隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，水體污染已成為制約城市發(fā)展的重要因素。目前，我國對污水中氮的排放要求越來越嚴格。如何經(jīng)濟高效地去除污水中的氮已成為亟待解決的問題之一〔1, 2〕。由于我國部分小城市生活污水處理廠污水具有氨氮濃度高，碳源相對較低，脫氮處理難以達標的特點〔3〕，因此，如何實現(xiàn)高氨氮、低碳氮比情況下污水的穩(wěn)定達標已成為重要的研究課題。該項研究對實現(xiàn)其他區(qū)域污水處理廠處理出水的穩(wěn)定達標和污染物的有效削減具有重要指導和推廣意義〔4〕。

　　為了實現(xiàn)脫氮除磷的高效低耗，有學者(1994年)相繼提出了好氧與缺氧交替活性污泥法工藝，在此基礎上，又有學者(1997年)提出將進水負荷分成若干等份后分別進入各級缺氧段，從而形成了分段進水A/O脫氮工藝〔5, 6〕。該工藝具有脫氮效率高、碳源利用充分、污泥產(chǎn)量少、基建費用低、運行費用省等優(yōu)點。但在采用該工藝處理高氨氮污水時發(fā)現(xiàn)，其存在TN超標的問題，而提高反應器段數(shù)雖然可以提高脫氮率，與此同時也會增加系統(tǒng)的復雜性〔7, 8, 9〕。對此，本研究針對許多小城市污水 處理廠污水存在的高氨氮、低碳氮比的特點，在分段進水A/O工藝和A2/O工藝的基礎上提出了分段進水循環(huán)A/O工藝，即在分段進水A/O工藝的基礎上通過增設1套混合液內(nèi)回流系統(tǒng)實現(xiàn)同級缺氧區(qū)和好氧區(qū)的循環(huán)交替，達到了增加反應器段數(shù)的目的，提高了脫氮率。該項研究為污水高效脫氮提供了新的思路〔10〕。

　　1 材料與方法

　　1.1 實驗裝置

　　實驗裝置如圖 1所示，主要實驗設備及儀器如表 1所示。

1-進水箱；2-蠕動泵；3-液體流量計；4-電動攪拌器； 5-空壓機；6-氣體流量計；7-曝氣頭；8-二沉池。
圖 1 分段進水循環(huán)A/O工藝裝置示意

 

　　1.2 實驗用水與接種污泥

　　采用人工配制的高氨氮、低碳氮比模擬生活污水為實驗用水，其主要水質(zhì)參數(shù)見表 2.碳源使用可溶性淀粉，氨氮采用NH4Cl,磷采用KH2PO4和K2HPO4,并在配水中投加NaHCO3作為堿度的緩沖劑，此外還在配水中投加多種無機營養(yǎng)鹽用以提供微生物生長所需的微量元素。實驗中可以根據(jù)不同的要求適當?shù)馗淖冞M水水質(zhì)參數(shù)。接種污泥取自鄭州五龍口污水廠氧化溝曝氣段。

　　1.3 分析方法

　　水質(zhì)分析方法參照國家環(huán)�？偩帧端�和廢水監(jiān)測分析方法》(第4版)。

　　1.4 系統(tǒng)運行參數(shù)設置

　　本實驗系統(tǒng)運行參數(shù)：水力停留時間為12 h;進水總流量為3 L/h;各段流量分配相同，即各段缺氧區(qū)的進水流量比都是25%;各段容積相同，而每段的V缺∶V好=2∶3;污泥回流比為50%;利用恒溫加熱器保持反應溫度恒定，反應器中的平均溫度為(20±1)℃;好氧區(qū)DO控制在2.0 mg/L左右，缺氧區(qū)DO控制在0.5 mg/L以下，使各段缺氧池和好氧池中的活性污泥在較適宜的條件下發(fā)生硝化和反硝化反應。

　　為充分探求混合液內(nèi)回流對分段進水循環(huán)A/O工藝系統(tǒng)性能的影響，本研究選擇了3種混合液內(nèi)回流比0、100%和200%,分別考察了不同回流比下污水中COD、NH4+-N、TN的去除情況和系統(tǒng)沿程水質(zhì)變化，進而確定出工藝的最佳混合液內(nèi)回流比。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 混合液內(nèi)回流比對COD去除效果的影響分析

　　在混合液內(nèi)回流比分別為0、100%和200%的情況下，分段進水循環(huán)A/O工藝對COD的去除效果如圖 2所示。

 圖 2 不同混合液內(nèi)回流比下COD的去除情況

　　由圖 2可知，當混合液內(nèi)回流比分別為0、100%、200%,進水COD平均分別為346、337、354 mg/L時，出水COD平均分別為37、35、30 mg/L,對應的平均COD去除率分別為89.30%、89.60%和91.53%,COD平均去除率大致相等。這表明，不同的混合液內(nèi)回流比對于分段進水循環(huán)A/O工藝的COD的去除影響并不明顯，且3種工況下出水COD均小于50 mg/L,滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的一級 A 標準〔11, 12〕。因此，通過提高混合液內(nèi)回流比來提高COD去除率的做法并不可取。此外，在混合液內(nèi)回流比為100%和200%情況下的COD去除率要比內(nèi)回流比為0時略高，這是因為通過混合液的內(nèi)回流，系統(tǒng)對于有機物的降解有所加強，所以對于COD的去除略有改善，然則并不能顯著提高對COD的處理效果〔13〕。

　　2.2 混合液內(nèi)回流比對氨氮去除效果的影響分析

　　在混合液內(nèi)回流比分別為0、100%和200%的工況條件下，分段進水循環(huán)A/O工藝對NH4+-N的去除效果如圖 3所示。

 圖 3 不同混合液內(nèi)回流比下NH₄⁺-N的去除情況

　　由圖 3可知，當混合液內(nèi)回流比分別為0、100%、200%,進水NH4+-N平均分別為79.35、72.67、75.68 mg/L時，出水NH4+-N平均分別為2.76、2.85、4.38 mg/L,對應的平均NH4+-N去除率分別為96.52%、96.08%和94.21%.雖然進水NH4+-N有所不同，但是出水NH4+-N較穩(wěn)定，波動不大，3種工況下的平均出水NH4+-N均小于5 mg/L,都能達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的一級A標準。從圖 3還可以看出，3種工況下的NH4+-N去除率都比較高，且并不隨著混合液內(nèi)回流比的提高而有顯著變化，這可能是因為硝化作用是氨氮去除的主要影響作用，氨氮在好氧段被硝化細菌和亞硝化細菌分別氧化成硝酸鹽和亞硝酸鹽，所以硝化作用的好壞與否直接影響了氨氮的去除率，混合液內(nèi)回流比的提高對于NH4+-N去除率的影響不顯著〔11〕;此外，隨著混合液內(nèi)回流比的提高，NH4+-N去除率略有降低，這可能是因為內(nèi)回流導致好氧區(qū)HRT變短，硝化作用還沒完全發(fā)生。

　　2.3 混合液內(nèi)回流比對總氮去除效果的影響分析

　　在混合液內(nèi)回流比分別為0、100%和200%的情況下，分段進水循環(huán)A/O工藝對TN的去除效果如圖 4所示。

圖 4 不同混合液內(nèi)回流比下TN的去除情況

　　從圖 4可以看出，當混合液內(nèi)回流比分別為0、100%、200%,進水TN平均分別為82.11、75.53、78.46 mg/L時，出水TN平均分別為29.75、11.30、13.52 mg/L,對應的平均TN去除率分別為63.77%、85.03%和82.77%.實驗所用污水碳氮比平均為4.4,屬于低碳氮比生活污水，但當混合液內(nèi)回流比為100%和200%時，出水TN平均分別為11.30 、13.52 mg/L,均小于15 mg/L,滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的一級A標準，說明系統(tǒng)對碳源有一個較高的利用效率，反硝化效果較好。

　　在內(nèi)回流比為100%和200%的條件下，TN去除率相對于內(nèi)回流比為0時大幅提高，這是因為：一方面提高內(nèi)回流比可以提高污水經(jīng)歷硝化反硝化的次數(shù)，增加反硝化反應的時間，同時可以為反硝化提供更多的硝態(tài)氮，而當有機碳源為某一特定值時，作為電子受體的硝態(tài)氮越多，電子供體與給體間的接觸越多，反硝化也更激烈;另一方面提高內(nèi)回流比可以提高缺氧池中的污泥濃度，且?guī)�入的�?nèi)碳源也更多，由于反硝化菌可以利用內(nèi)碳源進行反硝化反應，從而表現(xiàn)出高的TN去除率〔12, 14〕。同時發(fā)現(xiàn)，內(nèi)回流比為200%時的TN去除率相對于內(nèi)回流比為100%時的TN去除率有所降低，TN去除率從85.03%降低至82.77%,這是因為：一方面混合液內(nèi)回流比的提高會使帶入缺氧池中的DO提高，帶入的DO不僅會消耗易降解碳源，同時反硝化菌的活性也會被抑制;另一方面混合液內(nèi)回流比的提高會使好氧區(qū)和缺氧區(qū)的HRT變小，硝化菌和反硝化菌的反應時間變短，反應不是很充分，從而影響脫氮率〔15〕。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

　　3 結(jié)論

　　重點研究了混合液內(nèi)回流對分段進水循環(huán)A/O工藝系統(tǒng)性能的影響。以低碳氮比生活污水為研究對象，控制其他運行條件不變，通過改變混合液內(nèi)回流比這一單一因素，對比分析了不同內(nèi)回流比下污水中COD、NH4+-N、TN的去除情況，得出的結(jié)論如下：

　　(1)當混合液內(nèi)回流比分別為0、100%和200%時，COD平均去除率分別為89.30%、89.60%和91.53%,COD去除率均比較高，且出水COD均能達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的一級A標準。COD去除率隨著內(nèi)回流比的提高略有升高，說明系統(tǒng)對有機物的降解有所加強，但效果并不明顯。

　　(2)當混合液內(nèi)回流比分別為0、100%和200%時，NH4+-N平均去除率分別為96.52%、96.08%和94.21%,NH4+-N去除率都比較高，且出水NH4+-N都能達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的一級A標準，但內(nèi)回流比對NH4+-N去除效果的影響不明顯。

　　(3)當混合液內(nèi)回流比為100%和200%時，TN平均去除率從內(nèi)回流比為0時的63.77%分別提高到85.03%和82.77%,TN去除率得到顯著提高;此時出水TN也達到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的一級A標準。此外，內(nèi)回流比為200%時的TN去除率與內(nèi)回流比為100%時相比有所降低，說明內(nèi)回流比并不是越大越好，而是有一個適當?shù)姆秶��?/P>

　　(4)在進水NH4+-N平均為75 mg/L、碳氮比為 4.5的條件下，分段進水A/O工藝在增加混合液內(nèi)循環(huán)后的系統(tǒng)TN去除率可從之前的60%多提高到80%以上，且出水COD、NH4+-N和TN均能穩(wěn)定達標，這說明分段進水循環(huán)A/O工藝在處理低碳氮比污水方面具有獨特的優(yōu)點。但是內(nèi)回流比越大運行費用越高，為了最大地提高TN去除率及降低能耗，需選擇合適的混合液內(nèi)回流比。該系統(tǒng)在內(nèi)回流比為100%時可以實現(xiàn)低費用、高去除率的效果。