浅析混合液回流比对改良型氧化沟工艺反硝化除磷的影响

　　引言
　　污水生物处理中，活性污泥法由于存在硝化菌和聚磷菌的不同泥龄和碳源之争，同时回流污泥中携带的硝酸盐抑制厌氧条件下磷的释放，使得脱氮除磷效率不高。反硝化除磷理论的提出，为有效解决传统脱氮除磷工艺中存在的矛盾问题提供了新思路，通过一碳两用方式同时实现反硝化脱氮和吸磷作用，提高脱氮除磷效率，是目前污水生化处理研究的热点。反硝化除磷工艺不但能更有效地利用碳源，还能在较长泥龄下同时达到高效脱氮除磷的效果，这是由于长的泥龄有利于泥龄长的硝化菌有效生长，而反硝化除磷菌比起普通的聚磷菌生长速率慢，较长的泥龄可有效实现反硝化除磷菌的聚集，通过反硝化除磷工艺可有效解决泥龄矛盾，从而提高脱氮除磷效率。反硝化除磷工艺在缺氧区以硝酸盐作为最终电子受体同时实现脱氮和除磷，而混合液回流比直接决定了缺氧区的硝酸盐量，从而影响反硝化除磷菌的缺氧吸磷能力。
　　目前江西省城市污水处理厂的主要工艺是前置厌氧区的改良型氧化沟工艺，出水达GB189182002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B 标准。对省内污水处理厂调发现氮磷出水稳定达标率低，因此研究通过调节混合液回流比提高改良型氧化沟脱氮除磷能力的可行性，使出水氮磷达到一级A 标准。
　　1 试验部分
　　1. 1 试验装置
　　试验装置采用PVC 材料制成，设计处理水量480 L /d，以实际污水处理厂为设计基础，设计氧化沟按功能分为厌氧区( 31. 7 L，HRT = 1. 57 h) 、缺氧区( 60. 1 L，HRT = 2. 98 h) 和好氧区( 160. 1 L，HRT =7. 94 h) ，好氧区设2 个转刷曝气装置。二沉池停留时间为4 h，容积为80 L，进水的储槽容积为1 000 L。曝气转刷变频调节，进水水量通过蠕动泵进行控制，回流污泥和混合液回流采用双设定时间控制器。
　　1. 2 试验水质和试验方案
　　试验用水采用井冈山大学某生活小区的生活污水，根据试验要求加入自来水、碳源、氮源和磷源来实现进水负荷的调节，同时投加NaHCO3来调整进水
　　pH 值为6. 8   7. 5，其水质情况mg /L( pH 除外)指标( COD) ( NH +4 -N) ( TN) ( TP) pH范围130   360 10   30 10   35 2   5 6. 8   7. 5均值240 20 25 3 7. 2接种污泥取自江西省吉水县污水处理厂污泥浓缩池，采用接种的启动方法。启动成功后，以生活污水进行连续培养。进水流量为480 L /d，SRT 为25 d，反应器中MLSS 为2 800   4 000 mg /L，采用转刷曝气，DO 控制在1. 5   3. 0 mg /L，运行过程中通过监测pH、DO 及水质变化来调整运行实际状况。通过3 个月的连续运行驯化，系统达到稳定，并获得良好的反硝化除磷性能。在上述工况条件下，以实际污水处理厂参数为参考，试验确定污泥回流比为100%，分别考察混合液回流比为100%、200%和300%时氧化沟工艺反硝化除磷的性能。
　　1. 3 分析方法
　　试验中常规指标分析均按国家标准方法测定，DO 采用溶解氧仪测定，pH 值采用酸度计测定。
　　2 结果与讨论
　　在试验过程中，根据氧化沟工艺的特点进行取样分析，设计取样点位置分别为: 进水口( 标记为1点) ，反应池内取水样3 个点( 厌氧区标记为2 点，缺氧区标记为3 点，好氧区标记为4 点) ，出水口( 标记为5 点) 。为了考察氧化沟工艺的反硝化除磷性能，对各取样点的水质进行指标测定，并对各取样点水中氮磷污染物的沿程降解效果作出分析。
　　2. 1 混合液回流比对COD 去除的影响
　　不同混合液回流比下COD 去除效果，进水( COD) 为164  314 mg /L，平均为259 mg /L，出水( COD) 均在50 mg /L 以下，达到GB 189182002 一级A 排放标准。在混合液回流比为100%、200%和300%时，相对应的COD 平均去除率分别为84. 6%、84. 7% 和83. 8%，COD 去除率较高，且出水COD 波动较小，说明混合液回流比对COD 去除影响较小。在不同混合液回流比条件下，COD 主要在厌氧区被去除，说明厌氧区聚磷菌释磷中消耗碳源可去除大部分COD，也可能有一部分COD 被污泥絮体吸附去除。
　　2. 2 混合液回流比对除磷的影响
　　不同混合液回流比条件下TP 去除效果，在混合液回流比分别为100%、200% 和300% 时，相对应的TP 平均去除率分别为91. 7%、93. 9%和88. 9%，且出水TP 均在0. 5 mg /L 以下，达到一级A 排放标准，说明氧化沟工艺对较低浓度的TP 去除效果较好。
　　虽然TP 最终去除效果都接近，但不同混合液回流比下，TP 去除途径有差别。在厌氧区，聚磷菌吸收碳源合成PHAs 同时释放出磷，然后分别在缺氧区和好氧区进行磷的吸收从而达到除磷的目的。由图5 可以看出: 随着混合液回流比的增大，微生物在厌氧区释磷量减少，这可能是因为混合液回流比增大，使得更多的污泥在缺氧区和好氧区间循环流动，没有完整地经历释磷和吸磷全过程，从而相对减少了在厌氧区释磷的微生物。在混合液回流比为100% 时，磷的去除主要在好氧区进行，而当混合液回流比为200% 和300% 时，磷的去除主要在缺氧区进行。这说明当混合液回流比增大时，可以提供更多的硝态氮作为电子受体参与反硝化除磷过程，混合液回流比为100%，其提供的硝态氮不足，吸磷还需进一步在好氧区进行，而增大到200%时，硝态氮充足，可以在缺氧区进行反硝化除磷，再增加回流比，对缺氧区吸磷促进作用不大。
　　2. 3 混合液回流比对脱氮的影响
　　2. 3. 1 混合液回流比对NH +4 -N 的影响不同混合液回流比下NH +4 -N 的去除效果。进水( NH +4 -N) 为10. 7   23. 9 mg /L，平均为17. 5 mg /L，出水( NH +4 -N) 均在5 mg /L 以下，达到一级A 排放标准。在混合液回流比分别为100%、200%和300%时，相对应的NH +4 -N 平均去除率分别为89. 8%、94. 6%和95. 0%，NH +4 -N 均有较高的去除。当混合液回流比为200%和300%时，NH +4 -N 的去除率比混合液回流比为100% 时有明显提高，这是因为氧化沟工艺是循环混合式活性污泥法，更多的混合液回流实际上是增加了混合液中氨氮被硝化的程度，从而使得氨氮去除率提高，但当混合液回流比从200%增加到300%时，氨氮去除率提高有限。
　　不同取样点NH+4 -N 均值沿程变化曲线如图7 所示，在厌氧区，由于污泥回流对进水NH+4 -N 有稀释作用，从而NH+4 -N 浓度大幅降低，降低幅度基本相同; 在缺氧区，混合液回流稀释作用使得NH+4 -N 浓度进一步降低，当混合液回流比分别为100%、200% 和300%时，缺氧区NH+4 -N 去除率分别为64%、72% 和81%，这是因为混合液回流比越大，对NH+4 -N 浓度稀释越多; 而进入好氧区，硝化效率基本相同。
　　2. 3. 2 混合液回流比对TN 的影响
　　不同混合液回流比条件下TN 的去除效果如图8所示。当混合液回流比分别为100%、200%和300%时，进水( TN) 均值分别为19. 9，20. 1，18. 2 mg /L，进水TN 比较稳定，出水( TN) 均值分别为3. 8，3. 9，2. 5 mg /L，达一级A 排放标准，相对应的TN 平均去除率分别为80. 8%、82. 6% 和86. 4%。随着混合液回流比的增大，TN 去除率提高，这是因为混合液回流比增加，进入缺氧区的硝酸盐也增加，通过反硝化或反硝化除磷达到脱氮的效果增强。此外，也有一部分TN 被用于细胞合成而造成TN 的减少。
　　厌氧区，TN 浓度的降低是由于回流污泥的稀释作用;而缺氧区，由于存在反硝化或反硝化除磷脱氮，TN 被大量去除; 进入好氧区，由于氧化沟存在同步硝化反硝化以及部分TN 用于细胞合成，TN 被进一步去除。
　　2. 3. 3 混合液回流比对NO -3 -N 和NO -2 -N 的影响不同取样点NO-3 -N 均值沿程变化曲线如图10所示。在混合液回流比为100%和200%时，由于在缺氧区发生了反硝化除磷，缺氧区的NO-3 -N 没有明显积累; 但混合液回流比为300% 时，仍显示出缺氧区NO-3 -N 略有过量，进一步证明混合液回流比为200%时，可以为缺氧区硝态氮提供充足的反硝化除磷条件。整个污水生化处理过程中，( NO-2 -N) 0. 5 mg /L，没有出现明显的NO-2 -N 积累情况，说明反硝化除磷以NO-3 -N 而不是NO-2 -N 为电子受体。
　　3 结论
　　1) 通过调节混合液回流比，改良型氧化沟工艺对COD、TP、NH +4 -N 和TN 均有较好的去除效果，各物质去除率可达到GB 189182002 一级A 标准。
　　2) 不同混合液回流比对COD 去除率几乎没有影响，在混合液回流比分别为100%、200% 和300%时，相对应的COD 平均去除率分别为84. 6%、84. 7%和83. 8%。
　　3) 混合液回流比对TP 去除效果影响不大，在混合液回流比分别为100%、200% 和300% 时，相对应的TP 平均去除率分别为91. 7%、93. 9% 和88. 9%;但混合液回流比对TP 去除途径影响较大，当混合液回流比为100%时，大部分TP 在好氧区被去除，而当混合液回流比为200%和300%时，大部分TP 在缺氧区以硝酸盐作为电子受体通过反硝化除磷去除。
　　4) 混合液回流比对NH+4 -N 和TN 去除率有影响。当混合液回流比分别为100%、200%和300%时，相对应的NH+4 -N 平均去除率分别为89. 8%、94. 6%和95. 0%; 而随着混合液回流比增大，TN 去除率也增大，相对应的TN 平均去除率分别为80. 8%、82. 6%和86. 4%。NO-2 -N 在整个生化处理过程中基本没有积累，而NO-3 -N 在缺氧区积累很小，说明在缺氧区发生了反硝化除磷，当混合液回流比为200%时，NO-3 -N 可以在缺氧区作为电子受体提供给反硝化除磷。从控制运行能耗和反硝化除磷的角度综合考虑，混合液回流比控制在200%比较适宜。