AAO工藝處理生活污水反硝化效率影響原因
AAO工藝是城市生活污水處理中常用的處理工藝，具有結構簡單，技術較為成熟，便于管理與運行費用低等優(yōu)勢，在目前城市污水處理廠中被廣泛應用。筆者所在的廣州市某污水廠地處北回歸線以南，屬亞熱帶季風氣候，污水管網(wǎng)系統(tǒng)主要采取合流制，導致經常進水碳源較低。在生物脫氮除磷的過程中，生物脫氮與生物除磷對于碳源的需求是相互獨立且相互競爭的關系，碳源不足是我國南方城市污水處理廠處理效果不穩(wěn)定的重要原因。
大部分城市污水處理廠在進水碳源過低時，通常做法是另投加有機碳源。出于節(jié)約成本考慮，筆者在不另投加碳源基礎上，通過調整內回流量、好氧末段溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)濃度、進水量三個影響反硝化的因素，探究影響反硝化的制約因素，并尋找最佳工況條件，以提高生化系統(tǒng)的反硝化能力。
1、工藝概況
1．1 工藝簡介
本污水廠共有1#、2#兩條生產線，以1線為例，工藝流程如圖1所示。污水分別進入預缺氧區(qū)和厭氧區(qū)，然后進入缺氧區(qū)，最后進入好氧區(qū)，好氧池末端混合液部分回流到缺氧區(qū)(內回流)。好氧區(qū)出水經二沉池泥水分離后進入濾池，再經過消毒外排河涌。二沉池部分污泥回流到預缺氧區(qū)(外回流)，剩余污泥處理后外運。本污水處理廠所采用的方法為典型的傳統(tǒng)AAO處理工藝。
1．2 水質情況與檢測方法
本污水處理廠設計進水水質和實際進水水質差異較大，其設計進水水質：化學需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)為300mg／L，總氮(Total Ni―trogen，TN)為35mg／L。而以2016年12月進水水質為例，該月平均進水水質為：COD159．31mg／L，TN35．5mg／L。實際進水的COD濃度遠低于設計進水COD濃度，其C／N僅為4．49。而根據(jù)Peng等人的研究表明，當進水COD／TN≥8時，AAO工藝脫氮效果較好，其實際進水碳氮比遠小于Peng等人的結論。
本試驗均采用國標法檢測水質。COD采用重鉻酸鉀法，TN采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法，硝氮(NO)采用紫外分光光度法。
2、結果和討論
2．1 內回流比對反硝化作用的影響
在同一時段內，對生產線1#、2#分別采用了150％和80％的內回流比；設置外回流比均為80％；控制其曝氣量，進水量均相同；于預缺氧區(qū)末端、缺氧區(qū)末端、好氧區(qū)末端取樣測試其硝氮指標，結果如表1所示。
由表1可知，在外回流比均為80％，內回流比分別為80％與150％的條件下，兩條生產線的硝氮總去除量分別為8．35mg／L和12．7mg／L。內回流比為150％的條件下，硝氮的總去除量比內回流比為80％條件下增加了52％。其原因是當內回流增大時，增加了異氧反硝化過程中底物濃度，有利于提高反硝化效率。反硝化過程在生物化學工程中是還原反應，硝氮作為電子受體，在厭氧菌的作用下被還原。該反應需要具備四個條件：一是必須有足夠厭氧菌；二是污水中有足夠的電子受體；三是污水中有足夠的電子供體；四是厭氧或缺氧環(huán)境。提高內回流比使得缺氧區(qū)中硝氮的濃度升高，從而提高了反硝化反應的速率。
提高內回流比會使到缺氧區(qū)的實際停留時間減少。根據(jù)王社平等的研究，反硝化過程反應速率可分為三個階段，12～30min反硝化速率最大，反應60min后，反硝化速率已經大大降低。當內回流比為80％時，實際污水在缺氧區(qū)的停留時間為1．1h；內回流比為150％時，實際污水在缺氧區(qū)停留時間為0．83h。維持進水量不變，內回流量提高了88％，即停留時間減少了25％，反硝化去除量只增大52％。在低碳源條件下，內回流量增大，使反硝化去除量增大，但由于污水在缺氧區(qū)的停留時間減少，使反硝化量增幅低于內回流量的增幅。
2．2 好氧末段DO濃度的影響
在同一時段內，對生產線1#、2#分別采用了150％和80％的內回流比，設置外回流比均為80％，控制其進水量相同，實驗第1~10d通過控制曝氣量使好氧末端溶解氧大于3．0mg／L，第11~20d控制曝氣量使得好氧末端溶解氧維持在1．0mg／L以下，于預缺氧區(qū)末端，缺氧區(qū)末端，好氧區(qū)末端取樣測試其硝氮指標，取平均值，其結果如表2所示。
反硝化菌是異氧兼性厭氧菌，只有在無分子氧而同時存在硝酸和亞硝酸離子的條件下，它們才能夠利用這些離子中的氧進行呼吸，使硝酸鹽還原。根據(jù)吉芳英等人的研究，平均溶解氧濃度過低會導致NH3-N氧化不足而影響缺氧區(qū)的反硝化過程；溶解氧過高不僅破壞了缺氧區(qū)的缺氧環(huán)境，而且使得部分碳源被氧化分解，導致本來COD較低的污水中電子供體更為不足，不利于反硝化過程效率的提高。對比好氧末段DO大于3．0mg／L與小于1．0mg／L，可以看出不同內回流比的兩生產線的總硝氮去除量相差均約為12mg／L。末段DO小于1．0mg／L時，兩生產線缺氧區(qū)的反硝化量占了總硝氮量的六成，而好氧區(qū)末段DO大于3．0mg／L時，兩生產線缺氧區(qū)的反硝化量僅占總硝化量的三成不到。內回流比不變時，好氧末段DO對缺氧區(qū)的處理效率影響較大。因此，在低碳源條件下，控制好好氧末段出水DO，尤為關鍵。
2．3 進水量的影響
為探究進水量對AAO工藝反硝化效率的影響，控制內回流比為150％，好氧末端溶解氧濃度為1．0mg／L，調整每日進水量，于進水口，預缺氧區(qū)末端，缺氧區(qū)末端，好氧區(qū)末端取樣測試其硝氮以及COD指標，進水量與硝氮去除量關系如表3所示。
當進水量提高時，硝氮的去除量并沒有與進水量呈現(xiàn)出較強的相關關系，但是通過計算可以得知，當進水總碳源提高時，硝氮去除量隨著污泥負荷的變化而變化。根據(jù)文單等人的研究表明，較高的污泥負荷可為微生物提供更為充足的營養(yǎng)物質，增加了單位體積污泥中的生物量，從而增加了污泥的活性。本實驗中，污泥負荷在0．0255kgBOD／kgMLSS.d時，硝氮總去除量為4．85mg／L，而污泥負荷在0．0568kgBOD／kgMLSS.d時，硝氮總去除量為19．57mg／L，污泥負荷提高1倍，硝氮去除量提高3倍。反硝化反應是由異常型微生物完成的生化反應，碳源濃度不同，反應速率也不同，在低碳源濃度時，隨著污泥負荷增大而反硝化反應速率提高，而且硝氮去除量的增幅大于污泥負荷的增幅。
3、結論
1)在低碳源條件下，通過增大內回流比至150％，可有效提高反硝化過程的效率，對比起內回流比為80％，其硝氮去除量提升了52％。但由于停留時間減少，使反硝化量低于內回流量增幅。
2)內回流比不變時，好氧區(qū)末段DO對缺氧區(qū)的反硝化過程的處理效率影響較大，控制好好氧末段出水DO，尤為關鍵。末段DO小于1．0mg／L時，兩生產線缺氧區(qū)的反硝化量占了總硝氮量的六成。
3)隨著污泥負荷增大而反硝化反應速率提高，而且硝氮去除量的增幅大于污泥負荷的增幅，污泥負荷提高1倍，硝氮去除量提高3倍。（來源：廣州市凈水有限公司石井分公司華南理工大學土木與交通學院華南理工大學環(huán)境與能源學院，貴州科學院）