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A~2/O工艺脱氮除磷及其优化控制的研究

吴昌永  
【摘要】: A~2/O工艺(厌氧-缺氧-好氧)是一种在城市污水厂应用最为广泛的同步脱氮除磷工艺之一,其具有构造简单、总水力停留时间短且控制运行的复杂性小等优点。就目前来看,在没有更好的生物脱氮除磷工艺出现之前,国内将在较长的一段时期内,仍会以A~2/O工艺原理为主导来设计、修建各种规模的城市污水处理厂。 虽然A~2/O工艺已得到了广泛应用,但是其本身存在一些难以克服的内在矛盾,如基质竞争和污泥龄矛盾,使得脱氮和除磷关系无法均衡,处理效率难以提高。随着人们生活水平的提高和生活习惯的改变,我国城市污水水质也发生了相应变化,目前低C/N比污水在我国十分常见,碳源的缺乏会使得A~2/O工艺中的内在矛盾更加激化,A~2/O工艺原有的设计参数是否适合也值得探讨。基于此,本研究以连续流和序批试验结合的方式对A~2/O工艺脱氮除磷及其优化控制进行了系统研究。 通过维持好氧段平均DO浓度为4.0、3.0、2.0和1.0mg/L研究了DO对A~2/O工艺运行的影响,结果发现COD的去除基本不受DO浓度的影响,TN去除率随着DO浓度的降低逐渐提高,同时系统的SND率也会逐渐提高。若仅仅维持较高的脱氮效率,可使得A~2/O工艺在低DO条件下运行。DO浓度对生物除磷有着明显的影响,在DO浓度不低于1.0mg/L的时候,系统一直维持较高的生物除磷活性,而当DO浓度维持在1.0mg/L左右的时候,系统的除磷效率逐渐恶化,必须辅以化学除磷。综合来看,若维持A~2/O工艺有较高的脱氮除磷效率,好氧区的平均DO至少应为2.0mg/L。 碳源类型对A~2/O工艺脱氮除磷及其代谢过程有明显影响。乙酸和丙酸作为碳源的研究结果表明厌氧段的代谢符合选择性缩合理论。乙酸为碳源的时候糖原的含量和变化量较大,推测其代谢可能是能是ED和EMP的混合途径。碳源类型对生物脱氮的影响不大,但是对生物除磷及其过程变化有较大的影响。和乙酸相比,丙酸作为碳源时需要更少的曝气量(节省能量)、代谢过程中的能量循环及需求较小,且胞内物质的转化量小,反应过程更为平稳。 采用阿特拉津作为目标物质进行的有毒物质冲击试验研究表明,短时(3d)阿特拉津冲击(15、10、5mg/L)不会对A~2/O系统的有机物、脱氮和除磷效率产生明显影响,SOUR测定结果显示,不同种类的微生物对阿特拉津冲击的响应不同。异养菌的活性受到阿特拉津的影响较小,冲击前后的SOUR分别为5.74 mgO_2/g-SS h和5.56 mgO_2/g-SS h,而硝化细菌受到的影响较大,AOB和NOB的SOUR在阿特拉津冲击期间分别降低了66.0%和12.3%。 pH和ORP的变化可以动态指示A~2/O工艺中的反应过程。pH可用于反应过程及处理结果的初步判断;ORP可用于指示系统进水COD负荷的高低,同时还和缺氧区出水NOx--N(NO_2--N~+NO_3~--N)浓度的高低对应。 正常运行的A~2/O工艺中缺氧区存在吸磷现象,研究发现当缺氧吸磷的比例在50%左右时,系统整体的脱氮除磷效率较高。维持适当大的混合液回流比,增加适当大的缺氧区容积,可强化缺氧区吸磷,节省碳源从而提高脱氮除磷的效率,这为A~2/O工艺用于处理低C/N比生活污水提供了一个运行思路,也是对传统设计运行参数的一个改良。PCR-DGGE研究结果表明,微生物群落的变化和反应器处理效率及缺氧区吸磷比例的变化动态对应,但是这种变化是缓慢过渡的,在本系统中Uncultured Chlorobi bacterium是一种具有反硝化除磷作用的菌群。 采用配水研究表明,A~2/O工艺运行控制不当也会出现污泥膨胀问题,在生物脱氮除磷系统中,负荷控制比DO控制对控制污泥膨胀更为有效。 在序批试验中发现,当运行状态从脱氮状态转换至除磷状态时,随着除磷性能的好转,系统中的污泥容易形成颗粒污泥。除磷系统中形成的颗粒污泥具有发达的微孔结构,随着污泥粒径的增加,污泥的孔径、总孔容积和比表面积逐渐减小。颗粒污泥较小时,其微观结构更加复杂,从而使得物质在颗粒内外的传递更加容易,生物活性更强。颗粒污泥的生物活性区域的厚度随着粒径的增加其百分比逐渐下降,除磷活性和除磷能力也随之下降。


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