缺氧段反應(yīng)器接種污泥取自北京高碑店污水處理廠二沉池底泥，接種量為15g/L；好氧段污泥取自污水處理廠回流污泥，接種量為13g/L。
1.2 試驗方法1.2.1 反應(yīng)器的啟動 啟動初期采用高容積負荷、低水力負荷的運行方式(進水COD約為800mg/L，流量為50L/d)，啟動3周后直接進
生活污水，并將進水流量調(diào)至設(shè)計流量(100L/d)，此時出水COD 值平均為47mg/L，標志著啟動工作完成。
1.2.2 試驗內(nèi)容
① 對有機物的去除
a.保持基本運行工藝參數(shù)(見表1)不變且無回流，通過改變進水COD濃度來改變系統(tǒng)容積負荷，分別研究各種濃度下反應(yīng)器對有機物的處理效果。
b.保持HRT、pH值、DO等參數(shù)不變(見表1)，在0～200%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)回流比，比較反應(yīng)器對COD的去除情況。
表1 基本運行參數(shù)
| 項目 |
HRT(h) |
回流比(%) |
pH |
DO(mg/L) |
| 缺氧段 |
5 |
0～200 |
6～7 |
≤0.5 |
| 好氧段 |
3 |
0～200 |
7～8 |
≥2.0 |
② 對SS的去除
保持HRT、pH值、DO等參數(shù)不變(見表1)，考察不同回流比、不同容積負荷條件下反應(yīng)器對SS的去除效果。?
③ 對氮的去除
a.保持HRT、pH值、DO等參數(shù)不變(見表1)，比較不同回流比(0～200%)下反應(yīng)器對氨氮和總氮的去除情況。?
b.當回流比為200%，保持表1中其他工藝參數(shù)不變，調(diào)節(jié)缺氧段、好氧段堿度以考察pH值和堿度變化對反應(yīng)器脫氮效果的影響。
1.3 測定項目
水樣為日平均樣，每天測定進、出水的COD、SCOD、SS、pH值、堿度，不定時測定進、出水的BOD5，均采用標準測定方法。?
2 結(jié)果與討論
2.1 對有機物的去除
2.1.1 對不同濃度污水的處理效果比較
為考察不同進水COD濃度下的處理效果，試驗按低濃度(COD為190～380mg/L、SCOD為98～133mg/L)、中等濃度(COD為428～525mg/L、SCOD為288～440mg/L)、高濃度(COD為553～659mg/L、SCOD為423～518mg/L)3個階段進行，其中低濃度時直接采用
生活污水，中、高濃度時則在原水中加入工業(yè)葡萄糖。試驗結(jié)果見表2和圖2。
表2 反應(yīng)器在不同進水有機物濃度時的去除效果
| 項 目 |
低濃度 |
中等濃度 |
高濃度 |
| 進水(mg/L) |
COD |
281 |
476 |
606 |
| SCOD |
110 |
365 |
470 |
| 出水(mg/L) |
COD |
28 |
50 |
72 |
| SCOD |
26 |
42 |
56 |
| 去除率(%) |
COD |
90.0 |
89.5 |
88.1 |
| SCOD |
76.4 |
88.5 |
88.0 |
從表2和圖2可以看出，進水有機物濃度的提高主要體現(xiàn)在溶解性有機物部分，隨著原水COD提高，出水的COD、SCOD濃度也相應(yīng)上升，但即使進水COD在600mg/L左右，出水仍能保持在100mg/L以下。原水COD濃度與反應(yīng)器出水COD濃度經(jīng)過擬合得到一條曲線(表達式見式1)。通過這條曲線可以根據(jù)進水有機物濃度初步預(yù)測在試驗運行條件下反應(yīng)器出水有機物的大致濃度。?
? y?=0.000 2x
2-0.033 6x+21.347 (1)?
? R
2=0.989 2?
式中 ?x——進水有機物濃度，mg/L?
? y——出水有機物濃度，mg/L?
? R——相關(guān)系數(shù)?
2.1.2 不同回流比對有機物處理效果的影響
將
沉淀池出水回流至反應(yīng)器進水口，考察COD去除率隨回流比變化的情況(見表3)。
表3 不同回流比時COD的去除情況
| 回流比(%) |
進水COD(mg/L) |
缺氧段出水COD(mg/L) |
缺氧段 去除率*(%) |
出水COD(mg/L) |
好氧段去除率(%) |
總?cè)コ?%) |
| 50 |
357.8 |
257.0 |
31.7 |
49.1 |
54.1 |
85.8 |
| 100 |
313.4 |
166.9 |
8.3 |
50.6 |
75.5 |
83.8 |
| 150 |
430.8 |
193.8 |
18.8 |
46.3 |
70.5 |
89.3 |
| 200 |
371.8 |
189.1 |
8.2 |
40.2 |
81.0 |
89.2 |
| 注：*考慮了沉淀池污泥回流對原水的稀釋作用。 |
由表3可以看出，提高回流比有利于反應(yīng)器對有機物的去除，尤其對好氧段去除率的提高較為明顯，但對COD的總?cè)コ视绊懮跷ⅰＴ瓸OD
5值為100～160mg/L，出水BOD
5值為6～14mg/L(平均為8.3mg/L)，回流比的改變對出水BOD
5值的影響也不顯著。?
2.2 對SS的去除
反應(yīng)器好氧段采用生物膜法保證了出水SS值較低。進水SS為230～495mg/L(平均410mg/L)時，在正常運行條件下出水外觀清澈良好，SS一般難以檢出(從未超過10mg/L)，絕大多數(shù)情況下對SS去除率能夠保證高于95%。?
2.3 對氮的去除
將
沉淀池出水回流到進水口可形成“前置式反硝化生物脫氮系統(tǒng)”，污水中的含氮有機物在缺氧段被異養(yǎng)微生物氨化，在好氧段中由硝化菌將氨氮硝化，最后NO
2-和NO
3-隨沉淀池出水回流到缺氧段，再由反硝化菌將它們還原為N
2以提高脫氮效果。?
#p#分頁標題#e#2.3.1 回流比對氨氮去除效果的影響 試驗過程中以生活污水為原水(COD平均為334mg/L，氨氮平均為32.3mg/L)， 而氨氮的去除效果隨反應(yīng)器設(shè)置的回流比不同而有所變化(見表4)。
表4 不同回流比時對氨氮的去除效果
| 回流比(%) |
進水氨氮(mg/L) |
出水氨氮(mg/L) |
去除率(%) |
| 0 |
34.4 |
10.9 |
68.2 |
| 100 |
39.0 |
10.0 |
74.4 |
| 150 |
29.2 |
8.47 |
71.0 |
| 200 |
32.0 |
8.22 |
74.3 |
由表4可以看出，將出水回流有利于氨氮的去除。回流比增加到100%，對氨氮的去除率比沒有回流時有明顯提高；繼續(xù)加大回流比對提高氨氮去除率沒有顯著效果。氨氮經(jīng)硝化、亞硝化產(chǎn)生的NO3-、NO2-在好氧區(qū)也有明顯增高(見圖3，取樣口的編號0代表原水，1代表缺氧區(qū)出口，2代表好氧區(qū)20cm處，3代表好氧區(qū)60cm處，4代表沉淀池出水)。
2.3.2 回流比對總氮去除的影響
有機氮在A/O反應(yīng)器的缺氧區(qū)降解為氨氮，并與原水中的氨氮一起在好氧段進行硝化、亞硝化反應(yīng)。當采用回流運行時有占氮總量［R/(R+1)］的NO3-、NO2-隨沉淀池出水回流進入缺氧區(qū)而被反硝化菌利用還原為N2。假設(shè)以上過程中各種形態(tài)氮的轉(zhuǎn)化率都能達到100%，在此理想狀態(tài)下A/O工藝對總氮的去除率η為：
? η=R/(R+1)×100% (2)?
式中 ?η——去除率
? R——回流比?
根據(jù)式(2)可以計算出對應(yīng)于不同的回流比反應(yīng)器對總氮去除率的理論值，與試驗數(shù)據(jù)進行比較的結(jié)果見表5。?
從表5可以看出，隨回流比增大總氮實際去除率也隨之提高，這與理論值的變化趨勢相符。由于A/O工藝缺氧段的反硝化主要以回流水中的NO-3、NO2-為原料，所以好氧段的硝化反應(yīng)效率也會直接影響總氮去除效果。
表5 不同回流比時的總氮去除效果
| 回流比(%) |
總氮理論去除率(%)η=R/(R+1)×100% |
總氮實際平均去除率(%) |
進水總氮(mg/L) |
出水總氮(mg/L) |
| 100 |
50 |
40.4 |
40.8 |
25.4 |
| 200 |
66.7 |
57.3 |
45.4 |
20.9 |
2.3.3 pH值和堿度對脫氮效果的影響
按照生活污水中有40mg/L氨氮被氧化成NO3-(堿度/氨氮=8.85)來計算，好氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)硝化反應(yīng)正常進行需要堿度為354 mg/L(以CaCO3計)，而進入好氧段的污水中堿度平均為210mg/L，可見原水經(jīng)過缺氧段處理后堿度不能滿足硝化反應(yīng)的需要，理論上生活污水中需要投加144mg/L的CaCO3(相當于153mg/L的Na2CO3)。當回流比為200%時投加Na2CO3以滿足堿度需求的前后對照試驗見圖4。?
由圖4可見，堿度是硝化過程中的一個重要影響因素，如果堿度控制不當會對氨氮去除產(chǎn)生不利影響。
除了回流比、pH值和堿度等因素外，DO濃度對脫氮效果也有著較大影響。因缺氧段的反硝化菌是異養(yǎng)兼性厭氧菌，所以缺氧區(qū)內(nèi)的DO濃度控制在0.5mg/L以下就不會影響 其內(nèi)部微生物正常的繁殖代謝。對于好氧區(qū)，DO高有利于有機物降解和氨氮的硝化，因硝化菌是強好氧菌，應(yīng)保證好氧區(qū)DO濃度控制在2～4mg/L。?
3 結(jié)論
① 升流式一體化A/O反應(yīng)器對
城市生活污水的處理效果良好，在溫度為10～30℃、停留時間為8h的情況下正常運轉(zhuǎn)的反應(yīng)器對COD平均去除率為83%，BOD
5平均去除率為91%，對SS平均去除率＞95%，對氨氮平均去除率為71%。在回流比為200%時對總氮平均去除率為57%，隨著回流比增大則反應(yīng)器抗沖擊負荷能力增強，對有機物、氨氮、總氮的去除率有所增加。綜合考慮增大回流比帶來的能耗問題，最佳回流比為200%。
② 為保證好氧區(qū)硝化菌的活性，DO應(yīng)保持在2～4mg/L，應(yīng)通過投加碳酸鹽堿度控制pH值在7.5～8.5；缺氧區(qū)DO應(yīng)保持在0.5 mg/L以下，pH值應(yīng)控制在6以上。
③ 該工藝結(jié)構(gòu)緊湊、占地小、處理成本較低。
④ 該工藝耐有機物沖擊負荷，工作穩(wěn)定簡單、運行管理容易，而且可根據(jù)不同需要調(diào)整運行方式，適應(yīng)性強。
⑤ 好氧區(qū)因采用生物膜法而無污泥上浮現(xiàn)象，污泥產(chǎn)量少，在污泥回流情況下沉淀池可數(shù)月不排泥。
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