蘇州某污水處理廠硝化和反硝化速率特征

徐 超，管祥雄，劉洪波

(1.蘇州工業園區清源華衍水務有限公司，江蘇蘇州 215021；2.上海理工大學環境與建筑學院，上海 200093)

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反硝化速率[11]的測定對于城市污水處理廠生化反應池缺氧區及缺氧選擇池的設計具有十分重要的意義。利用測定的反硝化速率，可更加合理地確定生物反應池的水力停留時間，使其既能滿足反硝化反應的充分進行，又不至于停留時間過長。因此，如果能夠通過試驗分析不同水質條件下硝化、反硝化反應速率，將硝化、反硝化速率測定與生產相結合，實現污水生化系統水質預警監測，以此增加生化處理系統穩定性和抗沖擊能力，提高污水廠生產精確控制能力。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗設計和數據獲取

選取蘇州工業園區第二污水處理廠中好氧池和缺氧池為研究對象，通過測定不同生物反應池池組的硝酸鹽濃度、氨氮濃度，計算硝化、反硝化速率，研究在不同水溫、進水濃度、水力負荷下的硝化、反硝化速率變化規律，積累試驗數據，指導生產實踐。試驗采用多參數自動在線監測儀，缺氧池監測點分布在5個區域，分別是缺氧段前段(初始濃度)、缺氧段前中段(厭氧第一階段a)、缺氧段中段(厭氧第二階段b)、缺氧段后中段(厭氧第三階段c)、缺氧段末端(厭氧第四階段d)；好氧池監測點也分布在5個區域，分別是好氧段前段(厭氧第一階段a)、好氧段前中段(好氧第二階段b)、好氧段中段(好氧第三階段c)、好氧段后中段(好氧第四階段d)、好氧段末端(好氧第五階段e)。監測時間為2016年6月～10月，選取6月、8月、10月月底的連續5 d共3組(每組的溫度差異在±1 ℃)，共計3組15 d的數據進行分析，數據為3個平行樣的平均值。

1.2 硝化速率與反硝化速率計算方法

污水反硝化速率計算如式(3)。

De=(ΔC×Q) /(Vi×MS)

(3)

Q—進水流量，m3/h；

Vi—對應的缺氧段池容積，m3；

MS—揮發性污泥濃度MLVSS，g/L。

2 結果和討論

2.1 缺氧段沿程

2.1.1 硝酸鹽含量變化

圖1 實際生產過程中不同時間缺氧段沿程硝酸鹽含量Fig.1 Nitrate Concentration along Anoxic Section at Different Times in Actual Production Process

2.1.2 反硝化速率變化

圖2 實際生產過程中不同時間缺氧段沿程反硝化速率Fig.2 Denitrification Rate along Anoxic Section at Different Times in Actual Production Process

2.1.3 溫度的影響

本次試驗時間為6月、8月、10月，水溫在24～30 ℃。由圖3可知，8月的水溫最高，反硝化速率相對較低，與理論不符，但也恰恰說明了實際生產過程中由于反硝化速度較快，化驗水樣數據相對偏小，說明溫度對反硝化速率有一定的影響[15]。

圖3 實際生產過程中不同時間缺氧段沿程反硝化速率與溫度的關系Fig.3 Relationship between Denitrification Rate and Temperature along Anoxic Section at Different Times in Actual Production Process

2.2 好氧段沿程

2.2.1 硝酸鹽含量變化

圖4 實際生產過程不同時間好氧段沿程硝酸鹽含量Fig.4 Nitrate Concentration along Aerobic Section at Different Times in Actual Production Process

由圖5可知，氨氮進入好氧池后，由于硝化作用的開始，氨氮從5 mg/L逐漸減小，到好氧段中段又逐漸放緩，這與硝酸鹽的變化相反，這也反映了實際生產過程中含氮物質的轉換過程。

圖5 實際生產過程中好氧段沿程硝酸鹽和氨氮含量變化Fig.5 Variation of Nitrate and Ammonia Nitrogen Concentration along Aerobic Section in Actual Production Process

2.2.2 硝化速率變化

圖6 實際生產過程中不同時間好氧段沿程硝化速率Fig.6 Nitrification Rate along Aerobic Section at Different Times in Actual Production Process

2.2.3 溫度的影響

圖7 實際生產過程中不同時間好氧段沿程硝化速率與溫度的關系Fig.7 Relationship between Nitrification Rate and Temperature along Anoxic Section at Different Times in Actual Production Process

3 結論

(1)反硝化過程中存在3個速率明顯不同的反硝化階段，且隨著反應時間的延長，反硝化速率逐漸降低。第一階段反硝化速率最大、最快，其他階段依次次之。結合好氧段前段硝酸鹽的繼續衰減，可能是反硝化的時間不夠，想要反硝化徹底，特別是在溫度較低的情況下，活性污泥處理效果較差，需延長缺氧段的時間，以便徹底地進行反硝化，避免硝酸鹽在活性污泥系統中累積。

(2)由硝化速率曲線圖可知，該廠的好氧段硝化作用充分，說明好氧區停留時間長，結合反硝化速率可能存在的時間不足，可以在好氧段前段設置切換區，在硝化不足時，進行切換，延長反硝化停留時間，確保充分反硝化。

(3)在硝化階段，溶解氧作為電子受體，其溶度高低直接影響污水中含氮化合物的處理效果，一般將硝化反應的DO控制在2.0～3.0 mg/L，大部分硝化菌在活性污泥絮體的內部，溶解氧濃度的增加將提高溶解氧對生物絮體的穿透力，因此可提高硝化反應速率。另外，曝氣池中溶解氧過低，易發生污泥缺氧，甚至厭氧，導致污泥膨脹，甚至整個系統處理效果下降；曝氣池溶解氧也不宜過高，過大的曝氣量會導致活性污泥變得松散，菌膠團的表面會附著細小氣泡使污泥上浮到液面，嚴重的則會導致液面產生大量浮渣。