回流比对生物絮凝-A2O组合工艺去除特性的影响

霍坤坤，徐锐，吴昌生，刘绍根，2

（1.安徽建筑大学 环境与能源工程学院，合肥　230022；2.水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室，合肥　230022）

回流比对生物絮凝-A2O组合工艺去除特性的影响

霍坤坤1，徐锐1，吴昌生1，刘绍根1，2

（1.安徽建筑大学 环境与能源工程学院，合肥230022；2.水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室，合肥230022）

通过调整混合液回流比和污泥回流比，考察了生物絮凝-A2O组合工艺的去除特性。结果显示：组合工艺对CODCr和NH3-N的去除率受混合液回流比和污泥回流比的影响较小。TN的去除率随混合液回流比的增加先增加后减少，随污泥回流比的增加而增加。磷酸盐的去除率随混合液回流比的增加而增加，随污泥回流比的增加而减少。综合考虑组合工艺对CODCr、NH3-N、TN和磷酸盐的去除率，混合液回流比取300%和污泥回流比取80%较合适。在最佳条件下，组合工艺对CODCr、NH3-N、TN和磷酸盐的去除率分别达到88.64%、97.56%、70.25%和84.97%。

脱氮除磷；混合液回流比；污泥回流比；组合工艺；去除特性

生物絮凝-A2O组合工艺中生物絮凝工艺是基于活性污泥对污水中有机物的初期吸附作用，主要通过生物絮体的絮凝吸附作用去除污水中颗粒及胶体形态有机物［1-2］，用于强化污水的一级处理。将生物絮凝出水流向A2O脱氮除磷系统，进行有机物去除和脱氮除磷反应。

污泥回流比、混合液回流比是A2O工艺中的重要设计参数。吴昌永等［3］研究发现，污泥回流比太大将导致组合工艺的反硝化效果不好，使得回流污泥中含有大量的NOx--N，污泥回流到厌氧池中不利于除磷；污泥回流比太小，会影响各段的生化反应效率，不利于生化反应的进行。杨洋等［4］研究发现，混合液回流比太小将导致大量的硝化液不能回流到缺氧池，直接影响TN的去除效果。王晓莲等［5］研究发现，在一定范围内混合液回流比和脱氮效率成正比，高于最佳回流比后，对脱氮效率的提高不明显。

本研究通过调整混合液回流比和污泥回流比对组合工艺的CODCr、NH3-N、TN和磷酸盐的去除率进行研究。根据组合工艺对污染物的去除率确定组合工艺的最佳混合液回流比和污泥回流比。

1　材料与方法

1.1试验材料

试验用水采用合肥市朱砖井污水处理厂曝气沉砂池的出水，活性污泥取自合肥市朱砖井污水处理厂，由于该污水处理厂采用的SBR工艺和本试验工艺不同，污泥性状和优势菌种存在差异，为了避免接种的污泥对试验开展的影响，需要对污泥进行培养和驯化［6］，本试验采取了先间歇培养后连续培养相结合的污泥培养方法［7-8］。试验期间的进水水质如表1所示。

表1试验水质Tab.1　test water qua1ity

1.2试验装置

试验流程图如图1所示。

图1　生物絮凝-A2O工艺流程Fig.1　Bio1ogica1 f1occu1ation-A2O process

试验工艺设备中前段的絮凝作用是强化污水一级处理工艺。好氧池采用微孔曝气头曝气、厌氧池和缺氧池采用机械搅拌。采用连续进水、出水的运行方式。

1.3试验方法

试验运行参数为：进水流量为50 L/h，活化污泥回流量为25 L/h，絮凝池、厌氧池、缺氧池和好氧池的水力停留时间分别是0.5、2.0、2.0和8.0 h，容积为37.5、200、400和1 600 L，絮凝池的污泥质量浓度为1 500 mg/L，A2O工艺的污泥龄为15 d、污泥质量浓度维持在3.0～3.5 g/L之间。好氧池溶解氧的质量浓度约为2.5 mg/L。

通过调整污泥回流比和混合液回流比的方法对组合工艺进行试验。在确定污泥回流比为100%的条件下，考察混合液回流比分别为200%、300% 和400%时，组合工艺对污染物的去除效果。在混合液回流比为300%的条件下，考察污泥回流比分别为60%、80%和100%时，组合工艺对污染物的去除效果。

1.4分析方法

CODCr采用快速密闭催化消解法［9］，TN采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法［9］，NH3-N采用纳氏试剂光度法［9］，磷酸盐采用钼锑抗分光光度法［9］。

2　结果与讨论

2.1混合液回流比对污染物去除效果的影响

在污泥回流比为100%，混合液回流比分别为200%、300%和 400%的条件下，组合工艺对CODCr、NH3-N、TN和磷酸盐的去除效果分别如图2～图5所示。

图2　混合液回流比对CODCr去除效果的影响Fig.2　Effect of ref1ux ratio of mixed 1iquor on CODCrremova1

图3　混合液回流比对NH3-N去除效果的影响Fig.3　Effect of ref1ux ratio of mixed 1iquor on NH3-N remova1

图4　混合液回流比对TN去除效果的影响Fig.4　Effect of ref1ux ratio of mixed 1iquor on TN remova1

图5　混合液回流比对磷酸盐去除效果的影响Fig.5　Effect of ref1ux ratio of mixed 1iquor on phosphate remova1

结果表明，混合液回流比对CODCr、NH3-N去除效果的影响较小，混合液回流比分别为200%、300%和400%时，组合工艺对CODCr平均去除率分别为85.36%、87.07%和87.63%，对NH3-N平均去除率分别为98.13%、98.44%和98.66%。CODCr的去除主要是靠厌氧段聚磷菌释磷、反硝化菌脱氮对有机物的利用以及好氧段中异养菌在有氧条件下对有机物的降解，受污泥浓度及有机物可生化性的影响较大，而受内回流比的影响较小［10］。NH3-N的去除主要是依靠硝化反应，硝化反应主要发生在好氧池中，由于混合液回流比对工艺的硝化效果影响较小［11］，因此NH3-N的去除效果受混合液回流比的影响较小。

混合液回流比对TN的去除影响较大，混合液回流比分别为200%、300%和400%时，组合工艺对TN的平均去除率分别为62.15%、71.36%和58.47%，混合液回流比过大不利于TN的去除。混合液中溶解氧浓度较高，其回流比过大将破坏反硝化所需要的缺氧环境，同时使碳源供给不足［12］。

混合液回流比对磷酸盐的去除效果影响较大，磷酸盐的去除率随着混合液回流比的增大而增大，但混合液回流比过大对提高磷酸盐去除率的作用不大，混合液回流比为400%时仅比混合液回流比为300%时增长了1.03%。过大的混合液回流比不仅会加强组合工艺的内循环，也会减少磷酸盐在好氧区的停留时间，轻微地影响磷酸盐的去除效果［13］。

2.2污泥回流比对污染物去除效果的影响

在混合液回流比为300%，污泥回流比分别为60%、80%和100%的条件下，组合工艺对CODCr、NH3-N、TN和磷酸盐的去除效果分别如图6～图9所示。

试验结果表明，污泥回流比对CODCr、NH3-N去除效果的影响较小。污泥回流比分别为为60%、80%和100%时，组合工艺对CODCr的平均去除率分别为87.30%、88.64%和87.87%，对NH3-N的平均去除率分别为97.75%、97.56%和97.59%。由前面的讨论可知CODCr的去除主要受反应器内污泥浓度和有机物的可生化性的影响，可生物降解的CODCr完全降解后，污泥回流比对CODCr的去除影响较小。NH3-N主要受好氧池中的硝化反应的影响，污泥回流比对硝化反应的影响较小。

图6　污泥回流比对CODCr去除效果的影响Fig.6　Effect of ref1ux ratio of s1udge on CODCrremova1

图7 污泥回流比对NH3-N去除效果的影响Fig.7　Effect of ref1ux ratio of s1udge on NH3-N remova1

图8　污泥回流比对TN去除效果的影响Fig.8　Effect of ref1ux ratio of s1udge on TN remova1

图9　污泥回流比对磷酸盐去除效果的影响Fig.9　Effect of ref1ux ratio of s1udge on phosphate remova1

随着污泥回流比的提高，组合工艺对TN的去除率提高。污泥回流比分别为60%、80%和100%时，对TN的平均去除率分别为59.69%、70.25% 和70.53%。理论上随着污泥回流比的增大，带入厌氧池中的硝态氮越多，厌氧池中的反硝化脱氮反应的可能性就越大，整个系统脱氮效率越高［14］。在污泥回流比为100%时，组合工艺的TN去除率只比在80%时提高了0.28%，从节省动力费用的角度考虑，污泥回流比选择在80%较适合。

污泥回流比分别为60%、80%和100%时，组合工艺对磷酸盐的平均去除率分别为90.93%、84.97%和81.82%，随着污泥回流比的增大，系统对磷酸盐的去除率降低。污泥回流比增大，回流污泥带入厌氧池的硝态氮增多，反硝化菌优先以有机物为电子供体进行脱氮，有机物的消耗导致了聚磷菌厌氧合成PHB的量减少了，影响了厌氧释磷量和后续的好氧吸磷的能力［15］。

3　结论

（1）混合液回流比对CODCr和NH3-N的去除率影响较小，TN去除率随着混合液回流比的增加而先增加后减少，在混合液回流比为300%TN去除率最高为71.36%。磷酸盐去除率随混合液回流比的增加而增加，混合液回流比为400%时磷酸盐的去除率仅比300%时提高1.03%。综合考虑混合液回流比对组合工艺去除特性的影响，本研究中最佳混合液回流比为300%。

（2）污泥回流比对CODCr和NH3-N去除率影响较小。TN去除率随污泥回流比的增加而增加，但当污泥回流比为100%时TN去除率仅比80%时提高了0.28%。磷酸盐去除率随着污泥回流比的增加而减少。综合考虑污泥回流比对组合工艺去除特性的影响，本研究中最佳污泥回流比为80%。

（3）在最佳回流比条件下，组合工艺对CODCr、NH3-N、TN和磷酸盐的平均去除率分别为88.64%、97.56%、70.25%和84.97%。

［1］刘绍根，孙娟娟，成雄剑，等.生物絮凝吸附与曝气生物滤池组合工艺处理生活污水［J］.水处理技术，2012，38（5）：59-62.

［2］刘绍根，韦林，倪丙杰.好氧生物絮凝吸附工艺的中试研究［J］.工业用水与废水，2005，36（6）：31-34.

［3］吴昌永.A2/O工艺脱氮除磷及其优化控制的研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.

［4］杨洋.城市污水厂A2/O工艺效能优化与应用研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013.

［5］王晓莲，彭永臻.A2/O法污水生物脱氮除磷处理技术与应用［M］.北京：科学出版社，2009.

［6］范奎.城市污水A2/O处理工艺的启动及运行［D］.西安：西安建筑科技大学，2010.

［7］杨建宇.A2/O工艺处理生活污水控制参数优化的研究［D］.哈尔滨：东北林业大学，2012.

［8］Wei D，Shi L，Yan T，et al.Aerobic granu1es formation and simu1taneous nitrogen and phosphorus remova1 treating high strength ammonia wastewater in sequencing batch reactor［J］.Bioresource Techno1ogy，2014，171（1）：211-216.

［9］国家环保总局.水和废水监测分析方法（第四版）［M］.北京：中国环境科学出版社，2002.

［10］唐致文.A2/O工艺处理系统脱氮除磷优化研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.

［11］李银波，周少奇，邱育真，等.回流比对投料A2/O工艺脱氮除磷影响的中试研究［J］.环境科学与技术，2010，33（2）：142-145.

［12］许方园，李勇，黄勇.内回流比对连续流改进A2/O反应器性能的影响［J］.水处理技术，2009，35（8）：59-62.

［13］杜国帅.改良型A2/O处理低碳源城市污水脱氮除磷试验研究［D］.邯郸：河北工程大学，2013.

［14］邓康.反硝化脱氮及其微生物特性研究［D］.广州：华南理工大学，2010.

［15］高尚，戴兴春，陈曦，等.PHB监测A2/O工艺除磷及负荷率耦合关系的研究［J］.环境科学，2008，29（11）：3093-3097.

Effect of reflux ratio on pollutants removal characteristics of biological flocculation-A2O combined process

HUO Kun-kun1，XU Rui1，WU Chang-sheng1，LIU Shao-gen1，2
（1.School of Environment and Energy Engineering，Anhui Jianzhu University，Hefei 230022，China；2.Key Laboratory of Water Pollution Control and Wastewater Resources in Anhui Province，Hefei 230022，China）

By adjusting the ref1ux ratios of mixed 1iquor and s1udge，the effect of the bio1ogica1 f1occu1ation-A2O combined process on po11utants remova1 were studied.The resu1ts showed that，the remova1 performance of the combined process on CODCrand NH3-N were s1ight1y inf1uenced by the ref1ux ratios of mixed 1iquor and s1udge.The remova1 rate of TN increased at first and then decreased with the increasing ref1ux ratio of the mixed 1iquor，and it a1so increased with the increasing ref1ux ratio of the s1udge.The remova1 rate of phosphate increased with the increasing ref1ux ratio of the mixed 1iquor and decreased with the increasing ref1ux ratio of the s1udge.Through a comprehensive consideration，the proper ref1ux ratios of mixed 1iquor and s1udge were determined to be 300%and 80%respective1y.Under the optima1 condition，the remova1 rates of CODCr，NH3-N，TN and phosphate by the combined process reached 88.64%，97.56%，70.25%and 84.97%respective1y.

nitrogen and phosphorus remova1；ref1ux ratio of mixed 1iquor；ref1ux ratio of s1udge；combined process；remova1 characteristics

X703.1

A

1009-2455（2016）02-0014-04

国家自然科学基金资助项目（51278002）

霍坤坤（1989-），男，安徽怀远人，硕士研究生，主要从事水处理理论与技术研究工作，（电子信箱）kunmrzhx@163.com。

2016-01-11（修回稿）