隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，水體污染已成為制約城市發(fā)展的重要因素。目前，我國(guó)對(duì)污水中氮的排放要求越來(lái)越嚴(yán)格。如何經(jīng)濟(jì)高效地去除污水中的氮已成為亟待解決的問(wèn)題之一〔1, 2〕。由于我國(guó)部分小城市生活污水處理廠(chǎng)污水具有氨氮濃度高，碳源相對(duì)較低，脫氮處理難以達(dá)標(biāo)的特點(diǎn)〔3〕，因此，如何實(shí)現(xiàn)高氨氮、低碳氮比情況下污水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)已成為重要的研究課題。該項(xiàng)研究對(duì)實(shí)現(xiàn)其他區(qū)域污水處理廠(chǎng)處理出水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)和污染物的有效削減具有重要指導(dǎo)和推廣意義〔4〕。

　　為了實(shí)現(xiàn)脫氮除磷的高效低耗，有學(xué)者(1994年)相繼提出了好氧與缺氧交替活性污泥法工藝，在此基礎(chǔ)上，又有學(xué)者(1997年)提出將進(jìn)水負(fù)荷分成若干等份后分別進(jìn)入各級(jí)缺氧段，從而形成了分段進(jìn)水A/O脫氮工藝〔5, 6〕。該工藝具有脫氮效率高、碳源利用充分、污泥產(chǎn)量少、基建費(fèi)用低、運(yùn)行費(fèi)用省等優(yōu)點(diǎn)。但在采用該工藝處理高氨氮污水時(shí)發(fā)現(xiàn)，其存在TN超標(biāo)的問(wèn)題，而提高反應(yīng)器段數(shù)雖然可以提高脫氮率，與此同時(shí)也會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性〔7, 8, 9〕。對(duì)此，本研究針對(duì)許多小城市污水 處理廠(chǎng)污水存在的高氨氮、低碳氮比的特點(diǎn)，在分段進(jìn)水A/O工藝和A2/O工藝的基礎(chǔ)上提出了分段進(jìn)水循環(huán)A/O工藝，即在分段進(jìn)水A/O工藝的基礎(chǔ)上通過(guò)增設(shè)1套混合液內(nèi)回流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同級(jí)缺氧區(qū)和好氧區(qū)的循環(huán)交替，達(dá)到了增加反應(yīng)器段數(shù)的目的，提高了脫氮率。該項(xiàng)研究為污水高效脫氮提供了新的思路〔10〕。

　　1 材料與方法

　　1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

　　實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1所示，主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器如表 1所示。

1-進(jìn)水箱；2-蠕動(dòng)泵；3-液體流量計(jì)；4-電動(dòng)攪拌器； 5-空壓機(jī)；6-氣體流量計(jì)；7-曝氣頭；8-二沉池。
圖 1 分段進(jìn)水循環(huán)A/O工藝裝置示意

 

　　1.2 實(shí)驗(yàn)用水與接種污泥

　　采用人工配制的高氨氮、低碳氮比模擬生活污水為實(shí)驗(yàn)用水，其主要水質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表 2.碳源使用可溶性淀粉，氨氮采用NH4Cl,磷采用KH2PO4和K2HPO4,并在配水中投加NaHCO3作為堿度的緩沖劑，此外還在配水中投加多種無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽用以提供微生物生長(zhǎng)所需的微量元素。實(shí)驗(yàn)中可以根據(jù)不同的要求適當(dāng)?shù)馗淖冞M(jìn)水水質(zhì)參數(shù)。接種污泥取自鄭州五龍口污水廠(chǎng)氧化溝曝氣段。

　　1.3 分析方法

　　水質(zhì)分析方法參照國(guó)家環(huán)�？偩帧端�和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第4版)。

　　1.4 系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置

　　本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)：水力停留時(shí)間為12 h;進(jìn)水總流量為3 L/h;各段流量分配相同，即各段缺氧區(qū)的進(jìn)水流量比都是25%;各段容積相同，而每段的V缺∶V好=2∶3;污泥回流比為50%;利用恒溫加熱器保持反應(yīng)溫度恒定，反應(yīng)器中的平均溫度為(20±1)℃;好氧區(qū)DO控制在2.0 mg/L左右，缺氧區(qū)DO控制在0.5 mg/L以下，使各段缺氧池和好氧池中的活性污泥在較適宜的條件下發(fā)生硝化和反硝化反應(yīng)。

　　為充分探求混合液內(nèi)回流對(duì)分段進(jìn)水循環(huán)A/O工藝系統(tǒng)性能的影響，本研究選擇了3種混合液內(nèi)回流比0、100%和200%,分別考察了不同回流比下污水中COD、NH4+-N、TN的去除情況和系統(tǒng)沿程水質(zhì)變化，進(jìn)而確定出工藝的最佳混合液內(nèi)回流比。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 混合液內(nèi)回流比對(duì)COD去除效果的影響分析

　　在混合液內(nèi)回流比分別為0、100%和200%的情況下，分段進(jìn)水循環(huán)A/O工藝對(duì)COD的去除效果如圖 2所示。

 圖 2 不同混合液內(nèi)回流比下COD的去除情況

　　由圖 2可知，當(dāng)混合液內(nèi)回流比分別為0、100%、200%,進(jìn)水COD平均分別為346、337、354 mg/L時(shí)，出水COD平均分別為37、35、30 mg/L,對(duì)應(yīng)的平均COD去除率分別為89.30%、89.60%和91.53%,COD平均去除率大致相等。這表明，不同的混合液內(nèi)回流比對(duì)于分段進(jìn)水循環(huán)A/O工藝的COD的去除影響并不明顯，且3種工況下出水COD均小于50 mg/L,滿(mǎn)足《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)的一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)〔11, 12〕。因此，通過(guò)提高混合液內(nèi)回流比來(lái)提高COD去除率的做法并不可取。此外，在混合液內(nèi)回流比為100%和200%情況下的COD去除率要比內(nèi)回流比為0時(shí)略高，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)混合液的內(nèi)回流，系統(tǒng)對(duì)于有機(jī)物的降解有所加強(qiáng)，所以對(duì)于COD的去除略有改善，然則并不能顯著提高對(duì)COD的處理效果〔13〕。

　　2.2 混合液內(nèi)回流比對(duì)氨氮去除效果的影響分析

　　在混合液內(nèi)回流比分別為0、100%和200%的工況條件下，分段進(jìn)水循環(huán)A/O工藝對(duì)NH4+-N的去除效果如圖 3所示。

 圖 3 不同混合液內(nèi)回流比下NH₄⁺-N的去除情況

　　由圖 3可知，當(dāng)混合液內(nèi)回流比分別為0、100%、200%,進(jìn)水NH4+-N平均分別為79.35、72.67、75.68 mg/L時(shí)，出水NH4+-N平均分別為2.76、2.85、4.38 mg/L,對(duì)應(yīng)的平均NH4+-N去除率分別為96.52%、96.08%和94.21%.雖然進(jìn)水NH4+-N有所不同，但是出水NH4+-N較穩(wěn)定，波動(dòng)不大，3種工況下的平均出水NH4+-N均小于5 mg/L,都能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。從圖 3還可以看出，3種工況下的NH4+-N去除率都比較高，且并不隨著混合液內(nèi)回流比的提高而有顯著變化，這可能是因?yàn)橄趸�作用是氨氮去除的主要影響作用，氨氮在好氧段被硝化�?xì)菌和亞硝化細(xì)菌分別氧化成硝酸鹽和亞硝酸鹽，所以硝化作用的好壞與否直接影響了氨氮的去除率，混合液內(nèi)回流比的提高對(duì)于NH4+-N去除率的影響不顯著〔11〕;此外，隨著混合液內(nèi)回流比的提高，NH4+-N去除率略有降低，這可能是因?yàn)閮?nèi)回流導(dǎo)致好氧區(qū)HRT變短，硝化作用還沒(méi)完全發(fā)生。

　　2.3 混合液內(nèi)回流比對(duì)總氮去除效果的影響分析

　　在混合液內(nèi)回流比分別為0、100%和200%的情況下，分段進(jìn)水循環(huán)A/O工藝對(duì)TN的去除效果如圖 4所示。

圖 4 不同混合液內(nèi)回流比下TN的去除情況

　　從圖 4可以看出，當(dāng)混合液內(nèi)回流比分別為0、100%、200%,進(jìn)水TN平均分別為82.11、75.53、78.46 mg/L時(shí)，出水TN平均分別為29.75、11.30、13.52 mg/L,對(duì)應(yīng)的平均TN去除率分別為63.77%、85.03%和82.77%.實(shí)驗(yàn)所用污水碳氮比平均為4.4,屬于低碳氮比生活污水，但當(dāng)混合液內(nèi)回流比為100%和200%時(shí)，出水TN平均分別為11.30 、13.52 mg/L,均小于15 mg/L,滿(mǎn)足《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明系統(tǒng)對(duì)碳源有一個(gè)較高的利用效率，反硝化效果較好。

　　在內(nèi)回流比為100%和200%的條件下，TN去除率相對(duì)于內(nèi)回流比為0時(shí)大幅提高，這是因?yàn)椋阂环矫嫣岣邇?nèi)回流比可以提高污水經(jīng)歷硝化反硝化的次數(shù)，增加反硝化反應(yīng)的時(shí)間，同時(shí)可以為反硝化提供更多的硝態(tài)氮，而當(dāng)有機(jī)碳源為某一特定值時(shí)，作為電子受體的硝態(tài)氮越多，電子供體與給體間的接觸越多，反硝化也更激烈;另一方面提高內(nèi)回流比可以提高缺氧池中的污泥濃度，且?guī)�入的�?nèi)碳源也更多，由于反硝化菌可以利用內(nèi)碳源進(jìn)行反硝化反應(yīng)，從而表現(xiàn)出高的TN去除率〔12, 14〕。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)回流比為200%時(shí)的TN去除率相對(duì)于內(nèi)回流比為100%時(shí)的TN去除率有所降低，TN去除率從85.03%降低至82.77%,這是因?yàn)椋阂环矫婊旌弦簝?nèi)回流比的提高會(huì)使帶入缺氧池中的DO提高，帶入的DO不僅會(huì)消耗易降解碳源，同時(shí)反硝化菌的活性也會(huì)被抑制;另一方面混合液內(nèi)回流比的提高會(huì)使好氧區(qū)和缺氧區(qū)的HRT變小，硝化菌和反硝化菌的反應(yīng)時(shí)間變短，反應(yīng)不是很充分，從而影響脫氮率〔15〕。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　重點(diǎn)研究了混合液內(nèi)回流對(duì)分段進(jìn)水循環(huán)A/O工藝系統(tǒng)性能的影響。以低碳氮比生活污水為研究對(duì)象，控制其他運(yùn)行條件不變，通過(guò)改變混合液內(nèi)回流比這一單一因素，對(duì)比分析了不同內(nèi)回流比下污水中COD、NH4+-N、TN的去除情況，得出的結(jié)論如下：

　　(1)當(dāng)混合液內(nèi)回流比分別為0、100%和200%時(shí)，COD平均去除率分別為89.30%、89.60%和91.53%,COD去除率均比較高，且出水COD均能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。COD去除率隨著內(nèi)回流比的提高略有升高，說(shuō)明系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的降解有所加強(qiáng)，但效果并不明顯。

　　(2)當(dāng)混合液內(nèi)回流比分別為0、100%和200%時(shí)，NH4+-N平均去除率分別為96.52%、96.08%和94.21%,NH4+-N去除率都比較高，且出水NH4+-N都能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，但內(nèi)回流比對(duì)NH4+-N去除效果的影響不明顯。

　　(3)當(dāng)混合液內(nèi)回流比為100%和200%時(shí)，TN平均去除率從內(nèi)回流比為0時(shí)的63.77%分別提高到85.03%和82.77%,TN去除率得到顯著提高;此時(shí)出水TN也達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。此外，內(nèi)回流比為200%時(shí)的TN去除率與內(nèi)回流比為100%時(shí)相比有所降低，說(shuō)明內(nèi)回流比并不是越大越好，而是有一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶��?/P>

　　(4)在進(jìn)水NH4+-N平均為75 mg/L、碳氮比為 4.5的條件下，分段進(jìn)水A/O工藝在增加混合液內(nèi)循環(huán)后的系統(tǒng)TN去除率可從之前的60%多提高到80%以上，且出水COD、NH4+-N和TN均能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，這說(shuō)明分段進(jìn)水循環(huán)A/O工藝在處理低碳氮比污水方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。但是內(nèi)回流比越大運(yùn)行費(fèi)用越高，為了最大地提高TN去除率及降低能耗，需選擇合適的混合液內(nèi)回流比。該系統(tǒng)在內(nèi)回流比為100%時(shí)可以實(shí)現(xiàn)低費(fèi)用、高去除率的效果。