純水設備解析同步脫氮除磷工藝中的矛盾關系及對策
【純水設備http://www.lifebond.com.cn】硝化細菌作為硝化過程的主要宿主，通常屬于自養(yǎng)專性好氧菌。即使在夏季，活性污泥的硝化作用也很弱，污泥齡小于5d。聚磷菌多為短代微生物。為了探索污泥年齡對生物除磷過程的影響，Rensink等(1985)利用表1總結了前人的研究成果，指出降低污泥年齡可以提高系統(tǒng)除磷效率。
聚磷微生物所需的泥漿齡期非常短。污泥齡在3.0 d左右時，系統(tǒng)仍能保持良好的除磷效率。此外，生物除磷是消除污泥過剩的唯一途徑。為了保證系統(tǒng)具有保持磷排放效果，高污泥系統(tǒng)的污泥齡也相應降低。顯然，硝化細菌與聚磷細菌在污泥時代存在著矛盾。如果污泥齡過高，不利于除磷;污泥齡過低，反硝化細菌不能存活，也可能影響后續(xù)污泥處理。針對污泥量大的矛盾，純水設備系統(tǒng)設計和運行的污水處理技術，所采取的措施一般是將污泥系統(tǒng)的使用年限控制在較窄的范圍內(nèi)，需要同時脫氮除磷。這種諧波，在實踐中證明是可行的。
為了充分發(fā)揮反硝化和降磷各自的優(yōu)勢，還可以采取另外兩種策略。
第一類是建立一個中間沉淀池和行為兩種污泥回流系統(tǒng),與不同的污泥微生物年齡前后的水平(見圖1)。第一階段有一個短泥齡和它的主要功能是除磷。二次污泥老化時間較長，主要作用是反硝化。該系統(tǒng)的優(yōu)點是成功地分離了兩種污泥齡不同的微生物。然而，這種過程也有局限性。一是兩套回淤系統(tǒng)，結合中間罐和內(nèi)部循環(huán)，使類工藝長而復雜。其次，該工藝改變了傳統(tǒng)的A2 / O工藝(見圖25)同時吸收和分離磷的硝化工藝，且所需的反應時間不能減少，從而導致工藝總停留時間變長。三是二次過程中容易出現(xiàn)碳源短缺，嚴重影響了脫氮效率。此外，由于磷的吸收和硝化都需要好氧條件，該過程所需的曝氣量也可能增加。
第二種方法是將填料置于A2/O工藝好氧區(qū)適當位置。由于硝化細菌可以生活在填料表面，不參與污泥回流，可以解決反硝化除磷過程中污泥年齡矛盾的問題。
但該工藝還必須解決以下問題:(1)灌裝后必須優(yōu)先給懸浮活性污泥充分的增殖機會，防止生物膜越來越多，MLSS越來越少;(2)保證攪拌強度充足，防止截留污泥在填料表面大量團聚體之間的充填效果;(3)填料的用量應適中，太少起不了作用，過多勢必會對污泥產(chǎn)生截留。此外，應仔細考慮填料的類型和布局。
2、碳源問題
碳是微生物生長需要要最大的營養(yǎng)元素.在脫氮除磷系統(tǒng)中,碳源大致上消耗于釋磷,反硝化和異養(yǎng)菌正常代謝等方面.其中釋磷和反硝化的反應速率與進水碳源中的易降解部分,尤其是揮發(fā)性有機脂肪酸(VFA)的數(shù)量關系很大. 一般來說,城市污水中所含的易降解COD的數(shù)量是十分有限的,以VFA為例,通常只有幾十mg/L.所以在城市污水生物脫氮除磷系統(tǒng)的釋磷和反硝化之間,存在著因碳源不足而引發(fā)的競爭性矛盾。
解決這一問題一般需要從兩個方面來考慮.一是從工藝外部采取措施,增加進水易降解COD的數(shù)量,例如取消初沉池, 純水設備污泥消化液回流,將初沉池改為酸化池等都有一定作用,還可考慮外加碳源的方法.二是從工藝內(nèi)部考慮,權衡利弊,更合理地為反硝化和釋磷分配碳源,常規(guī)脫氮除磷工藝總是優(yōu)先照顧釋磷的需要,把厭氧區(qū)放在工藝的前部,缺氧區(qū)置后.這種作法當然是以犧牲系統(tǒng)的反硝化速率為前提.但是,釋磷本身并不是脫氮除磷工藝的最終目的.就工藝的最終目的而言.把厭氧區(qū)前置是否真正有利,利弊如何,是值得進一步研究的.根據(jù)對厭氧有效釋磷可能并不是好氧過度吸磷充分必要條件的新認識,倒置A2/O工藝(見圖3)將缺氧區(qū)放在工藝最前端,厭氧區(qū)置后。經(jīng)過這種改變,脫氮菌可以優(yōu)先獲得碳源,反硝化速率得到大幅度提高.同時,原來困擾脫氮除磷工藝的硝酸鹽問題不存在了,所有污泥都將經(jīng)歷完整的釋磷和吸磷過程,除磷能力不僅未受影響,反而有所增強。這種新的碳源分配方式對脫氮除磷工藝的實踐和機理研究都有重要意義。
3、硝酸鹽問題
在常規(guī)A2/O工藝中,由于厭氧區(qū)在前,回流污泥不可避免地將一部分硝酸鹽帶入該區(qū).硝酸鹽的存在嚴重影響了聚磷蓖的釋磷效率,尤其當進水中VFA較少,污泥的含磷量又不高時,硝酸鹽的存在甚至會導致聚磷菌直接吸磷.所以在常規(guī)A2/O工藝框架下,如何避免硝酸鹽進入?yún)捬鯀^(qū)干擾釋磷一度成為研究熱點,并圍繞這一問題產(chǎn)生了諸如UCT工藝,JHB工藝,EASC工藝等,其中最著名的應屬UCT工藝(如圖4) 。
解決硝酸鹽問題的關鍵是如何在回流污泥進入?yún)捬鯀^(qū)之前,設法將其攜帶的硝酸鹽消耗掉.一種方法是在回流污泥進入?yún)捬鯀^(qū)之前,先進處一個附設的缺氧池,在這個缺氧池中回流污泥攜帶的硝酸鹽利用污泥本身的碳源反硝化。由于沒有外加碳源, 這種反硝化實際上多屬內(nèi)源代謝, 因此反硝化速率不高。作為對第一種方法的改進, 另一種方法通過投加外加碳源或引入一部分污水來提高附設缺氧池的反應速率。
UCT 工藝另辟蹊徑, 把常規(guī) A2/ O 工藝的缺氧區(qū)分為前后兩個部分( 如圖 4) 。內(nèi)循環(huán) 1 將硝化液從好氧區(qū)( O) 回流至缺氧區(qū)( A2) , 內(nèi)循環(huán)2將A2區(qū)前部的混合液循環(huán)至A1區(qū), 回流污泥不是直接進入A1區(qū), 而是先進入A2區(qū)前部。這種作法實際上是劃出一個小的缺氧區(qū)專門消耗回流污泥中的硝酸鹽, 故避免了回流污泥中的硝酸鹽對厭氧區(qū)的沖擊,改善了聚磷菌的釋磷環(huán)境。但是, 進入A2區(qū)前部的回流污泥實際上只有一小部分由內(nèi)循環(huán)2運至A1區(qū), 其余大部分未經(jīng)釋磷直接進入后續(xù)工藝。也就是說, 在所排除的剩余污泥中只有一小部分經(jīng)歷了完整的釋磷、吸磷全過程, 其實際除磷效果可能因此而大受影響。常規(guī)A2/O工藝實際上也存在類似缺陷。
4、系統(tǒng)的硝化和反硝化容量問題
硝化和反硝化是生物除磷脫氮系統(tǒng)密不可分的兩個過程。硝化不充分, 出水氨氮必然升高, 反硝化能力也發(fā)揮不出來; 反硝化不充分出水硝酸鹽就會上升。怎樣配置恰當?shù)南趸头聪趸萘?/span>, 充分發(fā)揮它們的潛力, 是脫氮除磷工藝設計和運行的一個重要問題。系統(tǒng)的硝化和反硝化能力首先是決定于各自相應區(qū)域的水力停留時間( 或有效容積) 。對于城市污水來說, 一般夏季的反硝化和硝化分別需要 1~ 2h和 3~ 4h, 考慮冬季低溫的影響通常確定反硝化時間為2~3h, 硝化時間為5~ 6h。決定硝化和反硝化能力的第二個因素是工藝布置形式。例如和常規(guī) A2/O工藝相比, 缺氧區(qū)前置的倒置A2/ O工藝可明顯提高系統(tǒng)反硝化能力。而在好氧區(qū)適當投放填料則會提高系統(tǒng)的硝化能力。
通過改變運行參數(shù)也可以對系統(tǒng)的硝化和反硝化能力進行調整。延長泥齡, 加強曝氣和攪拌, 有利于提高好氧區(qū)的硝化能力; 適當縮短泥齡, 降低溶解氧水平, 則有利于提高系統(tǒng)的反硝化能力。
對于前置反硝化來說, 內(nèi)循環(huán)比是十分重要的運行參數(shù), 對硝化、反硝化以及釋磷、吸磷都有重要影響。表面上, 內(nèi)循環(huán)是把硝化液從硝化區(qū)回流至反硝化區(qū)。在一定范圍內(nèi), 內(nèi)循環(huán)比越大, 出水硝酸鹽越少。但是, 純水設備內(nèi)循環(huán)給系統(tǒng)帶來的一個不可忽視的問題是, 硝化液中的溶解氧對缺氧環(huán)境具有破壞作用。當存在溶解氧時, 脫氮菌總是優(yōu)先利用游離氧作為電子受體氧化有機物南通純水設備, 反硝化過程因而被阻礙。而且, 隨著內(nèi)循環(huán)加大, 系統(tǒng)中的短流現(xiàn)象也會越來越明顯。所以即使不考慮動力消耗, 內(nèi)循環(huán)比也不宜過大。此外, 對于常規(guī) A2/ O 工藝, 若內(nèi)循環(huán)比過大, 則參與釋磷吸磷過程的污泥比例將會嚴重減少, 影響除磷效率。因此, 對于一定的工藝系統(tǒng),內(nèi)循環(huán)比應有一個恰當?shù)姆秶?/span>, 并隨水質、水量和溫度的變化而適當調整。
5、釋磷與吸磷的容量問題
釋磷和吸磷是相互關聯(lián)的兩個過程。一般認為, 聚磷菌只有經(jīng)過充分的厭氧環(huán)境并釋磷才能更好地吸磷, 而且, 也只有吸磷良好的聚磷菌才會在厭氧或缺氧條件下大量釋磷。關于釋磷、吸磷的機理至今還有許多方面尚未研究清楚。對于運行良好 城市污水生物脫氮除磷系統(tǒng)來說, 一般夏季的釋磷和吸磷時間分別需要115~ 215h和2~ 3h, 冬季低溫環(huán)境下兩者所需的時間均應適當延長。
在 A2/O工藝中, 吸磷和硝化是同步進行的, 而硝化時間較長, 故吸磷容量通常不成問題。從系統(tǒng)的角度看, 微生物的厭氧釋磷過程似更為關鍵。以往關于厭氧釋磷過程時間的確定, 多是就釋磷本身以釋磷曲線為依據(jù)進行研究的。但是, 釋磷并不是處理系統(tǒng)的最終目的, 當把釋磷和吸磷過程以及最終的除磷效果聯(lián)系起來進行考察時就會發(fā)現(xiàn), 單純按照上述方法來確定厭氧區(qū)的HRT是不充分的。根據(jù)有關厭氧歷時對除磷效率影響的研究表明: 在一定范圍內(nèi), 適當延長厭氧反應時間, 降低厭氧區(qū)氧化還原電位, 可以明顯提高系統(tǒng)的除磷效率。因此, 脫氮除磷工藝厭氧區(qū)的HRT 還應進一步延長, 例如夏季采用2~3h, 冬季采用3~4h。公司可根據(jù)客戶要求制作各種流量的純水設備，超純水設備及軟水處理設備。 實驗室水處理設備，南通純水設備。
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