傳統活性污泥工藝運行方式的改進

黃甦¹， 劉 瑾²
（1.南通市環境保護局，江蘇 南通 226006；2.同濟大學 建筑設計研究院，上海 200092）

　　摘要： 改變傳統活性污泥法的運行方式，使其成為AO工藝或連續流間隙曝氣工藝，具備生物除磷脫氮功能。經兩種工藝處理后出水NH₃-N＜3mg/L；TP、TN去除率分別為72%和80%。適用于老污水處理廠的改造和新建污水廠的設計。?
　　關鍵詞：AO工藝；連續流間隙曝氣；生物除磷脫氮
　　中圖分類號： X703.1
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2000)01-0042-03

1 傳統工藝低負荷運行除磷脫氮的限度

　　由于傳統工藝運行的污水廠沒有深度凈化功能，也沒有更多資金新建大規模污水處理廠，因此對老廠原工藝進行改進，使其成為AO或連續流間隙曝氣工藝是十分必要的。?
　　常規的活性污泥法采用的污泥負荷為0.2～0.3kgBOD₅/(kgMLSS·d)，曝氣 池活性污泥濃度控制在2～3g/L之間，泥齡維持在4～5d以內。由于泥齡短，活性污泥中硝化菌的增殖速率小于其隨剩余污泥排出的速率，因而常規活性污泥法在滿負荷的條件下，氨氮去除率低，一般僅為20%～30%。?
　　為使按常規法設計的污水廠獲得滿意的硝化效果，必須減小污泥負荷，提高污泥泥齡。在不增加曝氣池容積的前提下，可采用的辦法就是提高曝氣池污泥濃度。為了達到這一目標，要保證做到以下兩點：一是活性污泥具有良好的沉降性能；二是曝氣系統具有足夠的供氧能力 。?
　　為了改善污泥的沉降性能，可采用超越初沉池的辦法，這樣進水中懸浮顆粒可能成為細菌絮凝的核心。
某污水處理廠采用超越初沉池的低負荷活性污泥法，嚴格控制曝氣池溶解氧(前段1.1mg/L，中段1.6mg/L，后段2.8mg/L)，運行結果表明，BOD₅的去除很好，出水平均值＜10mg/L，去除率達95.4%；NH₃-N硝化相當完全，出水為0.1mg/L，硝化率為99.6%；氮磷的去除情況見表1。

表1 污染物降解指標 工藝 BOD3/TN BOD5/TP TN（mg/L) TP(mg/L) 有機氯（mg/L) 流入 流入 流入 流出 去除率
（%） 流入 流出 去除率
（%） 流入 流出 去除率
（%） 傳統工藝 4.1 19.1 50.8 21.8 57.0 11.1 5.6 49.3 23.6 1.6 93.3 AO工藝 4.3 26.7 60.0 12.0 80.0 9.6 2.7 72.0 29.1 3.6 87.6 連續流間隙曝氣 4.4 31.2 33.9 9.3 72.5 5.3 1.3 74.6 12.1 1.8 84.9

　　超越初沉池，提高曝氣池污泥濃度的運行結果表明，硝化的效果相當好，氨氮去除率達99%，但出水的總氮在20mg/L以上，去除效果還不是很理想。
　　某污水廠設計處理能力27 000 m³/d，實際水量為15 000m³/d，進水中很大部分為工業廢水。超越初沉池低負荷活性污泥法運行數據表明，在平均水溫為26.6 ℃，MLSS為4.98 g/L，SVI為50.5 mL/g時，COD、BOD₅的去除率達90%以上，出水NH₃-N為3.0mg/L，硝化率為85.3%，當BOD₅/TN為4.4時，總氮去除率為48.5%。
　　總之，低負荷傳統活性污泥法除磷脫氮的量是很有限的。為了進一步提高總氮去除率，可充分利用傳統工藝的現有設施和設備，對工藝進行切實可行的改進，使之成為高濃度活性污泥AO工藝，使氮、磷的去除提高到一定水平。

2 低負荷AO工藝

　　利用傳統工藝的全部設施，關閉曝氣池前1/3段空氣管，安裝攪拌機，保持原來的回流方式和回流比，變傳統工藝為缺氧—好氧(AO)工藝。運行參數見表2。

表2 各種工藝運行參數（平均值） 工藝 氣溫
（℃） 回流比
（%） 水力停留時間
（h） 泥齡
（d） 容積負荷
（kgBOD₅/m³.d) 污泥負荷
（kgBOD₅/(KGMLSS.d) 污泥濃度
（g/L) SVI
(mL/g) 傳統工藝 17.3 106 8 14.3 0.601 0.102 6.53 68.0 AO工藝 15.3 100 8 8.2 0.738 0.133 5.79 68.5 連續流間隙曝氣 17.4 190 15 11.6 0.230 0.042 6.51 49.3

　　與常規意義的AO法不同之處在于，本工藝不設內回流裝置，僅設污泥回流系統，工藝流程如圖1所示。

　　在運行中采用了兩種容積比，缺氧：好氧為1：1或1：3。由表3可見，1：1的情況總氮去除率略高于1:3的情況，但并無明顯的優勢。缺氧區容積的設定首先應保證系統 在COD、BOD₅、NH₃-N、SS等方面有良好的去除率，故本工藝的1：3容積比是合適的， 污泥回流比為80%～100%。?
　　該工藝進水COD、BOD₅平均值為543和246mg/L，出水平均值為47和17mg/L，去除率分別達到91.3%和93.1%，進水NH₃-N為30.2mg/L，出水為0.5mg/L，硝化率為98.2%，TN和TP的降解指標見表1。?
　　AO工藝對總氮的去除已大為改善，出水TN在12mg/L左右，去除率達80%，TP的去除尚未達到較好水平，但相對于進水的9.6 mg/L，出水已有很大程度的降低，如果輔以其他方式的除磷，AO工藝是一種適合于老廠改進的方案。?

3 連續流間隙曝氣工藝

　　眾所周知，SBR法中間歇曝氣的方法有較好的去除氮磷能力。對于按傳統活性污泥法設計的污水廠，不可能按SBR法運行。一是不可能間斷進水，二是不可能從曝氣池出水。因此，保留高濃度活性污泥法運行中已有的經驗，只把連續曝氣改為分時段曝氣，保持正常流量的進出水，就可把這個改進后的工藝稱為連續流間隙曝氣工藝。?
　　某污水處理廠設計能力27000m³/d，實際水量為15000m³/d，由于水量負荷低，故減少曝氣量，縮短曝氣時間，連續運轉的鼓風機輪流給兩組曝氣池充氧，8h為一周期，運行參數見表2。
　　在生產性試驗的運行期間，進行了三個不同工況的研究，其運行參數和結果見表3。

表3 工況A、B、C運行參數和結果 參數 工況A 工況B 工況C HRT(h) 14.7 10.9 9.2 曝氣時間（h/d) 12（每次4h） 15（每次5h） 15（每次5h） 非曝氣時間（h/d) 12(每次4h） 9（每次3h） 9（每次3h） MLSS（g/L) 6.51 6.67 6.92 SVI(mL/g) 49.3 46.7 45.6 COD污泥負荷[kgCOD/(kgMLSS.d) 0.083 0.112 0.202 BOD₅污泥負荷[kgBOD₅/(kgMLSS.d) 0.042 0.056 0.074 氣溫（℃） 16.5 14.7 COD(mg/L) 進水 329.3 340.1 535.2 出水 47.8 38.6 49.2 去除率% 85.5 88.7 90.8 BOD₅(mg/L) 進水 164.5 169.5 194.9 出水 14.0 13.8 15.2 去除率% 91.5 91.9 92.2 NH₃-N(mg/L) 進水 20.2 21.4 20.7 出水 2.9 3.5 4.1 去除率% 85.6 83.6 80.2 TN(mg/L) 進水 36.3 37.6 39.8 出水 9.7 10.8 10.2 去除率% 73.3 71.3 74.4

　　由表3可見，這三個工況的運行情況都很好，用于老廠的改造是完全可行的。出水COD和BOD₅與工藝改進前相似，硝化率相似，TN、TP出水濃度大為降低，去除率達到72.5% 和74.6%，由于氮、磷的去除消耗了碳源，因而工藝改進前后BOD₅、COD的去除機理不同。?
　　活性污泥鏡檢發現，菌膠團密實，在團狀結構中有不透光的核心。鐘蟲及采蓋蟲成株茂盛，數量極其多，很難發現游動型的后生動物如輪蟲等。污泥指數小、污泥沉降性能好的原因 在于：①間隙曝氣方式抑制了游動型后生動物的生長，菌膠團密實；②因超越初沉池，入流惰性物質與污泥絮體結合在一起，增加了污泥的體積質量；③保持50%以上的高回流比，污泥新鮮，利于沉降。?
　　當氣溫下降至4 ℃左右，BOD₅、COD的降解幾乎沒受影響，但硝化水平下降，出水NH₃-N上升至7.6mg/L，去除率下降至68%，總磷的去除率下降至63.2%。
　　連續流間隙曝氣工藝中，曝氣時有機物部分被好氧微生物分解利用，部分由兼性微生物作糖元貯存；NH₃-N被硝化桿菌最終氧化為NO₃^--N；溶解性磷鹽被聚磷菌吸收。不曝氣時，溶解氧被迅速消耗掉，開始了反硝化，入流帶來的有機物以及被貯存的糖元作電 子供體在 反硝化菌的作用下還原NO₃^--N為N₂；聚磷菌把低分子有機酸變為貯存在體內的PHB，并釋放PO₄^3-；活性污泥充分發揮其網捕和吸附功能，“過濾”污染物。

4 幾種工藝氮的去除途徑分析

　　氮的最終去除途徑是生成N₂或轉化入污泥。假設實際消耗的堿度包括入流NH₃-N硝化和有機氮氨化再硝化兩部分，那么由NH₃-N硝化的計算堿度與實際消耗堿度之差可以 推算出有機氮硝化消耗的堿度，從而推算出有機氮通過N₂和污泥途徑去除的量，確定總氮兩種去除途徑所占比例。各種工藝的計算結果如表4所示。

表4 氮去除分配表 工藝 △TN（mg/L)
流入-流出 有機氮（mg/L)
流入-流出 計算耗堿度（mg/L,CaCO₃)計 實際耗堿度（mg/L) N₂途徑（mg/L) 污泥途徑
（mg/L) N₂/△TN 污泥途徑/△TN 傳統工藝 29.0 22.0 163.0 215.0 21.6 7.4 74.5% 25.5% AO工藝 47.7 25.5 136.4 196.0 37.9 8.8 79.4% 18.4% 連續流間隙曝氣 26.7 13.3 79.1 83.5 13.8 12.1 51.7% 45.3%

　　連續流間隙曝氣工藝通過污泥途徑去除的氮最多，因而該工藝脫氮對BOD₅/TN的要求最低。?

5 結論

　　① 傳統活性污泥法經過較為簡單的工藝改進后，具備了良好的生物除磷脫氮功能。
　　② 工藝改進后，可節省部分用于曝氣的費用，但要求曝氣系統有更好的供氧能力，即供氧速率高。?
　　③ 由于城市污水中可被利用的有機物在保證脫氮(反硝化)之后所剩無幾，若要確保出水總磷小于1mg/L，有必要增加輔助除磷措施，如在進二沉池前加藥劑等。?
　　④ 連續流間隙曝氣工藝由污泥途徑去除的氮遠高于AO工藝，故間隙曝氣工藝的脫氮對有機 物依賴性更小。?

參考文獻：
　　[1］ Schonberger R. Wat Sci Tech, 1990,22(7.8):45-51.

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