對(duì)于國內(nèi)新建的大部分具有脫氮除磷功能的城市污水處理廠，由于短期內(nèi)進(jìn)入污水處理廠的水量或水質(zhì)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)處理能力而使其生化處理單元的污泥有機(jī)負(fù)荷遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，污水處理廠長期處于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，通常表現(xiàn)為生物除磷功能喪失。

 

生物除磷的效率和穩(wěn)定性受多種因素影響。據(jù)報(bào)道某些城市污水處理廠在降雨后或周末經(jīng)常發(fā)生周期性的生物除磷效率下降，這可能是由于處理系統(tǒng)負(fù)荷過低造成的，但到底是由于除磷菌受到抑制還是進(jìn)水COD濃度較低尚不清楚，而Ternmink等人則認(rèn)為是由于聚磷菌細(xì)胞內(nèi)的PHB部分或全部消失引起的。

 

1、試驗(yàn)方法

 

1.1 裝置

試驗(yàn)在青島李村河污水處理廠進(jìn)行，該廠一期工程采用UCT工藝，設(shè)計(jì)處理能力為8萬m3/d(2/3為工業(yè)廢水、1/3為生活污水)，生化反應(yīng)池總停留時(shí)間為21h，非曝氣容積比為0.35，污泥回流比為70%～100%，好氧混合液回流比為100%～200%，缺氧混合液回流比為100%。小試系統(tǒng)模擬生產(chǎn)運(yùn)行工藝，反應(yīng)池容積為77.4L,理論水力停留時(shí)間達(dá)18h，流程如圖1所示。

 

1.2 廢水水質(zhì)及分析方法

以該污水處理廠實(shí)際進(jìn)水為研究對(duì)象，其水質(zhì)見表1(指標(biāo)分析按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行)。

 

 

2、結(jié)果與討論

 

通過長期的生產(chǎn)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)該污水處理廠出水中除磷超標(biāo)外,其余指標(biāo)均可接近或達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其出水水質(zhì)見表2。

 

為探究造成出水中磷超標(biāo)的原因,在污水處理廠的生化反應(yīng)池內(nèi)分別取樣測定NH3-N、NO3-N、PO43--P含量，其變化過程見圖2。

 

圖2生產(chǎn)系統(tǒng)生化反應(yīng)過程由于該污水處理廠實(shí)際進(jìn)水量僅為設(shè)計(jì)處理水量的1/2，因此其生化反應(yīng)理論水力停留時(shí)間達(dá)42h，但由于污泥回流、好氧混合液回流、缺氧混合液回流的影響，實(shí)際水力停留時(shí)間僅為9.8h，所以在此以進(jìn)水在生化反應(yīng)池內(nèi)的實(shí)際水力停留時(shí)間作為生化反應(yīng)歷時(shí)。

 

以同期進(jìn)行的小試為平行對(duì)比，其生化反應(yīng)的理論水力停留時(shí)間為18h，實(shí)際水力停留時(shí)間為5.25h，非曝氣容積比為0.5,缺氧區(qū)占非曝氣容積的2/3，其他參數(shù)與生產(chǎn)工藝完全相同，NH3-N、NO3-N、PO43--P含量的變化過程見圖3。

 

由圖2可知，該污水處理廠生產(chǎn)系統(tǒng)處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，其污泥有機(jī)負(fù)荷為0.106kgCOD/(kgMLSS˙d)。在厭氧區(qū)由缺氧混合液回流所攜帶的NO3-N利用進(jìn)水中的易降解有機(jī)物進(jìn)行反硝化，同時(shí)聚磷菌利用易降解有機(jī)物進(jìn)行厭氧釋磷(在厭氧反應(yīng)結(jié)束時(shí)釋磷量僅為3mg/L)。

由厭氧區(qū)轉(zhuǎn)入缺氧區(qū)后由于回流污泥及好氧混合液回流的稀釋作用使PO43--P下降到6.4mg/L,而由回流污泥及好氧混合液回流所攜帶的NO3-N在此進(jìn)行反硝化反應(yīng),至缺氧結(jié)束時(shí)反硝化反應(yīng)尚未進(jìn)行徹底(剩余NO3-N為1.4mg/L)，在此階段PO43--P略有下降。

由缺氧區(qū)進(jìn)入好氧區(qū)后在有機(jī)物氧化的同時(shí)進(jìn)行硝化反應(yīng)使NH3-N濃度迅速下降，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行硝化速率降低，NO3-N濃度伴隨硝化反應(yīng)的進(jìn)行而不斷上升，NO3-N的增加量與NH3-N的減少量基本呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，而PO43--P并未出現(xiàn)明顯的下降，也就是說聚磷菌在好氧條件下并未進(jìn)行大量的吸磷反應(yīng)，這與厭氧條件下釋磷量較少有關(guān)。

由圖3可知，小試系統(tǒng)污泥有機(jī)負(fù)荷為0.222kgCOD/(kgMLSS˙d)，此時(shí)在厭氧區(qū)聚磷菌利用進(jìn)水中的易降解有機(jī)物進(jìn)行厭氧釋磷(釋磷量達(dá)13mg/L)。由厭氧區(qū)轉(zhuǎn)入缺氧區(qū)后同樣由于回流污泥及好氧混合液回流的稀釋作用使PO43--P下降到11.5mg/L,隨后聚磷菌利用由回流污泥及好氧混合液回流所攜帶的NO3-N進(jìn)行吸磷,同時(shí)進(jìn)行反硝化反應(yīng)。由缺氧區(qū)進(jìn)入好氧區(qū)后聚磷菌繼續(xù)進(jìn)行吸磷反應(yīng)直至反應(yīng)結(jié)束(PO43--P接近于零)，在此階段有機(jī)物氧化與硝化反應(yīng)進(jìn)行得也較徹底。

對(duì)比圖2、3可知，相同工藝的兩個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)在不同負(fù)荷條件下除磷能力迥異，其主要是低負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致的好氧延時(shí)曝氣使細(xì)胞內(nèi)的儲(chǔ)存物質(zhì)(特別是PHB)發(fā)生變化，而使PHB被部分或全部消耗掉的原故，而細(xì)胞內(nèi)的糖原(Glycogen)在好氧條件下的轉(zhuǎn)化因受PHB數(shù)量減少的影響而降低，由于糖原的減少進(jìn)而影響到厭氧條件下磷的釋放及對(duì)揮發(fā)性脂肪酸的吸收，PHB的合成亦進(jìn)一步減少，總之由于生物除磷在好氧條件下的吸磷速率和吸磷量受細(xì)胞內(nèi)PHB含量的影響，PHB的減少導(dǎo)致磷吸收速率和吸磷量的下降，使聚磷菌無法有效地吸收細(xì)胞外的磷酸鹽合成聚磷，周而復(fù)始導(dǎo)致生物除磷能力喪失。

 

3、結(jié)論與建議

 

現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗(yàn)與小試對(duì)比結(jié)果表明，長期低負(fù)荷運(yùn)行是導(dǎo)致生物除磷效率下降的主要原因。在低負(fù)荷運(yùn)行條件下的好氧延時(shí)曝氣使聚磷菌細(xì)胞內(nèi)的PHB含量下降，導(dǎo)致磷吸收速率和吸磷量的下降，從而使聚磷菌無法有效地吸收細(xì)胞外的磷酸鹽合成聚磷，最終導(dǎo)致生物除磷能力喪失。

由于延時(shí)曝氣對(duì)生物除磷會(huì)產(chǎn)生不利影響，所以在城市污水處理廠應(yīng)適當(dāng)控制曝氣量、有效地調(diào)節(jié)曝氣系統(tǒng)，這樣不僅可以節(jié)省能量、降低運(yùn)行費(fèi)用，而且進(jìn)一步保證了生物處理系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)可為好氧同步反硝化創(chuàng)造良好的環(huán)境條件，降低回流系統(tǒng)攜帶的NOx-N(硝態(tài)氮)量，減少前置反硝化的碳源消耗，降低聚磷菌與反硝化菌對(duì)碳源的競爭，為聚磷菌提供充足的碳源以保證生物除磷對(duì)碳源的需求，最終提高了生物除磷的效率。

  水質(zhì)檢測