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城市污水除磷脫氮處理工藝綜述
城市污水是通過下水管道收集到的所有排水,是各種生活污水、工業(yè)廢水和城市融雪、雨水的混合污水。城市污水都含有一定量的氮磷污染物,當這些營養(yǎng)物未經去除而直接排入受納水體后,會導致藻類和其它水生植物的異常生長,消耗水中的氧,使水質惡化,嚴重影響水體的經濟價值和社會效益。隨著水資源短缺和水污染的加劇,城市污水在排放前進行脫氮除磷已成為污水處理廠的主要任務。在我國,去除城市污水中的氮磷多采用A/O、A2/O工藝、序批式工藝(包括傳統(tǒng)SBR法、CASS工藝、MSBR法等)、氧化溝系列工藝等。以下就城市污水脫氮除磷幾種工藝作一些簡單的介紹及比較。
1、A/O法
A/O工藝是Anoxic/Oxic(兼氧/好氧)或Anerabic/Oxic(厭氧/好氧)工藝的縮寫,是為污水生物除磷脫氮而開發(fā)的污水處理技術。
A/O法不能同時脫氮除磷。但只要控制一定的回流比和泥齡,系統(tǒng)便可達到較好的脫氮效果或除磷效果。A/O法在除磷方面的推廣受到以下幾個因素的制約。第一,生物除磷是將液相中的污染物轉移到固相中予以去除。A/O法的特點之一是泥齡短、污泥量多,剩余污泥含磷率高于傳統(tǒng)活性污泥法,污泥在濃縮消化過程中會將吸收的磷釋放出來,要徹底去除系統(tǒng)中的磷,還需要增加后續(xù)處置設施。當溫度低、進水負荷低時,微生物代謝能力減弱,污泥生長緩慢,除非污泥含磷量特別高,否則只排少量污泥,磷的去除率必然很低。第二,厭氧池的厭氧條件難以保證。理論計算認為當污泥齡大于5天時,硝化菌便能在系統(tǒng)中停留。當曝氣池水力停留時間偏長時,廢水中的氨氮在硝化菌的作用下轉化成NO2-和NO3-,回流污泥中就不可避免的混入了NOx.原污水和回流污泥混合,反硝化菌優(yōu)先獲得碳源進行脫氮,聚磷菌競爭不到碳源,不能有效釋放,因而也不能過量吸收磷,系統(tǒng)除磷能力下降。第三,受水質波動影響大。磷的厭氧釋放分有效和無效兩部分,聚磷菌在釋磷的過程中同時吸收原污水中的低分子有機物,合成細胞內貯物,我們把這一過程成為有效釋磷。聚磷菌只有有效釋磷后,才能在隨后的好氧段過量攝磷。
當廢水中可供聚磷菌利用的低分子有機物量很少時,聚磷菌便發(fā)生無效釋磷,即在釋磷過程中不合成細胞內貯物。無效釋放出來的磷在系統(tǒng)中是不能被去除的。因此,A/O工藝除磷效果受進水水質影響很大,不夠穩(wěn)定。
2、A2/O法
2.1 傳統(tǒng)A2/O法
傳統(tǒng)A2/O法是目前普遍采用的同時脫氮除磷的工藝,它是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎上增加一個缺氧段和一個厭氧段。
污水首先進入厭氧池與回流污泥混合,在兼性厭氧發(fā)酵菌的作用下,廢水中易生物降解的大分子有機物轉化為VFAs這一類小分子有機物。聚磷菌可吸收這些小分子有機物,并以聚β羥基丁酸(PHB)的形式貯存在體內,其所需要的能量來自聚磷鏈的分解。隨后,廢水進入缺氧區(qū),反硝化菌利用廢水中的有機基質對隨回流混合液而帶來的NO3-進行反硝化。 廢水進入好氧池時,廢水中有機物的濃度較低,聚磷菌主要是通過分解體內的PHB而獲得能量,供細菌增殖,同時將周圍環(huán)境中的溶解性磷吸收到體內,并以聚磷鏈的形式貯存起來,經沉淀以剩余污泥的形式排出系統(tǒng)。好氧區(qū)的有機物濃度較低,這有利于好氧區(qū)中自養(yǎng)硝化菌的生長,從而達到較好的硝化效果。
2.2 倒置A2/O工藝
倒置A2/O工藝即缺氧/厭氧/好氧的工藝流程,是對傳統(tǒng)A2/O工藝的改進,其脫氮除磷效果更好,其原因在于:缺氧區(qū)位于厭氧區(qū)之前,有利于微生物形成更強的吸磷動力,微生物厭氧釋磷后直接進入好氧環(huán)境充分吸磷;所有參與回流的污泥都經歷了完整的釋磷、吸磷過程,故在除磷方面具有群體效應優(yōu)勢;缺氧池位于厭氧池前,允許反硝化菌優(yōu)先獲得碳源,因而加強了系統(tǒng)的脫氮能力。常州的城北污水處理廠和清潭污水處理廠均將原設計調整為倒置的A2/O工藝,COD、SS、TN、TP的去除率均有了不同程度的提高,尤以TP去除率提高最多。
2.3 氮氧化物對A2/O法除磷的影響
影響生物除磷效果的因素有很多,其中厭氧池內氮氧化物濃度便是關鍵因素之一。傳統(tǒng)A2/O工藝和環(huán)境倒置A2/O工藝都存在氮氧化物的控制問題。傳統(tǒng)A2/O工藝中,從沉淀池回流至厭氧池的污泥或多或少地攜帶了一定量的NOx.我們只能通過調節(jié)污泥回流量來控制厭氧池中的NOx,回流量過大、攜入的NOx多,會抑制厭氧池中聚磷菌進行磷的釋放從而影響整個系統(tǒng)的除磷效果;回流量過小,進入厭氧池的聚磷菌相應少,同樣影響系統(tǒng)的除磷能力。因此,需嚴格控制污泥回流量。國內較多采用的污泥回流量為進水流量Q的0.5倍~1.0倍。環(huán)境倒置A2/O工藝中,回流污泥與原污水混合進入缺氧區(qū),反硝化菌利用原污水中的有機物進行脫氮,隨后進厭氧池,聚磷菌在該池內進行磷的釋放。當NOx在缺氧池內沒有完全完成硝化時,就不可避免地進入了厭氧池,從而抑制厭氧釋磷,降低系統(tǒng)除磷效果。
3、序批式工藝
3.1 傳統(tǒng)的SBR法
SBR工藝是間歇性活性污泥法,它由一個或多個曝氣反應池組成,污水分批進入池中,經活性污泥凈化后,上清夜排出池外即完成一個運行周期。每個工作周期順序完成進水、反應、沉淀、排放4個工藝過程。SBR法脫氮除磷效果與曝氣時率(曝氣時率=每單個周期的曝氣時間/周期)有關,時率大則缺氧時間短、反硝化不完全、氮磷的去除率低,當去除率接近1時,磷幾乎不被去除[4].表1為某采用SBR工藝的小型污水處理廠的曝氣時率和氮磷去除率。
SBR工藝的特點是具有一定的調節(jié)均化功能,可緩解進水水質、水量波動對系統(tǒng)帶來的不穩(wěn)定性。工藝處理簡單,處理構筑物少,曝氣反應池集曝氣沉淀污泥回流于一體,可省去初沉池、二沉池及污泥回流系統(tǒng),且污泥量少,容易脫水,控制一定的工藝條件可達到較好的除磷效果,但存在自動控制和連續(xù)在線分析儀器儀表要求高的特點。
3.2 CASS工藝
CASS工藝是一種連續(xù)進水式SBR曝氣系統(tǒng),不僅具有SBR工藝簡單可靠、運行方式靈活、自動化程度高的特點,而且脫氮除磷效果明顯。這一功能主要實現于CASS池通過隔墻將反應池分為功能不同的區(qū)域,在各分隔中溶解氧、污泥濃度和有機負荷不同,各池中的生物也不同。整個過程實現了連續(xù)進、出水。同時在傳統(tǒng)的SBR池前或池中設置了選擇器及厭氧區(qū),提高了脫氮除磷效果。
CASS工藝的特點是對污水預處理要求不高,只設間隙15 mm的機械格柵和沉淀池。生物處理核心是CASS反應池,除磷脫氮降解有機物及懸浮物等功能均在該池內完成,出水可達到國家規(guī)定的排放標準。
3.3 MSBR法
MSBR工藝是20世紀80年代初期發(fā)展起來的污水處理工藝,經過不斷地改進和發(fā)展,目前較新的是第三代工藝。
MSBR工藝的特點是系統(tǒng)從連續(xù)運行的單元(如厭氧池)進水,從而加速了厭氧反應速率,改善了系統(tǒng)承受水力沖擊負荷和有機物沖擊負荷的能力;同時,由于MSBR工藝增加了低水頭、低能耗的回流設施,極大地改善了系統(tǒng)中各單元內MLSS的均勻性。因此,MSBR系統(tǒng)匯集了A2/O系統(tǒng)與SBR系統(tǒng)的全部優(yōu)勢,因而出水水質穩(wěn)定、高效,并有極大的凈化潛力。
4、氧化溝工藝
氧化溝工藝是一種延時曝氣的活性污泥法,由于負荷很低,耐沖擊負荷強,出水水質較好,污泥產量少且穩(wěn)定,構筑物少,氧化溝可以按脫氮設計,也可以略加改進實現脫氮除磷。
20世紀90年代中期,氧化溝工藝因其良好的脫氮效果并且無需沉淀池開始被推廣,此時期建設的大型污水處理廠項目基本上采用氧化溝工藝。近幾年來,國內對各種類型氧化溝工藝的除磷脫氮效果、設計、充氧設備及運行控制等方面進行了大量的研究。對多種氧化溝都進行了一定的革新,如carrousel氧化溝由第一代的普通的carrousel氧化溝發(fā)展為具有脫氮除磷功能的carrousel2000型氧化溝,后又發(fā)展為第三代的carrousel3000型氧化溝。國內許多污水處理廠使用的情況證明,氧化溝工藝是一種工藝流程簡單、管理方便、投資省、運行費用低、工藝穩(wěn)定性高的污水處理技術,目前國內較多采用的氧化溝主要有Orbal氧化溝、Carrousel氧化溝、T型氧化溝、DE型氧化溝、一體化氧化溝等。
5、結論
隨著污水處理事業(yè)的發(fā)展,已有多種污水處理工藝在我國污水處理廠中得到了應用,其中以A/O,A2/O及其變型工藝、SBR及其變型工藝、氧化溝工藝為主。同時,隨著我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)的實施,以及我國污水處理事業(yè)所面臨的如下問題:如污水處理廠建設與運行費用高的問題、小城鎮(zhèn)的水污染問題以及污泥處理問題。使我國的污水處理工藝向著具有脫氮除磷功能、高效低能、成熟可靠、適用于小城鎮(zhèn)污水處理廠、污泥量少且能使污泥達到穩(wěn)定的方向發(fā)展。
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