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市政污水除氮脱磷工艺的短板与解决对策

1 泥龄

作为硝化过程的主体, 硝化菌通常都属于自养型专性好氧菌,特点是繁殖速度慢, 世代时间较长。例如在冬季, 硝化菌繁殖所需的世代时间可长达 30以上; 夏季, 在泥龄也需要大于5天。而聚磷菌多为短世代微生物, 根据现有的究成果(下图)降低泥龄将会提高系统的除磷效率。


所以聚磷微生物需要的泥龄要短。有经验的运营者都知道生物除磷的最好渠道是及时排除剩余污泥。因此硝化菌和聚磷菌在泥龄上存在着矛盾。若泥龄太高, 不利于磷的去除; 泥龄太低, 硝化菌无法存活

解决对策:

在污水处理工艺系统设计及运行中, 一般所采取的措施是把系统的泥龄控制在一个较窄的范围内, 兼顾脱氮与除磷的需要,主要有以下两种方式:

1) 设立中间沉淀池, 搞两套污泥回流系, 使不同泥龄的微生物居于前后两级, 第一级泥龄很短, 主要功能是除磷; 第二级泥龄较长,主要功能是脱氮;

2)  A2/ O 工艺好氧区的适当位置投放填料,由于硝化菌可栖息于填料表面不参与污泥回流, 故能解决脱氮除磷工艺的泥龄矛盾

2系统的硝化和反硝化容量

硝化和反硝化是生物除磷脱氮系统密不可分的两个过程。硝化不充分, 出水氨氮必然升高, 反硝化能力也发挥不出来; 反硝化不充分出水硝酸盐就会上升。配置恰当的硝化和反硝化容量, 可以充分发挥它们的潜力。

1) 系统的硝化和反硝化能力首先是取决于各自相应区域的水力停留时间( 或有效池容) 。市政污水一般夏季的反硝化和硝化分别需要 1~ 2h 3~ 4h,冬季低温影响反硝化时间为 2~ 3h, 硝化时间为 5~ 6h。

2) 硝化和反硝化能力的第二个因素是工艺布置形式。例如和常规 A2/ O 工艺相比, 缺氧区前置的倒置 A2/ O 工艺可明显提高系统反硝化能力。在好氧区适当投放填料则会提高系统的硝化能力。

3) 改变运行参数也可以对系统的硝化和反硝化能力进行调整。延长泥龄, 加强曝气和搅拌, 有利于提高好氧区的硝化能力; 适当缩短泥龄, 降低溶解氧水平, 则有利于提高系统的反硝化能力。

3 内循环比

对于前置反硝化来说, 内循环比是十分重要的运行参数, 对硝化、反硝化以及释磷、吸磷都有重要影响。表面上, 内循环是把硝化液从硝化区回流至反硝化区。在一定范围内, 内循环比越大, 出水硝酸盐越少。但是, 内循环给系统带来的一个不可忽视的问题是, 硝化液中的溶解氧对缺氧环境具有破坏作用。当存在溶解氧时, 脱氮菌总是优先利用游离氧作为电子受体氧化有机物, 反硝化过程因而被阻碍。而且, 随着内循环加大, 系统中的短流现象也会越来越明显。所以即使不考虑动力消耗, 内循环比也不宜过大。此外, 对于常规 A2/ O 工艺, 若内循环比过大, 则参与释磷吸磷过程的污泥比例将会严重减少, 影响除磷效率。因此, 对于一定的工艺系统,内循环比应有一个恰当的范围, 并随水质、水量和温度的变化而适当调整。

4 硝酸盐

在常规 A2/ O 工艺中, 由于厌氧区在前, 回流污泥不可避免地将一部分硝酸盐带入该区。硝酸盐的存在严重影响了聚磷菌的释磷效率, 尤其当进水中VFA 较少, 污泥的含磷量又不高时, 硝酸盐的存在甚至会导致聚磷菌直接吸磷。

解决对策:在回流污泥进入厌氧区之前, 设法将其携带的硝酸盐消耗掉。

1) 回流污泥进入厌氧区之前, 先进入一个附设的缺氧池, 在这个缺氧池中, 回流污泥携带的硝酸盐利用污泥本身的碳源反硝化。

2) 过投加外加碳源或引入一部分污水来提高附设缺氧池的反应速率。

5碳源

在脱氮除磷系统中, 碳源大致上消耗于释磷、反硝化和异养菌正常代谢等方面。其中释磷和反硝化的反应速率与进水碳源中的易降解部分, 尤其是挥发性有机脂肪酸( VFA) 的数量关系很大。城市污水中所含的易降解 COD 的数量是十分有限的,所以在城市污水生物脱氮除磷系统的释磷和反硝化之间, 大多处理系统都存在着因碳源不足而引发的脱氮除磷效果不佳的问题。

解决对策:

1) 工艺外部采取措施, 增加进水中易降解 COD 的数量, 例如取消初沉池, 污泥消化液回流, 将初沉池改为酸化池等都有一定作用;

2) 工艺内部考虑,合理地为反硝化和释磷分配碳源, 常规脱氮除磷工艺总是优先照顾释磷的需要, 把厌氧区放在工艺的前部, 缺氧区置后;

最有效的方法,就是外加碳源,选择性价比高的碳源,吨水成本非常低,不需要复杂的工艺调整,简单灵活。我国目前对于市政污水的氮磷指标提出了较严格的要求,所以除磷脱氮的问题既要结合现有工艺原位调整也可以借助简单可行的辅助手段来解决。