A2 /O工藝法的參數(shù)優(yōu)化

張明明 李靜 李一兵

摘要 采用A2/O工藝處理某城市工業(yè)園區(qū)污水，研究該工藝對COD、TN、NH3-N、TP的去除效果，并考察污泥回流比和污泥齡對系統(tǒng)處理效果的影響。研究表明，當(dāng)污泥回流比在70%，污泥齡在15 d時，水中有機(jī)污染物去除效果最佳，其COD的平均去除率分別為74.13%與90.03%、TN的平均去除率分別為74.13%與77.69%、NH3-N的平均去除率分別為90.52%與91.29%、TP的平均去除率分別為85.95%與82.03%。

關(guān) 鍵 詞 A2/O污水處理工藝；污泥回流比；污泥齡；有機(jī)物去除；脫氮除磷

中圖分類號 X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

某城區(qū)的市政污水包含該城區(qū)物流園、工業(yè)園區(qū)的生活和工業(yè)污廢水，這些污廢水成分復(fù)雜，氮磷含量較高，難降解物質(zhì)含量高。為降低對環(huán)境的污染，急需將該污廢水處理達(dá)標(biāo)后排放。

A2/O污水處理工藝主要利用好氧池的硝化反應(yīng)和缺氧池的反硝化作用完成脫氮，利用厭氧池的釋磷作用和好氧池的攝磷作用完成除磷[1-2]。該工藝具有運(yùn)行過程簡單，費(fèi)用較低，可同步脫氮除磷的特點(diǎn)[3-5]。但A2/O工藝中COD、TN、NH3-N、TP的去除主要依靠微生物的作用，而污泥回流比和污泥齡對微生物的種群和數(shù)量分布有明顯的影響[6-7]，進(jìn)而影響污染物的去除效果。

本實(shí)驗(yàn)通過改變污泥回流比與污泥齡，研究二者對A2/O工藝處理效果的影響，探討工藝中的反應(yīng)機(jī)理，尋找適合該污水水質(zhì)的污泥回流比和污泥齡，從而為該類污水的進(jìn)一步生產(chǎn)化處理提供一定的理論指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 工藝流程及方法

1.1.1 工藝流程

圖1為污水處理工藝流程圖。工藝由厭氧反應(yīng)器、缺氧反應(yīng)器、好氧反應(yīng)器和二沉池組成。其中，缺氧反應(yīng)器及厭氧反應(yīng)器的容積各位13.5 L，好氧反應(yīng)器的容積為21 L，二沉池的容積為35 L。

1.1.2 分析方法

采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法對污水COD、NH3-N、TN、TP等水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析[8]。

1.1.3 實(shí)驗(yàn)用水

本實(shí)驗(yàn)用水取自污水處理廠的污水進(jìn)水口，實(shí)驗(yàn)歷時15 d，溫度控制在15 ～ 25 ℃之間。污水水質(zhì)如表1。

2 結(jié)果與討論

2.1 污泥回流比對于A2/O工藝效能分析

首先，控制污泥齡為15 d，探究不同污泥回流比對A2/O工藝效能的影響。如圖2所示，當(dāng)污泥回流比控制在60%、70%、80% 這3種情況下，隨著污泥回流比的增加，COD的去除率略有增加，但基本穩(wěn)定在88.4%左右。隨著污泥回流比從60%增加到80%的過程中，NH3-N和TN的平均去除率依次為86.06%、90.52%、94.88%和71.86%，74.13%，75.36%，去除率均隨污泥回流比的增加而增加。而對于TP，其平均去除率在污泥回流比為60%、70%、80%時分別為89.98%、85.95%、84.24%，去除效果逐漸降低。

生物處理系統(tǒng)中，污水COD的去除主要通過微生物的吸附和降解作用共同完成。增加污泥回流比使得污泥濃度增加[9]，微生物種類增多，從而提高COD的去除效果。但當(dāng)污泥回流比在60%～80%變化時，水中大部分易降解的有機(jī)成分已被微生物消耗，因此，再增加污泥回流比僅能使COD去除率略有增加。

NH3-N的去除主要依靠在好氧區(qū)內(nèi)的硝化作用，反應(yīng)器中硝化細(xì)菌數(shù)量會隨著污泥回流比的增大而增多，加強(qiáng)了好氧區(qū)的硝化作用，提高NH3-N去除率[10]；進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的硝酸鹽量增多，促進(jìn)反硝化作用，提高TN的去除率[11]。但隨著污泥回流比的進(jìn)一步增大，回流污泥將部分溶解氧帶進(jìn)了厭氧區(qū)和缺氧區(qū)[12]，反硝化細(xì)菌活性受到抑制，使得TN的去除率增長放緩。

同時，厭氧區(qū)NO3-N濃度增加，反硝化細(xì)菌數(shù)量增多[13]，使得厭氧區(qū)的聚磷菌在反硝化細(xì)菌競爭中，逐漸處于劣勢，抑制厭氧環(huán)境中磷的釋放，導(dǎo)致后續(xù)好氧環(huán)境中磷的吸收不徹底，使得TP的去除率下降[14]。

2.2 污泥齡（SRT）對于A2/O工藝效能分析

接下來，控制污泥回流比為70%，探究不同污泥齡對A2/O工藝效能的影響。

2.2.1 SRT對于COD去除效能分析

如圖3所示，在SRT為5 d 、15 d、25 d時，COD的平均去除率分別為89.6%、90.03%、89.1%，出水COD分別為73.38 mg/L、65 mg/L、 71.2 mg/L，COD去除效果基本穩(wěn)定。

雖然COD的平均去除率較穩(wěn)定，但根據(jù)物料守恒方法統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，不同的SRT對于各階段COD的去除效果有明顯的影響。

如圖4所示，在厭氧區(qū)，隨著SRT由5 d增加到25 d時，COD的平均去除率由75.3%增大到90.09%，在缺氧區(qū)，隨著污泥齡由5 d增加到25 d時，COD的平均去除率由10.23%降低到2.97%，在好氧區(qū)，隨著污泥齡的增加COD去除率基本穩(wěn)定在6.83%。由此可看出： COD的去除主要發(fā)生在厭氧階段[15]。這可能是因?yàn)楫?dāng)污泥齡較短時，微生物不適應(yīng)環(huán)境，造成部分有機(jī)物不能在厭氧區(qū)完全被分解利用，而在缺氧區(qū)被消耗，隨著污泥齡的增加，微生物逐漸適應(yīng)環(huán)境[16]，活性增強(qiáng)，COD在厭氧區(qū)的去除效果增強(qiáng)，缺氧區(qū)的有機(jī)負(fù)荷濃度降低，去除效果下降。

2.2.2 SRT對于TN、NH3-N去除效能分析

如圖5所示，當(dāng)污泥齡為5 d、15 d、25 d時，TN的平均去除率分別為63.52%、77.69%、69.01%，NH3-N的平均去除率分別為90.53%、91.29%、91.87%。隨著污泥齡的增加，NH3-N的去除效果略有增加，TN的去除效果則呈現(xiàn)出現(xiàn)增加后降低的趨勢。當(dāng)污泥齡自5 d增大至15 d時，硝化細(xì)菌逐步成為好氧池中的優(yōu)勢菌種，硝化作用效率得以提升，NH3-N的去除效果隨污泥齡的增加而增強(qiáng)，生成的硝態(tài)氮通過回流進(jìn)入?yún)捬醵危訌?qiáng)反硝化進(jìn)程，不斷將硝態(tài)氮還原為氮?dú)猓沟肨N的去除效率不斷增加[17]。但當(dāng)污泥齡自15 d增加時，由于污泥齡過長，系統(tǒng)中污泥濃度逐漸升高，污泥負(fù)荷逐漸降低，水中碳源不足，抑制硝化、反硝化細(xì)菌的生長，使得NH3-N的去除率增加放緩，TN的去除效率下降[18]。

2.2.3 污泥齡對于TP去除效能分析

如圖6所示，當(dāng)污泥齡為5 d時，TP的平均去除率為65.97%，當(dāng)污泥齡為15 d時，TP的平均去除率為82.03%，當(dāng)污泥齡為25 d時，TP的平均去除率為60.69%。當(dāng)污泥齡在5 ～ 25 d之間增加時，TP的去除率呈現(xiàn)出先增加后下降的趨勢。當(dāng)污泥齡在5 ～ 15 d之間不斷增大時，大部分有機(jī)物在厭氧池中被去除，使得聚磷菌能更好的利用水中碳源合成自身物質(zhì)，產(chǎn)生較多的PHAs，為后續(xù)好氧區(qū)微生物吸磷提供條件，使得TP的去除率升高[19-20]。但污泥齡的進(jìn)一步增加使好氧區(qū)污泥內(nèi)微生物競爭加劇，聚磷菌逐步處于不利地位，抑制好氧區(qū)的聚磷[21]，同時二沉池中微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)減少，部分微生物出現(xiàn)無效釋磷現(xiàn)象，這些磷并沒有在好氧區(qū)伴隨著PHAs的利用而被吸收，使得TP的去除率下降[22]。

3 結(jié)論

1）A2/O工藝的COD去除率在整個過程中基本維持穩(wěn)定，污泥回流比從60%增大到80%，污泥齡從5 d增大到25 d的過程中，水中可生物降解的有機(jī)物大多均在厭氧區(qū)被降解；厭氧區(qū)的COD去除率均隨污泥回流但污泥齡的增加而增加。

2）污泥回流比與污泥齡的增加均使得好氧區(qū)硝化細(xì)菌增多，增強(qiáng)TN與NH3-N的去除效果。但隨著污泥回流比的進(jìn)一步增加，水中的溶解氧含量增大，反硝化細(xì)菌活性受到抑制，從而使TN去除效果增加變緩。污泥齡增加，導(dǎo)致污水中碳源不足，硝化作用及反硝化作用效率下降，NH3-N去除效率增速放緩，TN去除效率下降。

3）當(dāng)污泥回流比在60%～80%增加時，厭氧區(qū)污水中NO3-N濃度增大，抑制聚磷菌在厭氧環(huán)境下磷的釋放和好氧環(huán)境下磷的聚合，使得TP的去除效果下降。

4）當(dāng)污泥齡在5 ～ 15 d之間增加時，厭氧環(huán)境下聚磷菌利用碳源合成自身物質(zhì)，為后續(xù)在好氧區(qū)聚磷提供條件，使得TP的去除率增加。污泥齡再持續(xù)增加時，好氧區(qū)內(nèi)聚磷菌逐漸處于劣勢，使得TP的去除率下降。

5）當(dāng)污泥回流比在60%～80%，污泥齡在5 ～ 25 d時，根據(jù)COD、TN、NH3-N、TP的去除效果可知最佳污泥回流比為70%，最佳污泥齡為15 d。

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[責(zé)任編輯 楊 屹]