多点进水的倒置AAO工艺处理低碳源城市合流污水

0引言倒置AAO工艺具有流程简洁、能耗低、运行稳定、抗冲击能力强的特点，对温度和不同CODCr负荷的适应性较强，具有较高去除有机物和脱氮除磷能力[1-2]。近年来，研究人员针对该工艺，利用数值仿真、中试试验、生产实践等，分析了中低温度、停止内回流、分点进水等影响，以及氮和磷在流程中的物料平衡[3-6]。对于典型城市污水，该工艺可用于新建城市污水厂，也可用于现有不具备脱氮除磷功能的城市污水处理厂的改建[7-9]。南方某城镇根据排水规划和减排要求，污水系统和配套的污水处理厂正逐步完善。某水质净化厂处理规模大，工业废水所占的比例较高，且为经过长距离运输后的合流污水特点，在处理工艺的选择方面，一方面需要根据现有的污水水质特点选择较为合适的污水处理工艺，另一方面升级改造处理工艺需要与原一级强化设施工艺流程相匹配。优化该水质净化厂工艺已成为当前工作重点之一，尤其是针对前期设计阶段中处理工艺流程的选择和参数优化。因此，针对该低碳源合流污水进行倒置AAO中试试验，分析处理效果，推荐较优工况和运行参数，为工艺设计提供支撑。1试验材料与方法1.1原水水质试验原水为城市合流污水，在管网中经过长距离运输，水质见表1。进水水质变化幅度较大，尤其是碳源。ρ（BOD5）/ρ（CODCr）较高,约0.39～0.48，生化性较好。进水有机物质量浓度相对较低，ρ（BOD5）多点进水的倒置AAO工艺处理低碳源城市合流污水张硕，邹伟国（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海200092）摘要：以多点进水倒置AAO工艺处理低碳源城市合流污水，考察处理效果，并选择最佳工况和工艺参数。结果表明：脱氮除磷效果较好，适合低碳源的城市污水处理；污泥回流比和内回流比不宜过大；出水NH3-N，TN，TP，SS和CODCr均满足GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级（B）排放标准，且稳定可靠；曝气区ρ（MLSS）约3.0mg/L，SVI在100mL/g左右，污泥沉降性能较好。关键词：倒置AAO工艺；脱氮除磷；低碳源污水；多点进水中图分类号：X7文献标识码：A文章编号：1674-4829(2014)01-0011-04StudyonPartedInfallReversedAAOProcessforTreatmentofMunicipalWastewaterwithLowCarbonSourceZHANGShuo，ZOUWei-guo（ShanghaiMunicipalEngineeringDesignInstitute(Group)Co.,Ltd.，Shanghai200092，China）Ａｂｓｔｒａｃｔ：PartedinfallreversedAAOprocesseswereappliedtotreatmunicipalwastewaterwithlowcarboncontents.Removalperformancewasinvestigatedandthedesirableoperationconditionsweredetermined.TheresultsindicatedthatreversedAAOprocesswithinfluentdistributionisrecommendedbywhichnitrogenandphosphoruscanberemovedmore.Thelargereturnedratiosofsludgeandthemixedliquidarenotadvisable.NH3-N，TN，TP，SSandCODＣrineffluentcanmeettherequiredemissionlimitsofthefirstclassinDischargestandardofpollutantsformunicipalwastewatertreatmentplant(GB18918—2002).MLSSisabout3.0mg/LandSVIis100mL/gwitheffectivesettlementfeatureofthesludge.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ReversedAAOprocess；Nitrogenandphosphorusremoval;Municipalwastewaterwithlowcarboncontents；Partedinfall收稿日期：2013-10-18基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2013ZX07314003）;上海市国际科技合作基金资助项目（11230705100）.作者简介：张硕(1979-)，男，山东淄博人，博士，高级工程师，主要从事水处理理论和技术研究。第27卷第1期２０14年2月环境科技ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．27No．1Feb．２０14环境科技２０14年2月均值仅95.48mg/L。连续取样时，ρ（BOD5）/ρ（TKN）多数情况下低于4，最低仅2.16，属于低碳源污水。进水TP较低，以溶解性为主。1.2试验装置试验装置见图1，进水流量0.5m3/h。实验装置由厌氧区、缺氧区、好氧区、二沉池组成，厌氧区分2格，总有效容积0.8m3。缺氧区2.5m3，好氧区4.5m3。二沉池平面尺寸为1.2m×1.2m。污泥回流按100%～200%计（采用转子流量计），混合液回流按100%～200%计（采用转子流量计）。空压机和微孔曝气盘组成供气系统。以螺杆泵提升回流污泥，管道泵提升回流混合液，进水流量以阀门和电磁流量计控制。1.3试验工况中试工况共4个，见表2。好氧区ρ（DO）约3～4mg/L，泥龄15d，缺氧区和好氧区分别进水0.25m3/h。1.4水质分析方法每个工况稳定后每隔1～3d取样分析。测试的水质指标主要包括：SS，CODCr，BOD5，NH3-N，NO3-N，TN，TP，DO，SV30和MLSS，测定方法采用《水和废水监测分析方法》（第4版）中的方法。2结果与分析2.1对CODCr的去除不同工况下的进出水CODCr质量浓度和去除率见图2。分析图2可知，CODCr去除效果较好，出水质量浓度稳定在40mg/L左右，平均去除率为77%，受运行模式、温度、内回流比和外回流比等影响不明显。这表明倒置AAO对CODCr去除具有较好的抗冲击负荷能力。2.2对N的去除不同工况下的NH3-N进、出水浓度和去除率见图3。由图3可知，倒置AAO对NH3-N具有较稳定的去除效果。中试期间，出水NH3-N浓度均未检出。这可能是由于泥龄和DO浓度等环境条件利于系统中的硝化反应。试验期间，各工况下的出水NO3-N变化见图4。由图4可知，出水NO3-N浓度受回流影响较明显。回流比较低时，增加内回流可显著降低出水的项目BOD5CODCrSSNH3-NTPTN质量浓度范围40.83～150.62104.20～331.6063.00～195.0011.10～27.721.30～6.6328.39～37.13平均值95.48219.79131.1420.083.1235.47表1原水水质mg·L－1图1试验装置进水调节池厌氧区缺氧区好氧区二沉池内回流外回流鼓风机出水工况1234水温/℃15～2023～2828～2931～32外回流比/％100100200100内回流比/％01001000表2运行工况图2CODCr去除效果进水出水去除率３５０３００２５０２００１５０１００５００１００８０６０４０２００１6111621263136取样次数去除率/%ρ(CODCr)/（mg·L-1）工况1234图3NH3-N去除效果进水出水去除率３０２５２０１５１０５０工况１２３４１２０１００８０６０４０２００１6111621263136取样次数去除率/%ρ(ＮＨ３－Ｎ)／（mg·L-1）---７６５４３２１０１234工况ρ(NO3-N)/（mg·L-1）图4出水NO3-N变化---12第27卷第1期-工况1234ρ进水/（mg·L－1）34.2836.7435.7933.18ρ出水/（mg·L－1）16.848.738.0510.36理论脱氮率/%5066.77550实际脱氮率/%50.8876.2477.5168.78表3TN去除效果图6TP去除效果进水出水去除率654321016111621263136工况1234100806040200ρ(TP)/（mg·L-1）取样次数去除率/%图7SS去除效果进水出水去除率25020015010050010080604020016111621263136取样次数工况1234去除率/%ρ(SS）/（mg·L-1）张硕等多点进水的倒置AAO工艺处理低碳源城市合流污水----NO3-N浓度，如工况2比工况1增加内回流100％后，出水NO3-N质量浓度降低约2.0mg/L。这是因为，在混合液及污泥回流比较低的情况下，增加内回流有利于增加回流到缺氧区的硝酸盐，促进系统的反硝化。污泥回流和内回流达到200%以上时，进一步提高回流比，出水NO3-N浓度减少不显著，这可能是由于进水碳源较少，有机物浓度较低，进一步增大内回流及外回流，对反硝化促进有限。例如，工况3比工况2外回流增加100％，出水NO3-N浓度变化不明显。2.3对TN的去除各个工况下的出水TN和脱氮率见表3。TN的去除结果表明，增加内回流可明显提高TN去除率。与无内回流的工况1相比，工况2脱氮率达76％以上，出水ρ（TN）多在15mg/L以下，达到排放要求。外回流过大时TN去除效果改善不显著，工况3出水TN和脱氮率与工况2相比无明显提高，却能耗增加，使更多硝酸盐进入缺氧池，可能影响TP的去除。表3中的实测脱氮率比理论脱氮率偏大，这是因为存在同步硝化反硝化或其他途径的脱氮[10]。低C/N下，好氧池存在反硝化。工况2氮形态沿程变化见图5，出水ρ（NO3-N）为4.3mg/L，曝气区中段NH3-N已未检出。同化去除ρ（NH3-N）约为5mg/L，ρ（TN）去除量为28.01mg/L，好氧池内反硝化除氮14.71mg/L，占TN去除量的52.5%。这表明DO和絮体结构等环境较合适[11]，存在较多高效好氧反硝化菌，具备好氧池内同时完成硝化反硝化。2.4对TP的去除试验期间，各工况下的TP去除效果见图6。分析图6可知，出水ρ（TP）大多低于1.0mg/L，去除率59%～89％，基本达到预期的排放要求。在脱氮效果较好的同时，除磷效果也较好，原因可能在于：倒置AAO采用分点进水后，碳源分配更加合理，一部分快速挥发性有机物直接用于P的释放；前置缺氧区，提高了反硝化区污泥浓度，经缺氧反硝化后，消除了DO和硝酸盐对后置厌氧段放磷的不利影响；外回流和内回流均至缺氧区，2者的污泥均参与缺氧、厌氧和好氧的全流程；厌氧区存在明显放磷，例如工况2的厌氧区ρ（TP）较缺氧区增加达3mg/L。因此，进水有机物浓度较低的条件下，倒置AAO利于增强P的去除。回流比对TP去除存在影响。减少混合液内回流，有利于磷的去除。例如工况1和工况4只考虑外回流，出水ρ（TP）在0.6mg/L左右，比其它工况出水TP略低，这是由于进水有机物浓度较低，增加内回流后，反硝化不充分，硝酸盐进入到厌氧池而影响聚磷细菌的释磷。增大外回流时，硝酸盐也可能带入厌氧区，影响P的去除，例如工况3厌氧区硝酸盐超过1mg/L，这说明反硝化容量有限，外回流不宜过大。2.5对SS的去除不同工况下的进出水SS和去除率见图7。图5工况2氮形态沿程变化403020100NH3-NNO3-NTN进水缺氧厌氧好氧中段好氧末段ρ/（mg·L-1）反应流程-13环境科技２０14年2月图8好氧区ρ（MLSS）和SVI4.03.53.02.52.01.51.00工况1234160140120100806040200SVI/（mL·g-1）ρ（MLSS）/（mg·L-1）16111621263136取样次数MLSSSVI由图7可知，二沉池出水ρ（SS）均低于20mg/L，多数情况下的SS去除率大于80％且较稳定。2.6MLSS和SVI试验期间，不同工况下好氧区