硝化液回流比对改良型倒置A2/O系统脱氮除磷性能研究

于燿滏，范维利，郭 鑫

（沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168）

尽管我国规范了对污水治理的相关政策，但水体中的氮、磷含量超标的问题仍是为当今所热议的话题［1］。传统的A2/O工艺使污水依次经过厌氧环境、缺氧环境和好氧环境，通过不同菌种的代谢活动达到脱氮除磷的目的。但是硝化液回流中所携带的溶解氧、反硝化细菌与PAOs对碳源的争夺、不同菌种间SRT的矛盾依旧是影响其去除效果的因素［2］。张波等［3］为解决的 A2/O中存在的问题，提出倒置A2/O工艺，通过试验得出相较于传统A2/O其对氮、磷的处理效果均得到提升［4-5］。随着污水排放标准的严格把控以及单独使用倒置A2/O工艺的出水难以达到排放标准，致使城镇污水处理厂的改造成为现阶段首要目标［6］。

MBR在近些年得到了突破性发展［7］，其本质是将污水的生物处理技术与膜的过滤相协调［8］，MBR去掉了以往工艺中的二沉池，仅通过膜组件实现泥水分离，进一步节约了基建费用。普遍认为MBR对BOD与COD的去除能够保持较高的水准，但是对氮磷元素的去除效果不理想。因此，相关研究将常规的倒置A2/O与MBR相结合，建立倒置A2/O-MBR工艺［9-11］。通过膜的截留作用，给予世代周期较长的细菌充足的生长时间，并保持较高的污泥浓度［12］，以此来达到更好的效果。有研究表明，该系统中，富集在生物膜上的微生物主要为硝化细菌，而处于悬浮状态的活性污泥多数由异养细菌组成［13］。

倒置A2/O就是把污泥回流与消化液回流合二为一，形成一个混合液回流。尽管这样明显提高了氮元素的去除率，但是磷经过抑制-复苏-抑制-复苏的重复过程，其去除情况无法得以保证。因此，本试验在倒置A2/O系统的基础上对于回流设置进行更改，改制成污泥与硝化液分流。探究在不一样硝化液回流比的条件下，氮、磷元素的去除情况，并确定最好的硝化液回流比，为污水处理厂改建提供有效的理论依据。

1 试验

1.1 试验装置

本试验装置如图1所示。

图1 改良倒置A2/O-MBR工艺流程图

改良后的倒置A2/O-MBR系统是由有机玻璃制造，其中缺氧池、厌氧池、好氧池的有效容积分别为10L、10L、20L。缺氧池与厌氧池内设置搅拌器保持泥水充分混合，于好氧池底部设置曝气石条并通过气体流量计来控制好氧池DO以及保证好氧池泥水混合均匀，同时好氧池内设置中空纤维膜，通过膜组件抽离出处理完成的出水。

1.2 试验用水以及接种污泥

试验中的进水采取实验室人工模拟废水，进水以葡萄糖为碳源、NH4Cl为氮源、KH2PO4为磷源，保持进水中COD、TN和TP质量浓度分别为400mg/L，40mg/L和4mg/L。同时按需要配置CaCl2、MgSO4，同时通过投加Na2CO3与NaHCO3来维持进水的pH值。污泥泥种是取自抚顺某污水处理厂的二沉池回流污泥，理化特性如表1。

表1 反应器接种污泥理化特性

1.3 运行参数

改良倒置A2/O-MBR系统运行期间，控制温度为20～28℃，pH值为7.2～8.0，进水流量为3L/h，HRT为12h，污泥龄（SRT）为15d，污泥回流50%，Q缺∶Q厌为6∶4，维持缺氧池、厌氧池、好氧池的DO依次为0.3～0.6mg·L-1、0.2mg·L-1以下、2～2.5mg·L-1。试验进程中采用的消化液回流比，分别为：150%（工况一）、200%（工况二）、250%（工况三）。

1.4 分析项目及检测方法

按照《水和废水监测分析方法》的各项指标检测，仪器采取UV9100型分光光度计具体分析方法如表2所示。

2 结果与分析

2.1 硝化液回流比对COD去除效果的影响

在三种工况下，组合工艺对COD的去除效果如图2所示。

图2 硝化液回流比对COD去除效果的影响

从图2可以得到，在工况1条件下硝化液回流比对COD去除有些许的影响，出水COD浓度已逼近50mg·L-1，工况2和工况3对COD去除结果相差不多，影响较小。在硝化液回流比分别为150%、200%和250%时，出水COD平均质量浓度分别为40.40mg·L-1、31.24mg·L-1和32.22mg·L-1，COD的去除率分别为89.93%、92.22%和91.96%。因此，硝化液回流比对COD的去除效果影响较小，只有在低回流比时出水浓度比正常值稍高一点，主要是由于回流的硝化液较少，可供反硝化细菌正常微生物活动的电子受体减少，微生物活动受到限制，对污水中有机物的使用也就随之下降，导致出水中COD质量浓度略有升高；当r为200%和250%，出水COD质量浓度相差不多，但是回流比大，电动机就会长期处于高速转动，对电能消耗较多，综合考虑，还是r为200%时更经济。

2.2 硝化液回流比对NH4+-N去除效果的影响

在三种不同工况下，组合工艺对于NH4+-N的去除情况如图3所示。

图3 硝化液回流比对NH4+-N去除效果的影响

从图3可以得到，在不同工况下出水NH4+-N质量浓度均能维持在一个较低的水平，并且出水浓度相差不大，这说明硝化液回流比对NH4+-N去除效果影响较小。出水NH4+-N平均质量浓度分别为1.33mg·L-1、1.10mg·L-1和0.90mg·L-1，NH4+-N去除率分别为96.70%、97.30%和97.77%。这是由于影响NH4+-N去除的主要是好氧池DO、好氧池COD浓度等，在试验中溶解氧维持在上面已经研究过的最适宜溶解氧浓度范围内，并且流入到好氧池内的有机物基本在缺氧池和厌氧池内损耗的所剩无几，对硝化细菌正常生物活动基本不会造成影响，因此，出水NH4+-N浓度一直维持在较低水平。

2.3 硝化液回流比对TN去除效果的影响

在三种不同工况下，组合工艺对于TN的去除情况如图4所示。

图4 硝化液回流比对TN去除效果的影响

从图4可以得到，硝化液回流比是影响TN去除的决定性参数。在三个工况条件下，出水NO3--N平均质量浓度分别为13.62mg·L-1、7.85mg·L-1和9.40mg·L-1，出水TN质量浓度分别为15.37mg·L-1、9.49mg·L-1和10.82mg·L-1，TN去除率分别为61.84%、76.60%和73.16%。分析发现，在工况1条件下是由于回流比小，大量的NO3--N没有去除，导致出水中TN浓度升高，如果长期采用较小回流比还会造成反硝化菌群数量下降，对NO3--N和COD的消耗减少，影响处理效果；在工况2条件下，出水中NO3--N与TN浓度显著下降，回流比加大，反应池内大部分的NO3--N都被去除；在工况3条件下，即使回流比变大了，回流的硝化液增多，但出水结果并没有向更好的发展，因为回流液体中含有较高浓度的DO，降低缺氧池境况，使得反硝化细菌无法正常使用利用NO3--N，出水TN浓度略有上升。

2.4 硝化液回流比对TP去除效果的影响

在三种不同工况下，组合工艺TP的去除情况如图5所示。

图5 硝化液回流比对TP去除效果的影响

从图5可以得到，三种硝化液回流比对TP去除也会造成明显影响。0.70mg·L-1、0.43mg·L-1和0.53mg·L-1，去除率分别为82.82%、89.26%和86.82。从中可以看出，在工况1和3条件下，出水TP浓度高于0.5mg·L-1，工况2条件下出水TP质量浓度能够低于0.5mg·L-1，符合国家一级A的排放标准。通过阅读文献发现，厌氧池中的NO3--N拥有抑制PAOs的释磷的效果，从而减少其在好氧池内的吸磷动力［14］。伴随回流比的增加脱氮能力逐渐提升。而工况3时出现的出水TP含量上升是由于高硝化液回流比时回流大量的溶解氧，破坏厌氧环境，也不能充分地释放磷，使得出水TP浓度略有升高。

3 结语

（1）硝化液回流比对COD和NH4+-N去除没有多大影响，对TN和TP去除拥有很大的影响。

（2）在工况2和3时，TN和TP去除效果相当，但是工况3消耗电能更多，从经济效果角度出发，决定采用工况2的回流比，即回流比例200%，COD、NH4+-N、TN和TP出水平均浓度分别为 31.24mg·L-1、1.10mg·L-1、9.49mg·L-1和0.43mg·L-1。

（3）MBR替代以往工艺中的二沉池，这样可以使组合工艺内保持较高的污泥浓度，便于时代时间较长微生物的生长，同时污泥与硝化液分流的回流系统，避免聚磷菌反复经历抑制-复苏-抑制-复苏过程，提高系统除磷效果。