改进型DAT-IAT工艺处理城市污水DAT池中最佳溶解氧的确定

凡广生,赵 明,孙学习

(中州大学 化工食品学院，郑州 450044)

1 DAT-IAT工艺存在问题分析及其改进方法设想

DAT-IAT污水处理工艺虽然具有建设投资小，容积有效利用率高，进水系统布置方式简单，对污水中有机物和毒物抗冲击能力较强等优点[1]，但该工艺属于非限制曝气处理工艺，即系统充水和曝气同步进行，厌氧阶段持续时间短，致使磷不能得到充分释放。同时，IAT池中残留的溶解氧和NOx-N对磷的释放有较大影响。另外，DAT池采用连续曝气方式，去除了大部分可溶性有机污染物[2]，当污水进入到IAT池时，易降解有机物已基本被耗尽，BOD/ TKN值很低，碳源严重不足，系统反硝化速率较低，使系统的除磷效果大大降低。

为了进一步提高DAT-IAT污水处理工艺的脱氮除磷效果，拟对该工艺装置加以改进。具体改进方法为：在DAT池前增设缺氧区和厌氧区。通过增设缺氧区，使进水和回流液在此混合。进水和回流液中存在一定量的硝态氮，利用缺氧池中较短停留时间进行反硝化作用，避免过量硝态氮抑制后续厌氧系统磷的释放[3]。由于进水BOD/TKN值很高，碳源充足，因此反硝化速率很高，使得NO3--N浓度大大降低，有利于后续好氧区内过量吸磷。系统在缺氧区及厌氧区消耗了一部分碳源，使得好氧反应区内基质浓度大大降低，有利于硝化菌生长。整个系统运行方式类似一个多级“缺氧—厌氧—好氧”反应系统，进一步强化了系统脱氮除磷效果。

2 试验装置和工艺流程

改进后的装置和工艺流程如图1所示。原污水与DAT池的部分出水及IAT池回流污泥在缺氧池中混合，反硝化菌利用原水中的有机物进行反硝化脱氮，然后混合液进入厌氧区，在厌氧区内聚磷菌进行充分释放磷。释磷后的污水顺次进入DAT池内，在DAT池中进行连续曝气。IAT池作用相当于一个SBR反应器，由系统定时器控制，进行曝气、静置、沉淀及排水周期性操作。在反应器沉淀排水阶段从IAT池底部回流污泥至DAT池，避免了DAT池污泥浓度过低影响系统反应。剩余污泥从IAT池中排出。

图1 改进后试验装置和工艺流程图

3 DAT池溶解氧浓度的确定

DAT池的溶解氧浓度对系统的脱氮除磷效果有着很大影响。大部分有机物要在此池得以去除，同时硝化菌要利用氧将氨氮转化为硝态氮，聚磷菌对磷的吸收也要有一定的溶解氧浓度。但是如果溶解氧浓度过高，则回流至缺氧区的混合液中溶解氧浓度也会增加，使反硝化受到影响。另外，NO3--N浓度高会影响厌氧区磷的有效释放。在污水流至IAT池时，由于易降解有机物已基本耗尽，碳源不足，对后续反硝化也不利。Miyamoto Mills等人采用Phostrip系统进行中试研究，在好氧区DO浓度为2.5mg/L或0.5mg/L的情况下均获得了低于1mg/L的出水TP浓度。但也有研究表明生物脱氮与生物除磷相结合的系统对除磷不利，除非好氧区的DO浓度保持在1.5～3.0mg/L[4]。

本试验分别考察了DAT池溶解氧浓度为1.0mg/L，1.5mg/L，2.0mg/L，3.0mg/L四种情况(本试验不采用过长的水力停留时间[5]，因此对溶解氧浓度小于1.0mg/L 的情况不予研究)。主要运行参数见表1。

表1 试验运行参数表

本试验共运行4周，其中每种情况运行1周。结果列于表2。

表2 四种不同溶解氧浓度下的运行结果 单位：mg/L

4 试验结果分析

4.1 不同溶解氧浓度对COD去除率的影响

在不同DO浓度下COD去除率如图2所示。

图2 不同DO浓度对COD去除率的影响

由图2可知，在进水水质和运行条件大致相同的情况下，随着DAT池DO浓度加大，COD去除率也一直增加。在DO浓度由1.0 mg/L增加至2.0 mg/L时，COD去除率由83.9%增加至93.5%。这是因为溶解氧的增加使好氧氧化菌活性增强，对有机物的氧化分解速率加大。

4.2 不同溶解氧浓度对脱氮效果的影响

图3和图4分别表示不同DO浓度下氨氮和总氮的去除率。

图3 不同DO浓度对氨氮去除率的影响

图4 不同DO浓度对总氮去除率的影响

由图3和图4可知，当DO浓度由1.0mg/L增加到2.0mg/L时，NH4+-N的去除率由73.5%增加到86.9%，TN的去除率由69.3%增加到83.9%。这是因为硝化反应中，硝化菌为获得足够能量用于生长，须氧化大量的NH4+或NO2-，当环境中DO浓度升高时，硝化速率也会增加。因而，当溶解氧增加时，NH4+-N更多地被硝化，硝酸盐回流至缺氧池进行反硝化或在后续IAT池中被反硝化去除。但是，实验结果也显示当溶解氧浓度由2.0 mg/L增加到3.0 mg/L时，TN的去除率由83.9%仅增加到84.2%。在实验过程中，除了测定并控制DAT池的溶解氧浓度外，也同时测定缺氧区和厌氧区的溶解氧浓度。测定结果表明，DAT池溶解氧浓度的变化对厌氧区影响不大，厌氧区的溶解氧浓度一直保持在0.15mg/L左右，而缺氧区的溶解氧浓度就受到了影响。这是因为从DAT池要回流部分硝化液至缺氧区。当DAT池DO浓度增加到2.0 mg/L时，缺氧区的DO浓度由0.3mg/L上升到 0.52mg/L左右；当DAT池DO浓度由2.0 mg/L增加到3.0 mg/L时，缺氧区的DO浓度则上升到0.65mg/L左右。一般认为，悬浮污泥反硝化系统缺氧区的溶解氧应控制在0.5mg/L以下，否则会影响反硝化的正常进行。 当缺氧区溶解氧浓度过高时，反硝化作用就大大降低。另外，DAT池溶解氧升至3.0 mg/L时，有机物得到很好的去除，造成后续IAT池停曝缺氧时段碳源不足，对反硝化作用有抑制。因此DAT池溶解氧由2.0 mg/L增加到3.0 mg/L时，TN的去除率并没有得到大幅度提高。

4.3 不同溶解氧浓度对除磷效果的影响

图5 不同DO浓度对总磷去除率的影响

由图5可知，对于TP来说，当DAT池溶解氧浓度由1.0 mg/L增加到2.0mg/L时，TP的去除率有较大的提高。这是因为在一定的好氧时间里，DO的增加可以满足聚磷菌对其的需求量。但当溶解氧增至3.0mg/L时，受从DAT池回流的混合液的影响，缺氧区溶解氧浓度也增加，使反硝化作用降低，部分未进行硝化的硝酸盐进入厌氧区。由于聚磷菌主要是以挥发性有机酸为碳源来完成聚磷的水解和释放，而挥发性有机酸是由气单胞菌经发酵水解产

生的，如有硝态氮的存在，气单胞菌的发酵产酸作用就会受到抑制，聚磷菌所能获得的挥发性有机酸就会减少。另外气单胞菌还会利用硝态氮进行反硝化消耗碳源，与聚磷菌形成竞争，这就影响了聚磷菌的厌氧释磷，进而影响其摄磷能力。因此当DAT池溶解氧增至3.0mg/L时，TP的去除率并未如预期的那样有较大提高。四种情况的除磷率都不是特别高，应该是泥龄过长影响到了磷的去除。

5 结论

DAT池溶解氧浓度对有机物的去除及硝化作用有着很大的影响。同时，要回流DAT池硝化液至前端缺氧区进行反硝化，则DAT池溶解氧浓度也间接影响缺氧区和厌氧区的反硝化及释磷效果。测试结果显示，虽然溶解氧浓度增至3.0mg/L时氮磷去除率略有上升，但上升幅度很小。综合考虑脱氮除磷效果及经济性，认为DAT池溶解氧浓度保持在2.0mg/L作用时效果最佳。

参考文献：

[1]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].4版.北京:中国环境科学出版社,2002.

[2]刘永代.SBR法的DAT—IAT工艺的生产运行[J].天津市政工程,2000,12(5):18-23.

[3]王宝贞,王琳.水污染治理新技术：新工艺、新概念、新理论[M].北京:科学出版社,2004:65-70.

[4]张芳,李光明.A/DAT—IAT工艺除磷影响因素的试验研究[J].工业水处理,2004,8(3):32-34.

[5]李会元,关代宇.SBR法DAT—IAT工艺的过程控制[J].中国废水排水,2001(3):47-50.