就越多，除磷效果越好。对于以除磷为主要目的生物系统，通常F/M为0.4～0.7kgBOD5/kgMLSS•d，SRT为(下转第54页）环保生物技术54生物技术世界2012年第3期3.5～7d。但是，SRT也不能太低，必须以保证BOD5的有效去除为前提。3.2BOD5/TP要保证除磷效果，应控制进入厌氧区的污水中BOD5/TP大于20。由于聚磷酸菌属不动菌属，其生理活动较弱，只能摄取有机物中极易分解的部分。因此，进水中应保证BOD5的含量，确保聚磷酸菌正常的生理代谢。但许多城市污水处理厂实际进水存在碳源偏低，氮、磷等浓度较高等现象，导致BOD5/TP值无法满足生物除磷的需要，影响了生物除磷的效果。3.3溶解氧厌氧区应保持严格厌氧状态，即溶解氧低于0.2mg/L，此时聚磷菌才能进行磷的有效释放，以保证后续处理效果。而好氧区的溶解氧需保持在2.0mg/L以上，聚磷菌才能有效吸磷。因此，对于厌氧区和好氧区溶解氧的控制不当，将会极大影响生物除磷的效果。3.4回流比与水力停留时间厌氧-好氧除磷系统的的回流比不宜太低，应保持足够的回流比，防止聚磷菌在二沉池内遇到厌氧环境发生磷的释放。在保证快速排泥的前提下，应尽量降低回流比，以免缩短污泥在厌氧区的实际停留时间，影响磷的释放。在厌氧-好氧除磷系统中，若污泥沉降性能良好，则回流比在50～70%范围内，即可保证快速排泥。污水在厌氧区的水力停留时间一般在1.5～2.0h的范围内。停留时间太短，一是不能保证磷的有效释放，二是污泥中的兼性酸化菌不能充分地将污水中的大分子有机物分解成低级脂肪酸，以供聚磷菌摄取，从而影响磷的释放。污水在好氧区的停留时间一般在4～6h，这样即可保证磷的充分吸收。3.5pH低pH有利于磷的释放，高pH有利于磷的吸收，而除磷效果是磷释放和吸收的综合。因此在生物除磷系统中，宜将混合液的pH控制在6.5～8.0的范围内。素少，氮素养料相对过剩，超过微生物所需要的氮，细菌就会将其转化为氨态氮而挥发掉，导致氮元素大量损失而降低肥效。3.3对堆肥温度的影响在堆肥化过程中，C／N比也是影响堆肥温度的因素之一。C／N比小，温度上升快，但堆层达到最高温度低；C／N比大，堆层达到最高温度高，但温度上升慢。生活垃圾在堆肥过程要保持一定的碳氮比。通常分解有机废物的微生物，其生长繁殖过程每利用30份碳就需要1份氮。据此，一次发酵适宜的C／N比定为（25～35）：l，以35：l为佳。C／N比过低或过高都不利于嗜氧菌的生长繁殖，难以达到稳定的最佳堆肥。一般城市主活垃圾的C/N比在50～80。进行堆肥化处理时，需加入一定的含碳、氮元素的添料对C/N比进行调整，以加快堆肥过程和提高堆肥质量，如果垃圾中的C/N比过高，可加含氮垃圾或污泥进行调节，粪水是理想的成份调节剂；如果垃圾中的C/N比过低，则要添加含碳废物进行调节，碳主要来自生活垃圾中的蔬菜、废纸、烂布、草和木屑之类。各堆肥原料的C/N比为：锯末屑300～1000、秸杆70～100、垃圾50～80；人粪便6～10；牛粪8～26；猪粪7～15；鸡粪5～10；下水生污泥5～15；活性污泥5～8。较大，选择价廉，易得的填料也是需要考虑的一个重要因子。3.2填料的种类生物滴滤常用的填料都是一些惰性材料。从天然的卵石、粗碎石、木炭到人工合成的陶粒、陶瓷、聚丙烯小球、塑料、不锈钢、APC微粒、炭素纤维、海绵等品种繁多。目前应用于生物滴滤塔中的填料主要有以下几种。3.2.1陶粒陶粒是由人工用粘土烧制而成，其形状是不规则的球形实体，内部或外部有大量微小的孔隙，其具有较大的比表面积，孔隙率高吸附性大，造价低，但气阻大，容易形成壁流，填料的中央易产生厌氧区。3.2.2拉西环常用的拉西环为外径与高度相等的圆环，在强度允许的条件下，壁厚应尽量薄，以提高空隙率及降低堆积密度。为了增加强度可以在环内增加隔板形成θ环和十字格环，其优点是，形状简单易成型，但与其它填料相比，气体阻力大，通量小，沟流、壁流严重。3.2.3鲍尔环在普通拉西环侧壁上开有两排方形窗孔，开孔时只断开四边形中的三条边，另一边保留，使被切开的环壁呈舌状穹入环内，这些舌片在环中心几乎对接起来，这样可以使气、液进入环内，使气体阻力大为降低，液体分布可以改善，但与拉西环一样，具有比表面积小，空隙率低，不易挂膜等缺点。3.2.4阶梯环环高是直径的5/8，且一端向外翻喇叭口，这种填料孔隙率大，而且填料个体之间呈点接触，可以使液膜不断更新，具有压降小，传质效率高等特点。3.2.5塑料多孔球形填料该填料的外部轮廓为球形，由纵横交错的几个大小不等的圆或半圆形成球，中间有填充物，以增加比表面积有利于挂膜，特点是质轻，强度大，不易老化，并且比表面积和空隙率容易协调，水流、气流通畅。3.2.6活性炭该填料是一种新型开发填料，有巨大的比表面积，对臭气有很大的吸附量，对微生物也极易固定，但造价昂贵，气阻大且易发生堵塞。除上述填料外，还有以固定化生物颗粒作填料作为脱臭填料。也有将粉末活性炭熔到PVA粒子表面，作为生物填充塔的填料，将去除不同臭气的微生物分到不同的区域，最大限度发挥了每一类群微生物的代谢活动，这一处理系统可以很好的满足对住宅区内的臭味控制。(上接第51页）(上接第52页）