污水處理廠Carrousel氧化溝工藝研究
摘要:新會(huì)龍泉污水處理廠二期工程采用Carrousel氧化溝工藝，經(jīng)過一年的調(diào)試與運(yùn)行，出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，部分指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。由于在Carrousel氧化溝工藝前端增設(shè)了厭氧池，有效地提高了Carrousel氧化溝工藝的脫氮除磷效果。
關(guān)鍵詞:污水處理廠,Carrousel工藝,調(diào)試運(yùn)行,脫氮除磷
新會(huì)龍泉污水處理廠二期工程位于新會(huì)會(huì)城東甲村閃窖口，建設(shè)規(guī)模為4.0×105m3/d，采用增設(shè)厭氧池的Carrousel氧化溝工藝，工藝流程見圖1。
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1 工程設(shè)計(jì)
1.1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)
設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)及廣東省《水污染排放限值》（DB44/26-2001）一級標(biāo)準(zhǔn)。
設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。
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1.2 Carrousel反應(yīng)池設(shè)計(jì)參數(shù)
為提高除磷效果，在Carrousel氧化溝前端設(shè)置了厭氧池。Carrousel氧化溝共建有2座，單溝設(shè)計(jì)流量為833.3m3/h，污泥負(fù)荷為0.07kgBOD/kgMLSS·d，污泥回流比為100%，泥齡為9d，平均污泥濃度為3500mg/L，水力停留時(shí)間為12.8h（含厭氧池水力停留時(shí)間1.5h），單溝有效容積為10,700m3（含缺氧池有效容積為1250m3），有效水深為4.9m。
2 污泥培養(yǎng)
采用接種培養(yǎng)法，泥種取自龍泉污水處理廠一期工程的污泥濃縮池，污泥濃度為12～20g/L。
（1）污泥接種
將接種污泥同原水一起用泵提升至Carrousel氧化溝，共接種污泥2500m3。5d后池內(nèi)污泥濃度達(dá)到1600mg/L以上。
（2）間歇換水
每次換水量為氧化溝容積的1/2，每12h換水一次，3d后污泥濃度＞1800mg/L，污泥沉降比＞10%。通過鏡檢發(fā)現(xiàn)活性污泥絮體結(jié)構(gòu)良好，原生動(dòng)物種類及數(shù)量相對穩(wěn)定，主要為帶柄固著型纖毛蟲（如鐘蟲、纖蟲、累枝蟲等），并伴有后生動(dòng)物出現(xiàn)，這說明活性污泥菌膠團(tuán)已基本成熟。
（3）連續(xù)進(jìn)、出水
活性污泥菌膠團(tuán)基本成熟后，開始按照工藝設(shè)計(jì)連續(xù)進(jìn)、出水運(yùn)行。連續(xù)進(jìn)、出水運(yùn)行12d后混合液污泥濃度＞2500mg/L，各項(xiàng)出水指標(biāo)除氨氮和總氮外，均已達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但氨氮和總氮去除率只有10%～30%，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)恰好是年初的低溫寒冬天氣，氣溫在半個(gè)月內(nèi)維持在7℃～15℃，說明在低溫環(huán)境下，系統(tǒng)的硝化和反硝化速度慢，硝化和反硝化菌群還沒有大量繁殖起來。繼續(xù)運(yùn)行7d后，天氣轉(zhuǎn)暖，溫度上升至18℃～27℃，反應(yīng)池中的硝化和反硝化菌群迅速活躍和增殖，出水的氨氮指標(biāo)由原來的14～15mg/L快速下降至1.0mg/L以下，總氮也下降至9～13mg/L，并維持穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求。這標(biāo)志著污泥培養(yǎng)工作的結(jié)束。
3 調(diào)試與運(yùn)行
系統(tǒng)經(jīng)過3個(gè)月的培菌和調(diào)試運(yùn)行，出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
在近一年的運(yùn)行中，系統(tǒng)基本運(yùn)行在MLSS為2000 mg/L、回流比為50%的工況下，其實(shí)際運(yùn)行效果見表2。
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在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于進(jìn)水的濃度低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)的污泥負(fù)荷較低。當(dāng)系統(tǒng)污泥濃度維持初步設(shè)計(jì)的3500mg/L時(shí)，出現(xiàn)了污泥老化，氧化溝液面浮泥的現(xiàn)象，同時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行的電耗也相對較高。后來根據(jù)進(jìn)水濃度相對較低的情況，將系統(tǒng)的污泥濃度降低至2000mg/L左右，污泥負(fù)荷調(diào)整至0.07kgBOD/kgMLSS·d，此時(shí)系統(tǒng)污泥老化的現(xiàn)象消失，系統(tǒng)運(yùn)行電耗也相對下降。
系統(tǒng)原先設(shè)計(jì)的回流比為100%，后經(jīng)調(diào)試和實(shí)踐對比，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的回流比為50%時(shí)，系統(tǒng)生物除磷的效果最佳，于是將系統(tǒng)的回流比設(shè)定為50%。
4 脫氮除磷效果分析
龍泉污水處理廠Carrousel生化系統(tǒng)由厭氧池和Carrousel氧化溝組成。Carrousel氧化溝是一多溝串聯(lián)的系統(tǒng)，由表面曝氣機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行充氧，在溝內(nèi)營造出多個(gè)富氧區(qū)和缺氧區(qū)。廢水多次經(jīng)過富氧區(qū)和缺氧區(qū)，不斷經(jīng)歷好氧和缺氧的生化環(huán)境，在溝內(nèi)實(shí)現(xiàn)同步的硝化和反硝化反應(yīng)，為生物脫氮?jiǎng)?chuàng)造了良好的條件。
Carrousel氧化溝前段增設(shè)厭氧池，目的是為釋放回流污泥中的磷。根據(jù)生物除磷的原理，只有保證聚磷菌在厭氧狀態(tài)下有效地釋放磷，才能在后續(xù)好氧段充分地吸收磷，從而保證除磷的效果。聚磷菌在本系統(tǒng)厭氧池經(jīng)過充分地釋磷，同時(shí)將可快速生物分解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為PHB儲(chǔ)存在細(xì)胞中，為后續(xù)氧化溝過量吸磷創(chuàng)造了條件。
生化系統(tǒng)在各主要構(gòu)筑物中pH、TN、NH3-N、PO43--P的變化趨勢如圖2所示。
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4.1 脫氮
分析影響Carrousel氧化溝工藝脫氮效果的主要因素有以下幾點(diǎn)：
（1）溫度（T）
氣溫對脫氮效果影響較大。在系統(tǒng)調(diào)試的三個(gè)月期間，經(jīng)歷了低溫天氣。系統(tǒng)在不同的溫度區(qū)間運(yùn)行，對硝化和反硝化菌群的培養(yǎng)以及脫氮效果影響非常大。在調(diào)試期間，不同溫度區(qū)間系統(tǒng)脫氮的效果見表3。
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由表3可見，在進(jìn)水NH3-N和TN濃度變化不大的情況下，若系統(tǒng)在15℃以下運(yùn)行，硝化和反硝化菌群的培養(yǎng)增殖速度和代謝速度較慢，系統(tǒng)生化脫氮的效率較低，系統(tǒng)出水的氨氮和總氮指標(biāo)高于排放限值；當(dāng)系統(tǒng)在18℃～30℃時(shí)，硝化和反硝化菌群的培養(yǎng)增殖速度和代謝速度較快，系統(tǒng)生化脫氮效率較高，出水的氨氮和總氮指標(biāo)低于排放限值。
當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行一年，又遇到當(dāng)初調(diào)試期間的低溫天氣時(shí)，雖然硝化和反硝化菌群生化代謝速度同樣較低，但由于系統(tǒng)硝化和反硝化菌群已培養(yǎng)成功，并且比較穩(wěn)定，菌群數(shù)量比當(dāng)初調(diào)試期間多很多，此時(shí)系統(tǒng)出水的氨氮和總氮指標(biāo)仍能低于排放限值，當(dāng)然，其處理效率仍低于溫度大于18℃時(shí)的工況。
（2）溶解氧（DO）
氧化溝內(nèi)DO濃度的高低，直接影響到Carrousel氧化溝的生化脫氮效果。在不同DO濃度控制范圍下，系統(tǒng)脫氮效果見表4。
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調(diào)試運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，氧化溝內(nèi)DO分別控制在0～2.0mg/L和1.5～4.0mg/L區(qū)間，溝內(nèi)的硝化反應(yīng)良好，出水NH3-N濃度＜1.0mg/L。當(dāng)DO控制在1.5～4mg/L區(qū)間時(shí)，氧化溝內(nèi)硝化能力強(qiáng)，產(chǎn)物以NO3-N為主，濃度為7～9mg/L；當(dāng)DO控制在0～2.0mg/L區(qū)間時(shí)，氧化溝在好氧硝化同時(shí)，發(fā)生反硝化反應(yīng)產(chǎn)生N2，氧化溝中NO3-N濃度相對較低，為4～6mg/L。由此可見，將DO控制在0～2.0mg/L區(qū)間，有利于Carrousel氧化溝營造適合脫氮環(huán)境的富氧區(qū)和缺氧區(qū)，實(shí)現(xiàn)同步的硝化和反硝化，而且系統(tǒng)在低DO下運(yùn)行，能節(jié)約能量消耗，符合低能耗運(yùn)營的目標(biāo)。
近年來的理論研究認(rèn)為，硝化反應(yīng)必須在絕對富氧的條件下進(jìn)行。若DO濃度較低，則在污泥負(fù)荷較低時(shí)，硝化才能反應(yīng)良好。因?yàn)槲勰嘭?fù)荷較低時(shí)，氧利用速度很低，這時(shí)即使DO濃度很低（如DO在1.0mg/L左右），氧也可以完全滲透到污泥絮體內(nèi)部，被污泥絮體上的硝化細(xì)菌利用，進(jìn)行硝化反應(yīng)[1]。反硝化反應(yīng)適宜在溶解氧很低的環(huán)境下進(jìn)行。對泥齡長、污泥濃度高的生化系統(tǒng)，一般DO控制在0.5～1.0mg/L，可以實(shí)現(xiàn)好氧反硝化[2]。本系統(tǒng)在低溶解氧、低污泥負(fù)荷條件下具有良好的脫氮效果，剛好證實(shí)了上述的理論。
（3）污泥負(fù)荷
生物的硝化為低污泥負(fù)荷工藝。調(diào)試運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，污泥負(fù)荷越低，硝化反應(yīng)進(jìn)行得越充分，NH3-N氧化為NO3-N的硝化效率就越高。系統(tǒng)在不同污泥負(fù)荷下運(yùn)行的脫氮效果見表5。
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（4）碳源
廢水經(jīng)氧化溝處理后，在二沉池進(jìn)行反硝化反應(yīng)。但由于二沉池的出水BOD＜8mg/L，反硝化過程中所需的碳源不足，只能大部分依靠細(xì)菌內(nèi)源碳源進(jìn)行，因而反應(yīng)速度較低，未能將大部分NO3-N除去，出水NO3-N濃度仍有3～6mg/L。
（5）pH值
pH值是硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的重要影響因素。但由于進(jìn)入該污水處理廠的生活污水沒有工業(yè)污水成分，進(jìn)水pH保持在7.0～7.5，比較適宜細(xì)菌的脫氮，因而對本系統(tǒng)脫氮影響不大。
4.2 除磷
分析影響增設(shè)厭氧池的Carrousel氧化溝工藝除磷效果的主要因素有以下幾點(diǎn)：
（1）污泥回流比
實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，當(dāng)污泥回流比為10%～30%時(shí)，磷的去除率為50%～75%，出水總磷濃度平均值為0.7～1.0mg/L；當(dāng)污泥回流比為30%～50%時(shí)，磷的去除率為65%～85%，出水總磷濃度平均值為0.4～0.8mg/L；當(dāng)污泥回流比＞50%以后，磷的去除率未有明顯的提高，反而有所下降。分析認(rèn)為主要是由于過高的回流比導(dǎo)致了大量NO3-N隨污泥回流至厭氧池，NO3-N在厭氧池內(nèi)被還原過程消耗了可供聚磷菌利用的基質(zhì)，從而影響了聚磷菌的釋磷，導(dǎo)致后續(xù)氧化階段不能完成對磷的過量攝取，降低了對磷的去除效率。
（2）用于除磷的有效有機(jī)物
出水磷濃度的高低主要取決于系統(tǒng)中除磷細(xì)菌所需的發(fā)酵基質(zhì)VFA的可獲得能量與必須去除的磷的比值，而且進(jìn)入?yún)捬醭氐南趸颗c系統(tǒng)泥齡都會(huì)影響上述的比值。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)BOD/TP高于20～25時(shí)，出水的溶解性磷濃度可低于1.0mg/L。
（3）泥齡
實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)水BOD/TP比值大概相同的條件下，泥齡越長，除磷能力相應(yīng)越低。分析認(rèn)為隨著泥齡加長，系統(tǒng)產(chǎn)泥量減少，隨排泥而去的磷量也將減少，從而導(dǎo)致了系統(tǒng)除磷效率的降低；并且因?yàn)榛亓魑勰嗟脑龆啵瑓捬醭蒯屃走^程所需的BOD還將升高，若BOD不能提高，則聚磷菌可能釋磷不充分，從而導(dǎo)致后續(xù)氧化階段不能完成對磷的過量攝取，降低了對磷的去除效率。
（4）懸浮固體（SS）
出水SS對出水TP影響較大，當(dāng)出水SS＞15mg/L時(shí)，出水TP平均值將明顯高于日常平均值，這主要是由于顆粒性污泥磷含量的升高造成的。由此可見，有效控制出水SS對控制出水TP有著實(shí)際意義。
5 結(jié)語
新會(huì)龍泉污水處理廠二期工程采用增設(shè)厭氧池的Carrousel氧化溝工藝，出水水質(zhì)良好，全部出水指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，部分指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。前端設(shè)置的厭氧池有效提高了Carrousel氧化溝工藝的除磷效果，為Carrousel氧化溝工藝的不斷改良提供了新思路。
參考文獻(xiàn)：
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