高排放标准氧化沟同步脱氮除磷影响因素研究

摘要

随着我国环保法规的不断完善，国家对节能减排的要求越来越高，城市污水处理厂出水水质排放标准也随之提高，传统工艺已不能满足污水达标排放的要求，尤其是氮磷无法达标排放，因此许多城市污水处理厂面临着工艺升级改造的挑战，脱氮除磷工艺也开始受到重视。
　　 近十年来，氧化沟工艺逐渐成为我国应用广泛的主流污水处理工艺之一。我国现阶段也拥有自己独立设计的卡鲁塞尔氧化沟工艺，并且已经逐步投入实际工程运行之中。其中卡鲁塞尔氧化沟因为具有运行管理简单，剩余污泥状态稳定，不用再进行污泥消化处理，对污泥的后续处理工艺要求简单等优点。但是采用卡鲁塞尔氧化沟工艺的城市污水处理厂也存在能耗高、氮磷排放不达标等问题，所以这一类城市污水处理厂同样面临着工艺升级改造的挑战，尤其是脱氮除磷方面的工艺改造。
　　 在卡鲁塞尔氧化沟工艺中，影响污水中氮、磷去除的主要因素有3类：第1类是工况因素，例如负荷率、污泥浓度(MLSS)、碳氮比(C/N)等；第2类是运行方式，例如污泥龄(SRT)、污泥回流比(R)、曝气量(V)、水力停留时间(HRT)、容积比(n)；第3类是环境因素，例如溶解氧(DO)、温度(T)、和pH值等。目前，由于污水排放标准提高到《城镇污水厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准(TP≦0.5mg/L，NH3-N≦5mg/L，TP≦15mg/L)，卡鲁塞尔氧化沟污水处理工艺必须同时具有去除有机物和脱氮除磷的功能，这就要求卡鲁塞尔氧化沟污水处理系统中各个运行参数必须相互协调，以确保污水生物处理过程中有机物和氮、磷都能得到高效的去除。因此，如何在污水生物处理过程中有效去除有机物的同时进行深度脱氮除磷成为卡鲁塞尔氧化沟污水处理领域的研究热点之一，这就需要我们更加深入地进行卡鲁塞尔氧化沟内污染物去除机理和影响因素研究，并在此基础上开发出提高污水处理效果的工艺控制策略和节能降耗的高效工艺。
　　 试验使用卡鲁塞尔氧化沟小试模型，通过改变其运行工况，在不同污泥龄、不同水力停留时间、不同曝气量、和不同污泥回流比条件下，考察这些工艺运行参数对氧化沟内污染物去除效果的影响，同时研究了部分工艺运行参数对活性污泥在厌氧段释磷和好氧段吸磷的影响；实验后期继续使用卡鲁塞尔氧化沟小试模型研究氧化沟内厌氧区段、好氧区段、缺氧区段不同功能区的容积比例对生物除磷过程的影响。最终确定出卡鲁塞尔氧化沟生物强化除磷系统的最佳工况和最优容积比，构建卡鲁塞尔氧化沟内生物强化除磷最佳宏观环境条件，为传统卡鲁塞尔氧化沟沟内生物强化除磷提供技术参照。
　　 通过实验得出以下结论：
　　 ①缺氧区与好氧区的最佳容积比为0.64左右。当缺氧区与好氧区的容积比增大时，系统的出水水质变好，增加缺氧区与好氧区的容积比有利于降低曝气能耗，减少运行费用，通过计算表明容积比为0.64时的曝气能耗要比容积比为0.35时节省约17％。
　　 ②卡鲁塞尔氧化沟系统的最优曝气量在82 L/min左右，曝气量太低时，好氧段的DO长期处于2 mg/L以下，DO太低会影响氧化沟系统的硝化效果。当卡鲁塞尔氧化沟的曝气量分别为70 L/min、82 L/min、90 L/min时，曝气量对COD去除率的影响并不显著。
　　 ③当SRT为15d时，系统出水各项指标较好。在不同的SRT条件下，TP去除率变化明显。随着SRT的延长，TP去除率不断降低，当SRT由5d提高到15d时，TP的去除率由92.96%下降到51.80%。因此，污泥龄越短，除磷效果也就越好。
　　 ④当HRT在12h到15h之间时，系统出水各项指标较好。水力停留时间长有利于反硝化反应的进行，水力停留时间短则抑制反硝化反应的进行。
　　 ⑤氧化沟系统的污泥回流比适宜控制在90%左右，此时系统出水各项指标较好。当系统污泥回流比较低时，从二沉池回流到厌氧池的硝酸盐量也较少，反硝化菌的反硝化作用受到影响，从而影响总氮的去除。