AAO工艺强化脱氮的研究

刘义忠 安 鹏

（扬州市洁源排水有限公司 江苏扬州 225000）

引言

城市污水中氮的排放是造成水体富营养化的重要原因，如何实现高效脱氮是当前我们研究的难点之一。城市污水处理是一种高能耗行业，通过工艺调控，合理配置能源，具有很强的现实意义[1]。AAO工艺具有工艺流程简单、运行管理方便等优点，在我国城市污水处理厂中得到广泛的应用。对于该工艺的运行调控不仅涉及到复杂的水力学及生物学过程，还受到环境条件和进水负荷变化的影响[2]。如果缺少有效的运行调控策略将导致脱氮效果不理想、运行不稳定、能耗高等问题。因此，本文研究通过调节混合液回流比、污泥回流比和好氧段DO浓度这三个运行参数，摸索AAO工艺高效脱氮运行参数。

1 试验方法

1.1 工艺流程图

图1 AAO工艺流程

1.2 试验用水

试验用水来自于扬州市某污水厂，其进水COD、TN和NH3-N浓度可达到 200、35、25mg/L。

1.3 试验装置

试验所用的AAO小试装置，为有机玻璃制成，有效容积为10L，缺氧池设置磁力搅拌器搅拌，防止污泥沉淀；好氧池采用电动搅拌机及曝气装置进行曝气，置于25℃恒温室中。

图2 小试装置流程

1.4 试验方法

COD的测量采用快速消解分光光度法；TN的测量采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法；NH3-N的测量采用纳氏试剂分光光度法。

2 结果与讨论

2.1 污泥回流比对COD、TN和NH3-N的影响

保证其他条件不变，调整污泥回流比分别为60%、70%、80%、90%、100%，设计以下五种工况：

表1 五种不同污泥回流比的工况设计参数

图3 不同污泥回流比下各项指标的去除特征

表2 各工况下进出水数据

不同污泥回流比下COD、NH3-N、TN去除率如图3所示，在试验条件下，COD的去除率均保持在83%以上；NH3-N的去除率保持在93%以上；TN的去除率保持在69%以上。

提升污泥回流比，可以使污泥浓度增大，有助于提升有机物的去除率。然而随着污泥回流比不断提升，有机物的去除率开始降低。是因为，回流的污泥中携带了大量的氧。过多的氧会抑制反硝化的进行，不利于氮的去除[3]。此外，大量的污泥回流导致了各个单元的污泥沉积，影响有机物的去除效果[4]。因此，考虑去除率与能耗因素，我们选取污泥回流比为80%。

2.2 混合液回流比对COD、TN和NH3-N的影响

保证其他条件不变，调整污泥回流比分别为100%、150%、200%、250%、300%，设计以下五种工况：

表3 五种不同混合液回流比的工况设计参数

表4 各工况下进出水数据

不同混合液回流比下COD、NH3-N、TN去除率特征如图4所示，COD的去除率均保持在83%以上；NH3-N的去除率保持在95%以上；TN的去除率保持在69%以上，随着混合液回流比的增大，TN的去除率先升高后降低。

AAO工艺中最大脱氮的理论公式η=（r+R）/（1+r+R），这五种工况下理论最大总氮去除率应为61.5%、67.7%、72.2%、75.6%、78.3%[5]。当混合液回流比在100%-150%之间时，TN的实际去除率略高于理论去除率，出现这种情况的原因可能是：①水中的氮有部分用于分子细胞的合成；②系统中可能存在同步硝化反硝化作用，在实际污水处理厂中普遍会出现同步硝化反硝化现象[6]。当混合液回流比在200%-300%之间时，TN的实际去除率低于理论去除率，发生该现象的原因可能是：大量的溶解氧回流，抑制了反硝化作用。此外，随着混合液回流比的提高，厌氧池的水力停留时间减少，同样也会导致反硝化速率降低。

图4 不同混合液回流比下各项指标的去除特征

考虑TN的去除以及能耗，选取混合液回流比200%为最优参数。

2.3 DO对COD、TN和NH3-N的影响

表5 五种不同DO的工况设计参数

表6 各工况下进出水数据

不同DO值下COD、NH3-N、TN去除率特征如图5所示，在试验条件下，COD的去除率均保持在83%以上；NH3-N的去除率保持在92%以上，NH3-N的去除率随着DO的提升而提升；TN的去除率保持在68%以上，随着DO值的增大，TN的去除率先升高后降低。

AAO工艺中，DO值对硝化菌的生长有很大影响，当DO大于2mg/L时，可以维持硝化反应的正常进行，如图5中所示，DO在 2-3mg/L时，NH3-N的去除率呈稳步上升趋势，当DO浓度大于3mg/L时，NH3-N的去除率上升趋势开始减缓，这是由于DO的浓度过高，有机物分解过快，微生物缺少营养，活性污泥老化[7]；TN的去除率先上升后下降则是因为DO值过高，对反硝化产生了抑制作用。综合有机物的去除率以及能耗来考虑，DO的最优参数应为3mg/L。

2.4 最佳运行参数下系统有机物含量的变化

图5 不同DO值下各项指标的去除特征

表7 最佳运行参数下系统内有机物的变化

结语

试验结果选取污泥回流比80%，混合液回流比200%，DO值为3mg/L为最优参数。在最佳运行参数下，系统COD、NH3-N、TN的去除率分别为87.2%、97.5%、73.6%，出水质量浓度分别为32、0.68、10.21mg/L,出水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A排放标准。

参考文献

[1]李柏林,章文琴,张智,等.污泥运行指标对A/A/O氧化沟生物脱氮的影响研究[J].工业水处理,2014,34(5):28-32.

[2]张驰.A/A/O氧化沟工艺深度脱氮协同生物除磷研究[D].重庆大学,2012.

[3]程庆锋.改良氧化沟工艺节能降耗优化策略与工程实践研究[D].河南师范大学,2011.

[4]王泽宇.污泥回流式沉淀池运行条件优化及其效果分析研究[D].重庆交通大学,2011.

[5]张璇,文一波,孙星凡,等.A/O改进工艺脱氮效率分析[J].水科学与工程技术,2008(s2):15-17.

[6]赵玲,张之源.复合SBR系统中同步硝化反硝化现象及其脱氮效果[J].工业用水与废水,2002,33(2):4-6.

[7]辛志东.水处理过程中DO值控制的研究[D].大连理工大学,2006.