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70%污水廠的脫氮除磷問題,不妨試試這3種解決方案
2023年08月16日
01

基于SRT矛盾的復合式

A2/O工藝在傳統(tǒng)A2/O工藝的好氧區(qū)投加浮動載體填料,使載體表面附著生長自養(yǎng)硝化菌,而PAOs和反硝化菌則處于懸浮生長狀態(tài),這樣附著態(tài)的自養(yǎng)硝化菌的SRT相對獨立,其硝化速率受短SRT排泥的影響較小,甚至在一定程度上得到強化。

懸浮污泥SRT、填料投配比及投配位置的選擇不僅要考慮硝化的增強程度,還要考慮懸浮態(tài)污泥含量降低對系統(tǒng)反硝化和除磷的負面影響。

載體填料的投配并不意味可大幅度增加系統(tǒng)排泥量,縮短懸浮污泥SRT以提高系統(tǒng)除磷效率;相反,SRT的縮短可能降低懸浮態(tài)污泥(MLSS)含量,從而影響系統(tǒng)的反硝化效果,甚至造成除磷效果惡化。

研究表明,當懸浮污泥SRT控制為5d時,復合式A2/O工藝的硝化效果與傳統(tǒng)A2/O工藝相比,兩者的硝化效果無明顯差異,復合式A2/O工藝的載體填料不能完全獨立地發(fā)揮其硝化性能;若再降低懸浮污泥SRT則因系統(tǒng)懸浮污泥含量的降低致使硝酸鹽積累,影響厭氧磷的正常釋放。

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02

基于“碳源競爭”角度的工藝

解決傳統(tǒng)A2/O工藝碳源競爭及其硝酸鹽和DO殘余干擾釋磷或反硝化的問題,主要集中在3方面:

  • 針對碳源競爭采取的解決策略,如補充外碳源、反硝化和釋磷重新分配碳源(如倒置A2/O工藝)等;

  • 解決硝酸鹽干擾釋磷提出的工藝改革,如JHB、UCT、MUCT等工藝;

  • 針對DO殘余干擾釋磷、反硝化的問題,可在好氧區(qū)末端增設適當容積的“非曝氣區(qū)”。

1、補充外碳源

補充外碳源是在不改變原有工藝池體結(jié)構(gòu)及各功能區(qū)順序的情況下,針對短期內(nèi)因水質(zhì)波動引起碳源不足而提出的應急措施。一般供選擇的碳源可分為2類:

(1)甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸鈉等有機化合物;

(2)可替代有機碳源,如厭氧消化污泥上清液、木屑、牲畜或家禽糞便及含高碳源的工業(yè)廢水等。相對糖類、纖維素等高碳物質(zhì)而言,因微生物以低分子碳水化合物(如,甲醇、乙酸鈉等)為碳源進行合成代謝時所需能量較大,使其更傾向于利用此類碳源進行分解代謝,如反硝化等。

任何外碳源的投加都要使系統(tǒng)經(jīng)歷一定的適應期,方可達到預期的效果。

針對要解決的矛盾主體選擇合適的碳源投加點對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和節(jié)能降耗至關重要。一般在厭氧區(qū)投加外碳源不僅能改善系統(tǒng)除磷效果,而且可增強系統(tǒng)的反硝化潛能;但是若反硝化碳源嚴重不足致使系統(tǒng)TN脫除欠佳時,應優(yōu)先考慮向缺氧區(qū)投加。

2、倒置A2/O工藝及其改良工藝

傳統(tǒng)A2/O工藝以犧牲系統(tǒng)的反硝化速率為前提,優(yōu)先考慮釋磷對碳源的需求,而將厭氧區(qū)置于工藝前端,缺氧區(qū)后置,忽視了釋磷本身并非除磷工藝的目的所在。

從除磷角度分析可知,倒置A2/O工藝還具有2個優(yōu)勢:

  • “饑餓效應”。PAOs厭氧釋磷后直接進入生化效率較高的好氧環(huán)境,其在厭氧條件下形成的攝磷驅(qū)動力可以得到充分地利用。

  • “群體效應”。允許所有參與回流的污泥經(jīng)歷完整的釋磷、攝磷過程。然而有研究者認為,倒置A2/O工藝的布置形式。

3、JHB、UCT及改良UCT工藝

與分點進水倒置A2/O工藝相比,JHB(亦稱A+A2/O工藝)和UCT工藝的設計初衷是通過改變外回流位點以解決硝酸鹽、DO殘余干擾釋磷。

JHB工藝中的氮素的脫除主要發(fā)生在污泥反硝化區(qū)和缺氧區(qū),且兩者的脫除量相當,污泥反硝化區(qū)的設置改變了氮素在各功能區(qū)的分配比例,使厭氧區(qū)能夠更好地專注于釋磷。

與倒置A2/O工藝相同,對于低C/N進水而言,JHB工藝污泥反硝化區(qū)的設置可能會引起后續(xù)各功能區(qū)的碳源不足,為此也有必要采用分點進水方式。

與倒置A2/O工藝不同,UCT工藝是在不改變傳統(tǒng)A2/O工藝各功能區(qū)空間位置的情況下,污泥先回流至缺氧區(qū),使其經(jīng)歷反硝化脫氮后,再通過缺氧區(qū)的混合液回流至厭氧區(qū),避免了回流污泥中硝酸鹽、DO對厭氧釋磷的干擾。

在進水C/N適中的情況下,缺氧區(qū)的反硝化作用可使回流至厭氧區(qū)的混合液中硝酸鹽的含量接近于0;而當進水C/N較低時,UCT工藝中的缺氧區(qū)可能無法實現(xiàn)氮的完全脫除,仍有部分硝酸鹽進入?yún)捬鯀^(qū),因此又產(chǎn)生了改良UCT工藝(MUCT)。

與UCT工藝相比,MUCT將傳統(tǒng)A2/O工藝中的缺氧區(qū)分隔為2個獨立區(qū)域,前缺氧區(qū)接受來自二沉池的回流污泥,后缺氧區(qū)接受好氧區(qū)的硝化液,從而使外回流污泥的反硝化與內(nèi)回流硝化液的反硝化完全分離,進一步減少了硝酸鹽對厭氧釋磷的影響。

無論UCT還是MUCT,回流系統(tǒng)的改變強化了厭氧、缺氧的交替環(huán)境,使其與JHB一樣,缺氧區(qū)容易富集反硝化PAOs,實現(xiàn)同步脫氮除磷。

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03

兼顧SRT矛盾及“碳源競爭”工藝

1、新型雙污泥脫氮除磷工藝

新型雙污泥脫氮除磷工藝(PASF)工藝也可謂是傳統(tǒng)A2/O與曝氣生物濾池(BAF)的組合工藝,是以分相培養(yǎng)為基礎的雙泥系統(tǒng),能更好地滿足各功能微生物對環(huán)境、營養(yǎng)物質(zhì)及生存空間的最佳需求。

在工藝設計及運行過程中,通過縮短前端A2/O工藝好氧區(qū)的HRT,將硝化過程從中分離而順序“嫁接”于二沉池后端的BAF。

對于PAOs的厭氧釋磷而言,因前端的污泥單元不承擔硝化功能,在理想條件下外回流污泥中不含有硝酸鹽,為PAOs釋磷創(chuàng)造了良好的“壓抑”環(huán)境,使其優(yōu)先利用原水中的VFAs類物質(zhì)合成PHAs并釋放磷;

再者,也因長SRT硝化菌以生物膜形式固著生長在填料表面而短SRT的PAOs和反硝化菌呈懸浮態(tài)生長在前端的污泥單元,實現(xiàn)了硝化菌與反硝化菌、PAOs等功能微生物的SRT分離,緩解了SRT矛盾。

決定缺氧區(qū)反硝化效果的因素主要有2個:進入缺氧區(qū)的優(yōu)質(zhì)碳源(VFAs和PHAs)含量及來自BAF的內(nèi)回流硝化液中的硝酸鹽含量。

當進水C/N較高時,硝酸鹽成為反硝化的限制因子,隨著內(nèi)回流比的增大缺氧區(qū)異養(yǎng)反硝化效果也相應提高,但升高幅度卻呈遞減趨勢;

而當進水C/N較低時,因碳源成為反硝化的限制因子,根據(jù)異養(yǎng)反硝化菌和反硝化PAOs對電子受體的競爭機制,適當提高內(nèi)回流硝酸鹽負荷的方式刺激反硝化聚磷菌(DPAOs)的優(yōu)勢生長,使其以硝酸鹽為電子受體,并以PHAs為電子供體進行同步反硝化脫氮除磷,實現(xiàn)“一碳兩用”,同時可節(jié)省系統(tǒng)的能耗,減少污泥產(chǎn)量。

2、雙循環(huán)兩相生物處理工藝

雙循環(huán)兩相生物處理工藝(BICT)是在序批式活性污泥法的基礎上,增設獨立的生物膜硝化反應器,使自養(yǎng)硝化菌與反硝化菌、PAOs等異養(yǎng)菌分相培養(yǎng),以克服脫氮與除磷間的SRT矛盾及硝酸鹽、DO干擾釋磷而開發(fā)的污水處理新工藝,其主體單元由厭氧生物選擇器、序批式懸浮污泥主反應器、生物膜硝化反應器組成。

該工藝正常運行時主要完成4個操作過程:

(1)進水、曝氣攪拌+污泥回流

原水與沉淀池的回流污泥在厭氧生物選擇器內(nèi)混合接觸,借助高負荷梯度產(chǎn)生的“選擇壓力”篩選出具有良好絮凝性的細菌,并使PAOs厭氧釋磷。此時,主反應器在曝氣攪拌的作用下,完成COD的去除及PAOs的超量攝磷;

(2)缺氧攪拌+硝化液回流

主反應器接受來自生物膜反應器的硝化液,在機械攪拌作用下,完成反硝化脫氮,同時被擠出的混合液進入沉淀池,經(jīng)沉淀分離后上清液進入生物膜硝化反應器;

(3)再曝氣(可選做)

吹脫污泥中包裹的氮氣以利于泥水分離,也可強化PAOs的好氧攝磷;

(4)靜止沉淀、潷水

靜止沉淀的同時排出富磷污泥。此工藝獨立硝化反應單元的設置消除了SRT與硝化的高度關聯(lián)性,SRT不再是影響系統(tǒng)脫氮效率的限制因子。

3、BCFS工藝

BCFS工藝(Biologische Chemische Fosfaat Stikstofverwijdering)可實現(xiàn)磷的完全去除和氮的最佳脫除。

與UCT工藝相比,BCFS工藝在主流線上增設2個反應區(qū)——接觸區(qū)和混合區(qū)。

介于厭氧區(qū)與缺氧區(qū)之間的接觸區(qū)相當于第2選擇池,可以有效控制絲狀菌的異常生長,防止污泥膨脹的發(fā)生;另外,也因回流污泥先回流于此進行反硝化脫氮反應,給PAOs厭氧釋磷營造了良好的“壓抑”環(huán)境。

介于缺氧區(qū)與好氧區(qū)之間的混合區(qū)相當于一個“機動單元”,可通過曝氣系統(tǒng)的啟閉靈活地控制其前端好氧區(qū)和后端缺氧區(qū)的氧化還原電位,也可在低C/N條件下誘導反硝化PAOs成為優(yōu)勢菌群而發(fā)揮同步脫氮除磷,實現(xiàn)“一碳兩用”。

來源:環(huán)保小蜜蜂

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