A-A-O工艺污水处理的调试.doc

A-A-0工艺污水处理的调试【内容摘要】目前我国城镇污水的处理主要采用A2/O生物脱氮除磷工艺，A2/O工艺在去除COD等有机物的同时, 能有效地去除污水中的氮、磷，使出水中的氮、磷浓度大幅度降低。但由于多种因素的影响，其运行的稳定性仍有待进一步提高，为此本文着重就影响A2/O工艺的主要因素进行研究,以便找出内在规律,提高A2/O工艺的运行效果。【关键词】A2/O工艺、除磷脱氮、各池作用、影响因素目录一、绪论4二、A-A-0工艺的介绍42.1 A2/O工艺流程42.2工艺原理42.3 A2/O工艺的特点4,5三、工艺处理效果的影响因素及分析 3.1 温度的影响53.2 pH 值的影响53.3 溶解氧的影响53.4 C/N 比的影响5,63.5 污泥龄(SRT)的影响63.6 碳源的影响6,73.7 有机负荷的影响73.8 硝酸盐的影响8四、AAO工艺的常见现象4.1污泥腐败引起的污泥上浮842脱氮反应引起的污泥上浮84.3沉淀池的固体悬浮物浓度过高8,9五、结论9参考文献9,10致谢一、绪论氮和磷是城市污水中导致受纳水体富营养化的主要因素。生物硝化、反硝化和除磷工艺是经济的可行的控制排放水水质的方法。不同菌种脱氮除磷的新陈代谢过程是需要在缺氧，厌氧和好氧条件下进行的。在AA/O工艺工艺中，可通过搅拌、曝气和污泥回流等方法实现上述条件，并且中国AA/O工艺广泛应用于许多污水处理设施。但是它也存在很多影响处理污水效果的因素。二、A-A-0工艺的介绍2.1 A2/O工艺流程A2/O工艺是Anaerobic-Anoxic-oxic的英文缩写，它是厌氧缺氧好氧生物脱氮除磷工艺的简称。A2/O工艺于70年代由美国专家在厌氧好氧磷工艺（A2/O）的基础上开发出来的，该工艺同时具有脱氮除磷的功能。A2/O工艺流程图如图1.1所示2.2工艺原理1）首段厌氧池，流入原污水及同步进入的从二沉池回流的含磷污泥，本池主要功能为释放磷，使污水中P的浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中的BOD浓度下降，另外，氨氮因细胞的合成而被去除一部分，使污水中的氨氮浓度下降，但硝氮含量没有变化。2）在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液中带入大量氨氮和亚硝氮还原为N2释放至空气，因此BOD5浓度下降，硝氮浓度大幅度下降，而磷的变化很小。3）在好氧池中，有机物被微生物生化降解，而继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使氨氮浓度显著下降，但随着硝化过程使硝氮的浓度增加，P随着聚磷菌的过量摄取，也以较快的速度下降。所以，A2/O工艺它可以同时完成有机物的去除、硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能，脱氮的前提是硝氮应完全硝化，好氧池能完成这一功能，缺氧池则完全拖氮功能。厌氧池和好氧池联合完成除磷功能。4）在沉淀池中主要功能是泥水分离，使污泥初步浓缩，同时将分离的部分污泥回流到厌氧池，为生物处理提高接种微生物，并通过排放大部分剩余污泥实现生物除磷，上清液作为处理水排放。2.3 A2/O工艺的特点（1）厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能。（2）在同时脱氧除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其他工艺。（3）在厌氧-缺氧-好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般100，不会发生污泥膨胀。（4）污泥中磷含量高，一般为2.5%以上。（5）脱氮效果受混合液回流比大小的影响，除磷效果则受回流污泥中夹带DO和硝酸态氧的影响，因而脱氮除磷效率不可能很高。（6）曝气设备对氧化沟的处理效率，能耗及处理稳定性有关键性影响，其作用主要表现在以下四个方面：向水中供氧；推进水流前进，使水流在池内作循环流动；保证沟内活性污泥处于悬浮状态；使氧、有机物、微生物充分混合。三、工艺处理效果的影响因素及分析3.1 温度的影响温度是影响 A2/O 工艺脱氮效果的主要因素,主要体现在细菌的增殖速度和活性两个方面。 且温度对脱氮的影响比对除磷的影响大。在好氧段,硝化反应在 5- 35时,其反应速率随温度升高而加快,适宜的温度范围为 30- 35 。当低于 5 时, 硝化菌的生命活动几乎停止。有人提出硝化细菌比增长速率 与温度的关系为: =0(T20), 式中 0 为20 时最大比增长速率, 为温度系数, 对亚硝酸菌 为 1.12、对硝酸菌为 1.07。缺氧段的反硝化反应可在 5-27 时进行,反硝化速率随温度升高而加快,适宜的温度范围为 15-25 。厌氧段,温度对厌氧释磷的影响不太明显,在 5-30 除磷效果均较好。3.2 pH 值的影响在厌氧段,生物除磷系统适宜的 pH 范围与常规生物处理相同,为中性或微碱性, 最适宜的 pH 值为 6-8,对 pH 不合适的工业废水,处理前须先进行调节,以避免污泥中毒。而在兼氧段,反硝化细菌脱氮适宜的 pH 值为6.5-7.5。在耗氧反硝化段,一般认为亚硝化细菌的最佳 pH 值为 8.0-8.4,若 pH 过高,则 NH4+NH3平衡被打破,NH3 浓度增加,由于硝化细菌对 NH3 极敏感,结果必会影响到硝化作用的速率。3.3 溶解氧的影响溶解氧的存在会抑制异养硝化盐还原反应, 其作用机理为: 1)氧阻抑硝酸盐还原酶的形成(有些反硝化细菌必须在厌氧和有硝酸盐存在的条件下才能诱导合成硝酸盐还原酶); 2)氧可作为电子受体,竞争性地阻碍硝酸盐的还原。A2/O系统在实际运行时,为获得更高的脱氮效果,常采用较大的内回流比,使更多的 NO3-进入到兼氧池进行反硝化处理,造成回流混合液中溶解氧破坏了缺氧硝化环境, 阻断反硝化反应的进行。因此为调和兼氧池中溶解氧量与内回流比的矛盾,对一个确定的 A2/O 工艺系统,应根据兼氧池中溶解氧量与内回流比的关系,正确选择恰当的内回流比。因子之一,氧的存在使混合液的氧化还原电位提高,抑制聚磷细菌的释磷作用,同时微生物耗氧呼吸消耗了一部分可生物降解的挥发性有机基质, 使聚磷细菌可吸收利用的有机物大大减少,降低了其在好氧条件下吸收并储存磷的能力。因此曝气池中溶解氧含量并非越高越好,过量的溶解氧随活性污泥进入到厌氧池,因此A2/O 系统的曝气量应根据功能需要进行优化调控。3.4 C/N 比的影响在 A2/O 系统中, C/N 比是影响系统脱氮除磷效果的关键因素,传统理论认为, 脱氮除磷系统中 N的负荷不允许超过 0.05 N/(gMLSSd), C/N 过高会抑制耗氧段的硝化功能,C/N 过低则抑制反硝化和释磷过程。有研究表明,当废水中 C/N 的值小于 4时,系统的脱氮除磷效果将恶化,但在实际操作运行中,为提高系统处理功能, C/N 一般不宜小于 8, 这样做主要是为避免过量的 NO3-N存在使硝化细菌在厌氧池中与聚磷细菌争夺有限的碳源。城市废水中 C/N 一般不小于 8,因此城市生活废水的 C/N 不会成为 A2/O 工艺的限制因子,而以工业废水为主的处理系统,C/N 比率不稳定,常常会对系统产生不良影响。上图3.1是各区COD的分布示意图3.5 污泥龄(SRT)的影响硝化细菌属于专性自养型好氧细菌,其突出特点是繁殖速度慢,世代时间较长, 其比增长速率比异养细菌低一个数量级,在冬季,硝化细菌繁殖所需的世代时间长达 30 d 以上,即使是夏季,在泥龄小于5 d 的活性污泥系统中硝化作用也十分微弱。与之相反,系统中异养降解细菌和反硝化细菌的世代周期一般为 2-3 d,过长的泥龄会造成上述菌种的老化,影响其降解活性。另外,聚磷脱氮菌也多为短泥龄微生物, 较短的泥龄可获得较高的除磷效果,在实际生产中, A2/O系统为满足硝化脱氮功能常采上牺牲了部分有机物降解、除磷和反硝化速率。此外,生物除磷的唯一渠道是排除剩余污泥,为保证系统的除磷效果就不得不维持较高的污泥排放量,系统的泥龄也就相应地降低。美国 Hyperion17污水处理厂的试验研究表明,当温度为 22-24 时,除磷系统的泥龄为 3.1 d,出水磷为 0.4 mg/ L。因此硝化菌和聚磷脱氮菌在泥龄需求上存在着矛盾,整个系统的泥龄必须控制在一个很窄的范围,这种调和虽然使系统具备脱氮除磷效果,同时也使两类微生物无法发挥各自的优势。下图3.2是TN,TP,COD受污泥龄的影响示意图 3.6 碳源的影响在 A2/O 系统中,反硝化细菌和聚磷细菌均需要利用有机碳源进行新陈代谢, 同时,挥发性有机物(VFA)在系统发挥脱氮除磷功能中作用巨大,研究表明,污水中低分子挥发性有机物越高,反硝化和聚磷细菌吸收有机物以 PHB 形式储藏在细胞内就越快速,并且内源反硝化脱氮速率和聚磷速率取决于细胞内的 PHB 贮存量, 原因在于反硝化细菌利用 PHB作为电子受体氧化 NO3- ,聚磷细菌需氧化PHB产能以大量吸收游离 P,因此污水中挥发性有机物含量越高,厌氧段初始的放磷速率越大,后续反硝化脱氮和缺氧吸磷速率也越高,由此可见,A2/O 系统中反硝化和聚磷速率与污水中挥发性的有机酸含量的关系最大,系统中反硝化与聚磷细菌对有机碳源中 VFA 的竞争矛盾也显得尤为突出。污水中 VFA 的来源一般有两种, 1)污水本身自带,城市废水 VFA 含量一般不超过 100 mg/L,对工业废水而言,其 B/C 较低,可生化有机物和VFA 成分更少,因此工业废水中碳源的缺失会给A2/O 系统的平稳运行造成较大困难,有些 A2/O系统不得不采用外加碳源以消除碳源竞争矛盾的不利影响。2)厌氧水解酸化,根据报道,厌氧水解酸化,可使长链状大分子难降解有机物裂变成小分子醇、酸。对环类物质可借助开环酶作用,使苯环加氢裂解或苯环加水羟基化,进一步水解成小分子类VFA,从而提高其可生化性。但是另一方面, 过量碳源对系统脱氮效果会产生负面作用, 研究表明, 好氧硝化段有机质浓度不宜过高,有机负荷应低于 0.15 gBOD5 (/ gMLSSd)。否则过高的有机物浓度会促使异养细菌快速生长, 从而抑制了硝化细菌,降低系统硝化功能。由此可见,A2/O 系统中聚磷细菌和反硝化细菌之间存在着争夺易生化降解的低分子有机物,而硝化过程又排斥过量的碳源,整个处理系统形成了碳源需求不平衡的矛盾关系。3.7 有机负荷的影响生物除磷工艺应采用高污泥负荷、低污泥龄系统,是因为磷的去除是通过排泥完成, F/M较高时,SRT较小,剩余污泥排放量较多,因而除磷量也多。而生物硝化属于低负荷工艺,负荷越低, 硝化反应就进行得越充分, NH3- N 向 NO3- - N 转化的效率就越高,生物硝化是生物反硝化的前提,只有良好的硝化才能获得高效而稳定的反硝化,因此生物脱氮属低污泥负荷系统。A2/O 工艺的运行实践证明, 有机负荷率在 0.100.15 gBOD5/(gMLSS?d)的范围内,处理效果较好25, 过高的有机负荷会降低曝气池中的 DO,使厌氧细菌大量生存,抑制了硝化细菌的生长,过低浓度的有机负荷则会使硝化细菌在与异养型 COD 分解细菌的竞争中处于劣势, 降低硝化速率。因此系统为兼顾较高的脱氮与除磷效率,其负荷范围较窄,过高的水质与水量变化对系统脱氮和除磷效率将产生较大的影响。3.8 硝酸盐的影响硝酸盐对聚磷细菌在厌氧条件下的释磷有抑制作用,其原因为: 1)厌氧型产酸细菌可利用 NO3-作为最终电子受体氧化有机基质,从而减少产酸细菌在厌氧条件下的挥发性脂肪酸(VFA)产量; 2)反硝化细菌利用 NO3- 进行反硝化,同时消耗大量易生物降解的有机基质, 从而竞争性地抑制了聚磷细菌的厌氧释磷作用。而在生物脱氮除磷工艺中, 硝酸盐的存在是系统硝化脱氮的先决条件, 因此为提高系统脱氮能力, 氮元素必须充分硝化。由于聚磷菌、硝化菌、反硝化菌及其他多种微生物共同生长在一个系统内,并在整个系统内循环,不可避免地使得硝酸盐随好氧段回流的污泥进入厌氧池,严重地影响了聚磷菌的释磷效率,尤其当进水中挥发性有机物较少,污泥负荷较低时,硝酸盐的存在甚至会导致聚磷菌直接吸磷。污泥回流比( R)和混合液回流比( RN) 的影响回流污泥从二沉池池底回流到厌氧池, 以保持A2/O 系统各段污泥浓度,使之维持正常的生化反应功能,回流污泥对系统的影响同混合液中 DO 和NO3-N 含量有关。如果污泥回流比 R 太小, 则污泥浓度过低,在水力停留时间不变的条件下,污泥负荷增高,会影响各段的生化反应效率;反之,回流比 R太大,则会将过量 NO3-N 带入厌氧池,抑制磷的释放速度, 同时大回流比也会将曝气池中溶解氧带入厌氧池,使异养细菌优先消耗掉挥发性有机物, 干扰聚磷细菌的释磷作用。因此实际生产中,权衡污泥回流比对工艺的影响后,一般采用回流比 R=50%-100%, 最低不可低于40%。混合液回流比的大小直接影响反硝化脱氮效果, 根据 A2/O 工艺系统的脱氮率与混合液回流比 RN 的关系式 =RN/(1+ RN)可以得到两者之间相互关系。从好氧池流出的混合液,很大一部分要回流到缺氧段进行反硝化脱氮。由表 1 可知,回流比 RN大,则脱氮率提高, 回流比超过 400后,则提高回流比对脱氮率提升不显著, 过高的回流需大功率回流泵,且消耗更多能源,会造成投资成本增加和运行动力消耗过大,因此常规污水处理厂运行一般采用回流比 RN=300%-400%。四、 AAO工艺的常见现象4.1污泥腐败引起的污泥上浮在沉淀池可能由于污泥长期滞留而进行厌氧发酵,产生气体附着于死的污泥块上,从而发生大块污泥上浮的现象。它与脱氮反应引起上浮的污泥所不同的是,污泥腐败变黑, 有臭味, 污泥搅碎后可能不会下沉。此时的污泥也不是全部污泥上浮, 大部分活性污泥都是正常地排出或回流到系统,只有在死角长期停留的污泥才腐败上浮。防止的措施有: (1)在沉淀池上安装挡泥板,不使污泥外溢;(2)检修刮泥机, 消除沉淀池底部的死角;(3)对已上浮的块状污泥及时进行打捞,避免随处理水流失,影响排水水质。42脱氮反应引起的污泥上浮活性污泥在二沉池有成块上浮的现象, 并不一定是由于腐败所造成的。由于硝化池内污泥龄较长,如果进入沉淀池的污泥含有较多的 NO3-, 在沉淀池内产生反硝化,硝酸盐被还原,产生的氮气附于污泥上,活性污泥的比重降低,整块上浮。由于脱氮反应引起上浮的污泥经搅动后,气泡放出,污泥很快沉淀,并且上浮污泥颜色和系统内的活性污泥颜色一样。所谓反硝化是指在多种反硝化细菌的作用下,先把 NO3-还原为 NO2-, 再把 NO2-还原为氮气的过程。反硝化作用一般溶解氧低于 0.5mg/L时发生,在有氧存在的时,该生物反应就会受到抑制。经过试验表明,如果让硝酸盐含量高的混合液静止沉淀,在开始的 1 个小时左右污泥可以沉淀得很好, 但不久就可以看到,由于反硝化作用所产生的氮气,在泥中形成小气泡。在测污泥沉降比时,只检查污泥的沉降性能,往往会忽视污泥的反硝化作用。这是在活性污泥法的运行中应当注意的现象,为防止这一异常现象的发生,应采取加强脱氮池的管理, 减少进入沉淀池的硝酸量,或者增加污泥回流量及时排除剩余污泥,降低混合液污泥浓度等措施。还有一种情况是曝气池内曝气过度,使污泥搅拌过于激烈,生成大量小气泡附聚于絮凝体上,也容易产生这种现象。防止措施是将供给硝化池的空气量控制在所需的范围内,避免过度曝气。另外一种情况是由于运行不当, 造成沉淀池局部水力冲击过大。在沉淀池表现为一部分出水口出水伴随有活性污泥流出。随出水流出的活性污泥颜色和性状和系统内的活性污泥一样。一般发生这种情况的前提是活性污泥的沉降性能不好。解决办法及时排泥和加大返泥量, 降低沉淀池污泥界面。4.3沉淀池的固体悬浮物浓度过高处理水 S