在城市生活污水處理廠,傳統活性污泥工藝能有效去除污水中的BOD5和SS,但不能有效地去除污水中的氮和磷。如果含氮、磷較多的污水排放到湖泊或海灣等相對封閉的水體,則會產生富營養化導致水體水質惡化或湖泊退化,影響其使用功能。因此,在對污水中的BOD5和SS進行有效去除的同時,還應根據需要,考慮污水的脫氮除磷。其中A-A-O(厭氧-缺氧-好氧)為同步生物脫氮除磷工藝的一種。

一、工藝原理及過程

A-A-O生物脫氮除磷工藝是活性污泥工藝,在進行去除BOD、COD、SS的同時可生物脫氮除磷。

在好氧段,硝化細菌將入流污水中的氨氮及由有機氮氨化成的氨氮,通過生物硝化作用,轉化成硝酸鹽;在缺氧段,反硝化細菌將內回流帶入的硝酸鹽通過生物反硝化作用,轉化成氮氣逸入大氣中,從而達到脫氮的目的;在厭氧段,聚磷菌釋放磷,并吸收低級脂肪酸等易降解的有機物;而在好氧段,聚磷菌超量吸收磷,并通過剩余污泥的排放,將磷去除。

以上三類細菌均具有去除BOD5的作用,但BOD5的去除實際上以反硝化細菌為主。污水進入曝氣池以后,隨著聚磷菌的吸收、反硝化菌的利用及好氧段的好氧生物分解,BOD5濃度逐漸降低。在厭氧段,由于聚磷菌釋放磷,TP濃度逐漸升高,至缺氧段升至較高。

在缺氧段,一般認為聚磷菌既不吸收磷,也不釋放磷,TP保持穩定。在好氧段,由于聚磷菌的吸收,TP迅速降低。在厭氧段和缺氧段,NH3-N濃度穩中有降,至好氧段,隨著硝化的進行,NH3-N逐漸降低。

在缺氧段,由于內回流帶入大量NO3-N,NO3-N瞬間升高,但隨著反硝化的進行,NO3-N濃度迅速降低。在好氧段,隨著硝化的進行,NO3-N濃度逐漸升高。

二、A-A-O脫氮除磷系統的工藝參數及控制

A-A-O生物脫氮除磷的功能是有機物去除、脫氮、除磷三種功能的綜合,因而其工藝參數應同時滿足各種功能的要求。如能有效地脫氮或除磷,一般也能同時高效地去除BOD5。但除磷和脫氮往往是相互矛盾的,具體體現的某些參數上,使這些參數只能局限在某一狹窄的范圍內,這也是A-A-O系統工藝系統控制較復雜的主要原因。

1.F/M和SRT。完全生物硝化,是高效生物脫氮的前提。因而,F/M(污泥負荷)越低,SRT(污泥齡)越高。脫氮效率越高,而生物除磷則要求高F/M低SRT。A-A-O生物脫氮除磷是運行較靈活的一種工藝,可以以脫氮為重點,也可以以除磷為重點,當然也可以二者兼顧。如果既要求一定的脫氮效果,也要求一定的除磷效果,F/M一般應控制在0.1-0.18㎏BOD5/(kgMLVSS˙d),SRT一般應控制在8-15d。

2.水力停留時間。水力停留時間與進水濃度、溫度等因素有關。厭氧段水力停留時間一般在1-2h范圍內,缺氧段水力停留時間1.5-2.0h,好氧段水力停留時間一般應在6h。

3.內回流與外回流。內回流比r一般在200-500%之間,具體取決于進水TKN濃度,以及所要求的脫氮效率。一般認為,300-500%時脫氮效率較佳。內回流比r與除磷關系不大,因而r的調節完全與反硝化工藝一致。

4.溶解氧(DO)。厭氧段DO應控制在0.2mg/L以下,缺氧段DO應控制在0.5mg/L以下,而好氧DO應控制在2-3mg/L之間。因生物除磷本身并不消耗氧,所以A-A-O脫氮除磷工藝曝氣系統的控制與生物反硝化系統一致。

5.BOD5/TKN與BOD5/TP。對于生物脫氮來說,BOD5/TKN至少應大于4.0,而生物除磷則要求BOD5/TP﹥20。運行中應定期核算入流污水水質是否滿足BOD5/TKN﹥4.0,BOD5/TP﹥20。如果其中之一不滿足,則應投加有機物補充碳源。為了提高BOD5/TKN值,宜投加甲醇做補充碳源。為了提高BOD5/TP值,則宜投加乙酸等低級脂肪酸。

6.PH控制及堿度核算。A-A-O生物除磷脫氮系統中,污泥混合液的PH應控制在7.0之上;如果PH﹤6.5,應外加石灰,補充堿度不足。

三、工藝運行異常問題的分析與排除

傳統活性污泥工藝的故障診斷及排除技術,一般均適用于A-A-O脫氮除磷系統。如果某處理廠控制水質目標為:BOD5≦25mg/L;SS≦25mg/L;NH3-N≦3mg/L;NO3-N≦7mg/L;TP≦2mg/L。則當實際水質偏離以上數值時,屬異常情況。

現象一:TP﹤2mg/L,NH3-N﹤2mg/L,NO3N﹥7mg/L。

其原因及解決對策如下:

1.內回流比太小。增大內回流。

2.缺氧段DO太高。如果DO﹥0.5mg/L,則首先檢查內回流比r是否太大。如果太大,則適當降低。另外,還應檢查缺氧段攪拌強度是否太大,形成渦流,產生空氣復氧。

現象二:TP﹤2mg/L,NH3-N﹥3mg/L,NO3-N﹥5mg/L,BOD5﹤25mg/L。

其原因及解決對策如下:

1.好氧段DO不足。如果1.5﹤DO﹤2.0mg/L,則可能只滿足BOD5分解的需要,而不滿足硝化的需要,應增大供氣量,使DO處于2-3mg/L。

2.存在硝化抑制物質。檢查入流中工業廢水的成分,加強上游污染源管理。

現象三:TP﹥2mg/L,NH3-N﹤3mg/L,NO3-N﹥5mg/L,BOD5﹤25mg/L。

其原因及解決對策如下:

1.入流BOD5不足。檢查BOD5/TKN是否大于4,BOD5/TP是否大于20,否則應采取增加入流BOD5的措施,如跨越初沉池或外加碳源。

2.外回流比太小,缺氧段DO太高。檢查缺氧段DO值,如果DO﹥0.5mg/L,則應采取措施,見“現象一”。外回流比太大,把過量的NO3-N帶入了厭氧段,應適當降低回流比。

現象四:TP﹥2mg/L,NH3-N﹤3mg/L,NO3-N﹤5mg/L,BOD5﹤25mg/L。

其原因及解決對策如下:

1.泥齡太長。可適當增大排泥,降低SRT。

2.厭氧段DO太高。如果DO﹥0.2mg/L,則應尋找DO升高的原因并予以排除。首先檢查是否攪拌強度太大,造成空氣復氧,否則檢查回流污泥中是否有DO帶入。

3.入流BOD5不足。檢查BOD5/TP值。如果BOD5/TP﹤20,則應外加碳源。