投加懸浮填料強化傳統活性污泥法的脫氮除磷試驗研究

何智權

（廣東亨利達環保科技有限公司 廣東惠州 516000）

摘 要：傳統活性污泥法生物脫氮除磷功能較差，對其進行強化試驗具有十分重要的意義。本文通過試驗，分析了投加懸浮填料對強化傳統活性污泥法脫氮除磷能力的影響，以其能為相關污水處理提供參考。

關鍵詞：懸浮填料；活性污泥法；脫氮除磷

0 引言

隨著我國社會經濟的快速發展，城市工業及生活污水問題日益突出，人們對污水處理也越來越重視。當前，我國對污水處理廠出水水質要求日益嚴格，許多污水處理廠亟需進行污水處理工藝的改進。而活性污泥法作為傳統的污水處理方式，對有機物的去除能力較高，但是其脫氮除磷能力較弱。基于此，本文通過試驗研究了投加懸浮填料對傳統活性污泥法脫氮除磷的強化作用。

1 材料與方法

1.1 試驗用水

試驗用水進水水質如表1所示。

1.2 試驗裝置

采用A、B兩套相同裝置進行平行試驗，有效容積為17.1m3，依次分為厭氧區（AP，1.5m3）、缺氧Ⅰ區（ANⅠ，2.8m3）、缺氧Ⅱ區（ANⅡ，2.8m3）、好氧Ⅰ區（OⅠ，3.5m3）、好氧Ⅱ區（OⅡ，3.5m3）、缺氧Ⅲ區（ANⅢ，2.0m3）、好氧Ⅲ區（OⅢ，1.0m3）。污水進入厭氧區；內回流點設置在OⅡ，硝化液回流至前置缺氧填料區（ANⅠ）；污泥從二沉池回流至厭氧區。系統A采用活性污泥法，模擬原廠工藝，各功能區HRT與原廠相同；泥膜復合系統（B）與系統A的池容及功能區劃分相同，但投加填料。

1.3 接種污泥與懸浮填料

接種污泥采用該污水廠生化池活性污泥，兩套裝置內初始污泥濃度均為4g/L。填料比表面積為500m2/m3。好氧區填料填充率為50%（OⅠ），缺氧區填料填充率為40%（ANⅠ及ANⅢ）。

1.4 試驗參數控制

內外回流比均為100%。系統A進水流量為0.8m3/h，污泥濃度為3.5～4.5g/L；系統B進水流量為1m3/h，污泥濃度為2.5～4g/L。兩套系統采用相同的控制方式（DO、碳源投加位置、投加量），所投碳源為工業級乙酸鈉。

1.5 水質分析方法

進出水常規指標均采用國標方法測定，硝酸鹽氮采用紫外分光光度法測定，pH值、DO采用HACH多參數分析儀測定。每日檢測水樣為24h混合樣。

懸浮填料的硝化速率測定方法如下：將填料從反應器取出后用蒸餾水洗凈，以防止殘留活性污泥，將填料投入20L反應器中，填充率為20%，加入蒸餾水，投加氯化銨（氨氮濃度約為60mg/L）和碳酸氫鈉后曝氣并開始計時，控制DO為2～4mg/L，每隔30min取水樣測定氨氮濃度。懸浮填料的反硝化速率測定方法如下：將填料從反應器取出后用蒸餾水洗凈，以防止殘留活性污泥，將填料投入20L反應器中，填充率為25%，加入原水，投加硝酸鉀（硝酸鹽氮濃度約為40mg/L）后攪拌并開始計時，每隔10min取樣測定硝酸鹽氮濃度。

2 結果與討論

2.1 泥膜復合系統的處理效果

泥膜復合系統對氨氮的去除效果如圖1所示。

Ⅰ-1階段為系統啟動及適應階段，采用較高的DO控制水平以利于生物膜培養。由于采用已掛膜的成熟懸浮填料，自啟動3d起，對氨氮的去除效果就穩定達到一級A標準，出水平均濃度為1.21mg/L。對照活性污泥系統同期出水氨氮的平均值為1.25mg/L。在Ⅰ-2階段降低系統DO至正常水平，這樣既有利于節能，同時還能防止影響反硝化。

由于進水碳源不足，出水TN濃度在前23d難以達標，因此在第24～55天投加碳源，投加量為2.7kg/d（相當于BOD為60mg/L），期間出水TN濃度始終穩定達標，且均值僅為8.72mg/L，而A系統的出水TN均值為17.35mg/L。第56～81天，嘗試優化碳源投加量（減半投加），期間出水TN濃度亦始終穩定達標，平均為10.72mg/L。自82d起停止投加碳源，系統出水TN濃度仍能穩定達標，且均值僅為10.73mg/L，而對照系統的出水TN平均為16.46mg/L。相比A系統，泥膜復合系統對TN的去除率由68.7%提高至82%，處理負荷提高超過40%。

整個運行期間，除33～34d碳源投加裝置發生故障，因投加量過大導致出水COD濃度超標外，其余均穩定達標，均值為27.96mg/L。

2.2 影響TN去除效果的主要因素

試驗中出水氨氮濃度較為穩定，出水TN主要是硝酸鹽氮，反硝化成為制約TN去除的主要因素。對于同時采用前置、后置反硝化工藝，污泥濃度、回流點DO及碳源投加量對TN去除效果影響較大。

2.2.1 污泥濃度

泥膜復合系統運行過程中，污泥濃度始終控制在2.5g/L以上，對階段Ⅱ～Ⅳ系統MLSS與TN去除率的相關性進行了分析，結果表明：當MLSS為<2.8、（2.8～3）、（3～3.2）、（3.2～3.4）、（3.4～3.6）、>3.6g/L時，對TN的去除率分別為81%、82%、83%、78%、74%、63%。可以看出，當污泥濃度在2.8～3.2g/L時，系統對TN的去除率最高；當污泥濃度>3.2g/L時，TN去除率隨著污泥濃度的增高而降低。分析原因，主要是污泥濃度升高降低了微生物對有機碳源的利用率。試驗過程中，進水碳源不足，外投碳源量按BOD=60mg/L投加（C/N值=4），即滿足15mg/L的TN反硝化需求。當污泥濃度增大時，污泥的內源呼吸作用較強，非反硝化途徑消耗的碳源增多，降低了反硝化可利用的碳源量，導致總氮去除效果下降。2.2.2 回流點溶解氧

系統在OⅠ段投加懸浮填料，并在其后設置了OⅡ段。OⅡ段并未投加懸浮填料，主要作為好氧與后置缺氧的過渡段，目的是氧化殘余氨氮，并降低系統溶解氧水平，為前置及后置反硝化創造良好條件。系統的DO值與TN去除率的關系如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著DO濃度的增大，TN去除率大致呈現由高至低、再升高再降低的規律。分析原因，主要是DO濃度較低時，能夠保證前置、后置反硝化的溶解氧條件，但較低的曝氣量使得泥水混合不充分，OⅡ段出現了污泥聚集的現象，回流污泥濃度降低，反而降低了對TN的去除效果。當DO>2mg/L時，一方面部分碳源被氧化消耗，碳源利用率降低，使得反硝化效果下降。另一方面，DO對反硝化菌的抑制作用影響了對TN的去除。當DO控制在1.2～1.6mg/L時，TN去除效果達到最佳，既保證了泥水混合均勻，同時也未對反硝化產生明顯抑制。研究表明，從提高污水脫氮效率和節能降耗角度考慮，在生活污水脫氮過程中將回流點的DO控制在1.5mg/L左右較為適宜。

2.2.3 碳源投加點及投加量

前置反硝化投加碳源階段，去除TN消耗的外投碳源C/N值為6.8；而后置反硝化投加碳源階段去除TN消耗的外投碳源C/N值僅為4.6，即后置反硝化的碳源利用效率更高。通過對污水廠的跟蹤監測表明，對于MBBR工藝，去除TN消耗的外投碳源C/N值一般在4～5，本試驗與之基本相同。因此從碳源利用角度分析，后置反硝化優于前置反硝化，可降低碳源投量，節約碳源投加費用。

2.3 懸浮填料的處理能力

2.3.1 填料的硝化性能

懸浮填料的初始硝化速率為2.22gN/（m3？h），31d時增至4.77gN/（m3？h），至第72天生物膜已基本成熟，硝化速率達到7.17gN/（m3？h）。之所以污水廠填料硝化速率較低，主要是其填料投加區域位于好氧池中后段，營養物質缺乏，生物膜并未得到充分培養，硝化速率較低；中試系統的填料投加區域靠前（OⅠ），緊隨缺氧段后，底物充足，運行31d后硝化速率翻倍，運行72d后生物膜可成熟，最終表面負荷達到了1.39gN/（m2？d），且溶解氧僅為2～4mg/L，略高于相同條件下MBBR工藝的表面負荷。

2.3.2 填料的反硝化啟動與性能

缺氧運行時懸浮填料不易掛膜，故試驗中并未采用新填料，而是采用已掛膜的硝化填料進行缺氧反硝化啟動。在測定初始反硝化速率時并未發生反硝化現象，且數據無規律性；至31d時出現了硝酸鹽氮的少許去除；至72d時，反硝化速率已達到0.1076gN/（m3·min），此時生物膜基本成熟；至120d時，反硝化速率略有增加，最終表面負荷達到1.28gN/（m2·d），略高于相同條件下MBBR工藝的表面負荷。

3 結論

上述試驗結果表明，投加懸浮填料，不僅能夠強化系統的硝化性能，對氨氮和TN的去處效果具有明顯的提高，而且總氮去除率及除磷能力也顯著提高，具有經濟、簡便、可行性高等特點。因此，在相關污水處理廠處理工藝改造中，可以通過投加懸浮填料的方式，強化傳統活性污泥法的脫氮除磷能力。

參考文獻：

[1]懸浮填料與生物膜工藝研究現狀與進展[J].田青，鮑曉博，吳端.江蘇科技信息.2014（08）

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