UCT工艺和倒置A2/O工艺的除磷条件研究

2010-08-15王志辉

河南化工 2010年14期

关键词：磷菌厌氧池溶解氧

王志辉,翟敏

(郑州市污水净化有限公司,河南郑州 450001)

UCT工艺和倒置A2/O工艺的除磷条件研究

王志辉,翟敏

(郑州市污水净化有限公司,河南郑州 450001)

城镇污水处理厂同时运行 UCT和倒置 A2/O两种工艺,结果表明在出水氨氮及其他指标达均达到GB18918-2002中规定的一级B标准的前提下,出水 TP较难达标。分析了进水负荷、溶解氧、泥龄、回流比等因素对除磷效果的影响,探讨了除磷效果最佳的运行条件。

UCT工艺 ;倒置A2/O工艺 ;脱氮除磷

1 前言

倒置A2/O工艺是缺氧池在前,厌氧池在后,对比一般A2/O工艺,其位置是倒置的。当工艺要求硝化、除磷而不要求脱氮时,没有必要对全部污水进行脱氮处理,只需对回流污泥脱氮,其目的是为了消除回流污泥中硝态氮对除磷的不利影响,提高除磷效率。回流污泥是返回厌氧池的,需要在进入厌氧池前脱氮,厌氧池后边并不需要脱氮,也就是说缺氧池理应设在厌氧池前,而不是在厌氧池后。

倒置缺氧池带来的主要问题是对碳源的争夺。原污水先进入缺氧池再进入厌氧池,污水中的易生物降解有机物将优先被硝化菌利用,聚磷菌将得不到足够碳源,达不到除磷目的,因此,必须将原污水分配给缺氧池和厌氧池,直接进入厌氧池的污水为聚磷菌提供碳源,进入缺氧池的污水则为反硝化菌提供碳源,其目的是为了提高除磷效率。

UCT(University of Cape town)工艺是南非开普敦大学提出的一种脱氮工艺,它与 A2/O工艺的不同之处在于回流污泥不是回流到厌氧反应器,而是回流到缺氧反应器,防止硝态氮进入厌氧反应器,影响聚磷菌释放磷。UCT工艺还增加了从缺氧反应器到厌氧反应器的回流,这种缺氧回流液经过反硝化脱氮,硝态氮浓度大大降低,不会破坏厌氧状态。

UCT工艺减小了厌氧反应器的硝酸盐负荷,提高了除磷能力,达到脱氮除磷目的。但由于增加了回流系统,操作运行复杂,运行费用相应提高。

2 工艺运行现状分析

在设计为UCT工艺的污水厂里,郑州某污水厂实际运行的UCT和倒置A2/O两种工艺出水的情况比较相似,即COD、BOD、SS常年均已经达到一级A的标准,出水的氨氮在夏季在 1 mg/L以下,冬季不超过临界点 10 mg/L,总氮在冬季不超出 20 mg/L,平时在 10 mg/L左右。但是出水的总磷不稳定,控制不好,会影响出水TP超出1mg/L,日常均值为1.3 mg/L,实际生产运行经验表明,在保持出水氨氮等指标达标的条件下,始终保持出水 TP在 1 mg/L是比较困难的。

2.1 运行影响条件分析

在除磷工艺中,除磷是利用了聚磷菌的过量吸磷作用,在厌氧状态下,聚磷菌能吸收污水中的乙酸、甲酸、丙酸和乙醇等极易生物降解的有机物质,贮存在体内作为营养源,同时将体内贮存的聚磷酸盐以-P的形式释放出来,以便获得能量。在好氧状态下,聚磷菌将体内贮存的有机物氧化分解,产生能量,同时将污水的-P超量吸收至体内,以聚磷酸盐的形式贮存起来。这样在排放的剩余污泥中便含有大量的磷,从而达到除磷的目的。

影响生物除磷的因素比较多,就目前对两种UCT工艺和倒置A2/O工艺影响条件分析来看,主要为以下因素及控制要求：

①负荷的影响。进水浓度有机物不够,特别是厌氧进水口挥发性脂肪酸 (VFA)偏低不能达到处理需求,或负荷的冲击过大,一般 (F/M)负荷应该控制在 0.1～0.18 kg BOD5/(kg MLVSS·d)是比较稳定的。

②溶解氧的控制。厌氧段的厌氧效果不好即达不到绝对厌氧的效果,既溶解氧在 0.2 mg/L以下,甚至 0 mg/L,同时硝态氮的浓度在 4 mg/L以下 (否则必须降低回流比)使磷得到充分释放,或者是好氧段溶解氧不足,好氧吸收磷不充分,出水口溶解氧过低,造成二沉池二次释磷,都会影响到出水 TP的达标,就要求生物池好氧廊道 0.5～3 mg/L,末端控制在 2～4 mg/L。

③污水的进水总磷的浓度偏高。超过实际设计数值,即进入厌氧段的污水中BOD5/TP小于 20,甚至小于 10,这种情况,可以做初沉池超越,提高负荷,或者升级改造进行化学除磷。

④进水的 pH值不稳定。工业酸性废水或其他会突然改变污水系统 pH值的水源进入,会直接影响总磷在厌氧段释放,运行管理中要避免 pH值的冲击,否则除磷能力将大幅度下降,甚至完全丧失,例如进水 pH值突然降低,会导致细胞结构和功能损坏,细胞内聚磷在酸性条件下被水解,从而导致磷的快速释放,影响除磷效果。

⑤泥龄过长。一般控制在 8～20 d,聚磷菌是世代时间 3 d的微生物,硝化菌为长世代 (30 d)时间微生物,聚磷菌和硝化菌在泥龄上存在矛盾。若泥龄太长不利于除磷;泥龄太短,硝化菌无法存活。

⑥浓缩和脱水的上清液二次释放。在污泥处理过程中时间停留过长,造成磷二次释放到浓缩和脱水的上清液中,上清液随着进水重新进入系统,增大了系统磷的负荷,甚至造成磷在整个系统中反复循环富集,使出水总磷严重不达标。

⑦厌氧段停留时间。污水污泥混合液经过 2 h厌氧后,磷的释放已甚微,在有效释放过程中,磷的释放量与有机物的转化量之间存在着良好的相关性,在有效释放过程中,磷的厌氧释放可使污泥的好氧吸磷能力大大提高,厌氧段每释放1 mgP,在好氧条件下可吸收 2.0～2.4 mgP;但厌氧时间加长,无效释放会逐渐增加,平均厌氧释放1 mgP,所产生的好氧吸磷能力将降至 1 mgP以下,甚至达到 0.5 mgP。因此,生物除磷并非厌氧时间越长越好。在一般情况下,厌氧区的水力停留时间 1～1.5 h,即可满足要求。

⑧水温的影响。硝化菌对温度的变化很敏感,一般生物池系统温度在 12～35℃之间,生产中冬季由于温度偏低硝化效果受到抑制,只能勉强维持,为保障氨氮出水达标,采用增大泥龄 SRT来应付低温对硝化的影响,但对出水 TP会造成影响,所以冬季要采取提高生物池污泥浓度和控制泥龄,来平衡硝化和除磷。

⑨其他回流系统。外回流一般控制在 50%～65%(依据厌氧段的 NO3-N浓度小于 4 mg/L以内),回流过低会造成二沉的污泥停留时间过长,在二沉形成磷的二次释放。好氧回流控制在 100%, UCT工艺中要保障缺氧处于最大回流状态,实际控制在150%。

2.2 采取的强化除磷方法措施

为提高生物除磷能力,必须保证挥发性脂肪酸(VFA)的供给,在大多数城市污水中,溶解性 BOD仅占BOD总量的 40%～60%(本厂BOD5/COD= 0.52)。颗粒性有机物所占的比例大,通过采取适当的措施,让颗粒性机物转化成 VFA,将提高除磷系统的除磷能力。VFA提高的途径有两种方法,一种方法是深度性初沉池,一种为另设发酵池,发酵池的污泥回流提供了更好有效的固体转化,并使发酵VFA释放到初沉的出水中。该方法在南非和加拿大实现了工程化,通过实验和生产试验发现,固体停留时间、pH值和污泥浓缩度的影响初沉发酵池的发酵效果。

倒置A2/O工艺为两点进水,两点进水的分配根据实际效果,需要不段摸索,目前就该厂运行稳定的分配为 1∶1的分配原则,且实际运行效果比较好。

冬季的总氮逐步上升,可以加大好氧内回流,控制溶解氧,提高反硝化的量,当氨氮有上升趋势时可以加大曝气量,通过外回流量调节提高生物池的浓度,提高硝化量,控制水量调节系统负荷,使出水的氨氮和总磷达标。