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在城市生活污水处理厂,传统活性污泥工艺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、磷较多的污水排放到湖泊或海湾等相对封闭的水体,则会产生富营养化导致水体水质恶化或湖泊退化,影响其使用功能。因此,在对污水中的BOD5和SS进行有效去除的同时,还应根据需要,考虑污水的脱氮除磷。其中A-A-O(厌氧-缺氧-好氧)为同步生物脱氮除磷工艺的一种。

一、工艺原理及过程

A-A-O生物脱氮除磷工艺是活性污泥工艺,在进行去除BOD、COD、SS的同时可生物脱氮除磷。

在好氧段,硝化细菌将入流污水中的氨氮及由有机氮氨化成的氨氮,通过生物硝化作用,转化成硝酸盐;在缺氧段,反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用,转化成氮气逸入大气中,从而达到脱氮的目的;在厌氧段,聚磷菌释放磷,并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物;而在好氧段,聚磷菌超量吸收磷,并通过剩余污泥的排放,将磷去除。

以上三类细菌均具有去除BOD5的作用,但BOD5的去除实际上以反硝化细菌为主。污水进入曝气池以后,随着聚磷菌的吸收、反硝化菌的利用及好氧段的好氧生物分解,BOD5浓度逐渐降低。在厌氧段,由于聚磷菌释放磷,TP浓度逐渐升高,至缺氧段升至最高。

在缺氧段,一般认为聚磷菌既不吸收磷,也不释放磷,TP保持稳定。在好氧段,由于聚磷菌的吸收,TP迅速降低。在厌氧段和缺氧段,NH3-N浓度稳中有降,至好氧段,随着硝化的进行,NH3-N逐渐降低。

在缺氧段,由于内回流带入大量NO3-N,NO3-N瞬间升高,但随着反硝化的进行,NO3-N浓度迅速降低。在好氧段,随着硝化的进行,NO3-N浓度逐渐升高。

二、A-A-O脱氮除磷系统的工艺参数及控制

A-A-O生物脱氮除磷的功能是有机物去除、脱氮、除磷三种功能的综合,因而其工艺参数应同时满足各种功能的要求。如能有效地脱氮或除磷,一般也能同时高效地去除BOD5。但除磷和脱氮往往是相互矛盾的,具体体现的某些参数上,使这些参数只能局限在某一狭窄的范围内,这也是A-A-O系统工艺系统控制较复杂的主要原因。

1.F/M和SRT。完全生物硝化,是高效生物脱氮的前提。因而,F/M(污泥负荷)越低,SRT(污泥龄)越高。脱氮效率越高,而生物除磷则要求高F/M低SRT。A-A-O生物脱氮除磷是运行较灵活的一种工艺,可以以脱氮为重点,也可以以除磷为重点,当然也可以二者兼顾。如果既要求一定的脱氮效果,也要求一定的除磷效果,F/M一般应控制在0.1-0.18㎏BOD5/(kgMLVSS˙d),SRT一般应控制在8-15d。

2.水力停留时间。水力停留时间与进水浓度、温度等因素有关。厌氧段水力停留时间一般在1-2h范围内,缺氧段水力停留时间1.5-2.0h,好氧段水力停留时间一般应在6h。

3.内回流与外回流。内回流比r一般在200-500%之间,具体取决于进水TKN浓度,以及所要求的脱氮效率。一般认为,300-500%时脱氮效率最佳。内回流比r与除磷关系不大,因而r的调节完全与反硝化工艺一致。

4.溶解氧(DO)。厌氧段DO应控制在0.2mg/L以下,缺氧段DO应控制在0.5mg/L以下,而好氧DO应控制在2-3mg/L之间。因生物除磷本身并不消耗氧,所以A-A-O脱氮除磷工艺曝气系统的控制与生物反硝化系统一致。

5.BOD5/TKN与BOD5/TP。对于生物脱氮来说,BOD5/TKN至少应大于4.0,而生物除磷则要求BOD5/TP﹥20。运行中应定期核算入流污水水质是否满足BOD5/TKN﹥4.0,BOD5/TP﹥20。如果其中之一不满足,则应投加有机物补充碳源。为了提高BOD5/TKN值,宜投加甲醇做补充碳源。为了提高BOD5/TP值,则宜投加乙酸等低级脂肪酸。

6.PH控制及碱度核算。A-A-O生物除磷脱氮系统中,污泥混合液的PH应控制在7.0之上;如果PH﹤6.5,应外加石灰,补充碱度不足。

三、工艺运行异常问题的分析与排除

传统活性污泥工艺的故障诊断及排除技术,一般均适用于A-A-O脱氮除磷系统。如果某处理厂控制水质目标为:BOD5≦25mg/L;SS≦25mg/L;NH3-N≦3mg/L;NO3-N≦7mg/L;TP≦2mg/L。则当实际水质偏离以上数值时,属异常情况。

现象一:TP﹤2mg/L,NH3-N﹤2mg/L,NO3N﹥7mg/L。

其原因及解决对策如下:

1.内回流比太小。增大内回流。

2.缺氧段DO太高。如果DO﹥0.5mg/L,则首先检查内回流比r是否太大。如果太大,则适当降低。另外,还应检查缺氧段搅拌强度是否太大,形成涡流,产生空气复氧。

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

其原因及解决对策如下:

1.好氧段DO不足。如果1.5﹤DO﹤2.0mg/L,则可能只满足BOD5分解的需要,而不满足硝化的需要,应增大供气量,使DO处于2-3mg/L。

2.存在硝化抑制物质。检查入流中工业废水的成分,加强上游污染源管理。

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

其原因及解决对策如下:

1.入流BOD5不足。检查BOD5/TKN是否大于4,BOD5/TP是否大于20,否则应采取增加入流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。检查缺氧段DO值,如果DO﹥0.5mg/L,则应采取措施,见“现象一”。外回流比太大,把过量的NO3-N带入了厌氧段,应适当降低回流比。

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

其原因及解决对策如下:

1.泥龄太长。可适当增大排泥,降低SRT。

2.厌氧段DO太高。如果DO﹥0.2mg/L,则应寻找DO升高的原因并予以排除。首先检查是否搅拌强度太大,造成空气复氧,否则检查回流污泥中是否有DO带入。

3.入流BOD5不足。检查BOD5/TP值。如果BOD5/TP﹤20,则应外加碳源。

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