COD、氨氮、總磷、總氮處理效果差的原因
信息來源：adcars.cn | 發布時間：2024-03-22
一般污水中的氮磷等營養元素都能夠滿足微生物需要，且過剩很多。但工業廢水所占比例較大時，應注意核算碳、氮、磷的比例是否滿足100:5:1。如果污水中缺氮，通常可投加銨鹽。如果污水中缺磷，通常可投加磷酸或磷酸鹽。污水的pH值是呈中性，一般為6.5～7.5。pH值的微小降低可能是由于污水輸送管道中的厭氧發酵。雨季時較大的pH降低往往是城市酸雨造成的，這種情況在合流制系統中尤為突出。pH的突然大幅度變化，不論是升高還是降低，通常都是由工業廢水的大量排入造成的。調節污水pH值，通常是投加氫氧化鈉或硫酸，但這將大大增加污水處理成本。當污水中油類物質含量較高時，會使曝氣設備的曝氣效率降低，如不增加曝氣量就會使處理效率降低，但增加曝氣量勢必增加污水處理成本。另外，污水中較高的油脂含量還會降低活性污泥的沉降性能，嚴重時會成為污泥膨脹的原因，導致出水SS超標。對油類物質含量較高的進水，需要在預處理段增加除油裝置。溫度對活性污泥工藝的影響是很廣泛的。首先，溫度會影響活性污泥中微生物的活性，在冬季溫度較低時，如不采取調控措施，處理效果會下降。其次，溫度會影響二沉池的分離性能，例如溫度變化會使沉淀池產生異重流，導致短流；溫度降低會使活性污泥由于粘度增大而降低沉降性能；溫度變化會影響曝氣系統的效率，夏季溫度升高時，會由于溶解氧飽和濃度的降低，而使充氧困難，導致曝氣效率的下降，并會使空氣密度降低，若要保證供氣量不變，則必須增大供氣量。污水中氨氮的去除主要是在傳統活性污泥法工藝基礎上采用硝化工藝，即采用延時曝氣，降低系統負荷。生物硝化屬低負荷工藝，F/M一般在0.05～0.15kgBOD/kgMLVSS·d。負荷越低，硝化進行得越充分，NH3-N向NO3--N轉化的效率就越高。與低負荷相對應，生物硝化系統的SRT一般較長，因為硝化細菌世代周期較長，若生物系統的污泥停留時間過短，即SRT過短，污泥濃度較低時，硝化細菌就培養不起來，也就得不到硝化效果。SRT控制在多少，取決于溫度等因素。對于以脫氮為主要目的生物系統，通常SRT可取11～23d。生物硝化系統的回流比一般較傳統活性污泥工藝大，主要是因為生物硝化系統的活性污泥混合液中已含有大量的硝酸鹽，若回流比太小，活性污泥在二沉池的停留時間就較長，容易產生反硝化，導致污泥上浮。通常回流比控制在50～100％。生物硝化曝氣池的水力停留時間也較活性污泥工藝長，至少應在8h以上。這主要是因為硝化速率較有機污染物的去除率低得多，因而需要更長的反應時間。TKN系指水中有機氮與氨氮之和，入流污水中BOD5/TKN是影響硝化效果的一個重要因素。BOD5/TKN越大，活性污泥中硝化細菌所占的比例越小，硝化速率就越小，在同樣運行條件下硝化效率就越低；反之，BOD5/TKN越小，硝化效率越高。很多污水處理廠的運行實踐發現，BOD5/TKN值最佳范圍為2～3左右。生物硝化系統一個專門的工藝參數是硝化速率，系指單位重量的活性污泥每天轉化的氨氮量。硝化速率的大小取決于活性污泥中硝化細菌所占的比例，溫度等很多因素，典型值為0.02gNH3-N/gMLVSS×d。硝化細菌為專性好氧菌，無氧時即停止生命活動，且硝化細菌的攝氧速率較分解有機物的細菌低得多，如果不保持充足的氧量，硝化細菌將“爭奪”不到所需要的氧。因此，需保持生物池好氧區的溶解氧在2mg/L以上，特殊情況下溶解氧含量還需提高。硝化細菌對溫度的變化也很敏感，當污水溫度低于15℃時，硝化速率會明顯下降，當污水溫度低于5℃時，其生理活動會完全停止。因此，冬季時污水處理廠特別是北方地區的污水處理廠出水氨氮超標的現象較為明顯。硝化細菌對pH反應很敏感，在pH為8～9的范圍內，其生物活性最強，當pH＜6.0或＞9.6時，硝化菌的生物活性將受到抑制并趨于停止。因此，應盡量控制生物硝化系統的混合液pH大于7.0。污水脫氮是在生物硝化工藝基礎上，增加生物反硝化工藝，其中反硝化工藝是指污水中的硝酸鹽，在缺氧條件下，被微生物還原為氮氣的生化反應過程。由于生物硝化是生物反硝化的前提，只有良好的硝化，才能獲得高效而穩定的的反硝化。因而，脫氮系統也必須采用低負荷或超低負荷，并采用高污泥齡。生物反硝化系統外回流比較單純生物硝化系統要小些，這主要是入流污水中氮絕大部分已被脫去，二沉池中NO3--N濃度不高。相對來說，二沉池由于反硝化導致污泥上浮的危險性已很小。另一方面，反硝化系統污泥沉速較快，在保證要求回流污泥濃度的前提下，可以降低回流比，以便延長污水在曝氣池內的停留時間。運行良好的污水處理廠，外回流比可控制在50%以下。而內回流比一般控制在300～500%之間。反硝化速率系指單位活性污泥每天反硝化的硝酸鹽量。反硝化速率與溫度等因素有關，典型值為0.06～0.07gNO3--N/gMLVSS×d。對反硝化來說，希望DO盡量低，最好是零，這樣反硝化細菌可以“全力”進行反硝化，提高脫氮效率。但從污水處理廠的實際運營情況來看，要把缺氧區的DO控制在0.5mg/L以下，還是有困難的，因此也就影響了生物反硝化的過程，進而影響出水總氮指標。因為反硝化細菌是在分解有機物的過程中進行反硝化脫氮的，所以進入缺氧區的污水中必須有充足的有機物，才能保證反硝化的順利進行。由于目前許多污水處理廠配套管網建設滯后，進廠BOD5低于設計值，而氮、磷等指標則相當于或高于設計值，使得進水碳源無法滿足反硝化對碳源的需求，也導致了出水總氮超標的情況時有發生。反硝化細菌對pH變化不如硝化細菌敏感，在pH為6～9的范圍內，均能進行正常的生理代謝，但生物反硝化的最佳pH范圍為6.5～8.0。反硝化細菌對溫度變化雖不如硝化細菌那么敏感，但反硝化效果也會隨溫度變化而變化。溫度越高，反硝化速率越高，在30～35℃時，反硝化速率增至最大。當低于15℃時，反硝化速率將明顯降低，至5℃時，反硝化將趨于停止。因此，在冬季要保證脫氮效果，就必須增大SRT，提高污泥濃度或增加投運池數。生物除磷中通過聚磷菌在厭氧狀態下釋放磷，在好氧狀態下過量地攝取磷。經過排放富磷剩余污泥而除磷！溫度對除磷效果的影響不如對生物脫氮過程的影響那么明顯，在一定溫度范圍內，溫度變化不是十分大時，生物除磷都能成功運行。試驗表明，生物除磷的溫度宜大于10℃，因為聚磷菌在低溫時生長速度會減慢。在pH在6.5-8.0時，聚磷微生物的含磷量和吸磷率保持穩定，當pH值低于6.5時，吸磷率急劇下降。當pH值突然降低，無論在好氧區還是厭氧區磷的濃度都急劇上升，pH降低的幅度越大釋放量越大，環保小蜜蜂這說明pH降低引起的磷釋放不是聚磷菌本身對pH變化的生理生化反應，而是一種純化學的“酸溶”效應，而且pH下降引起的厭氧釋放量越大，則好氧吸磷能力越低，這說明pH下降引起的釋放是破壞性的，無效的。pH升高時則出現磷的輕微吸收。每毫克分子氧可消耗易生物降解的COD1.14mg,致使聚磷生物的生長受到抑制，難以達到預計的除磷效果。厭氧區要保持較低的溶解氧值以更利于厭氧菌的發酵產酸，進而使聚磷菌更好的釋磷，另外，較少的溶解氧更有利予減少易降解有機質的消耗，進而使聚磷菌合成更多的PHB。而在好氧區需要較多的溶解氧，以更利于聚磷菌分解儲存的PHB類物質獲得能量來吸收污水中的溶解性磷酸鹽合成細胞聚磷。厭氧區的DO控制在0.3mg/l以下，好氧區DO控制在2mg/l以上，方可確保厭氧釋磷好氧吸磷的順利進行。厭氧區硝態氮存在消耗有機基質而抑制PAO對磷的釋放，從而影響在好氧條件下聚磷菌對磷的吸收。另一方面，硝態氮的存在會被氣單胞菌屬利用作為電子受體進行反硝化，從而影響其以發酵中間產物作為電子受體進行發酵產酸，從而抑制PAO的釋磷和攝磷能力及PHB的合成能力。每毫克硝酸鹽氮可消耗易生物降解的COD2.86mg，致使厭氧釋磷受到抑制，一般控制在1.5mg/l以下。由于生物除磷系統主要通過排出剩余污泥實現除磷，因此剩余污泥量的多少決定系統的除磷效果，而泥齡長短對剩余污泥的排放量和污泥對磷的攝取作用有直接的影響。污泥齡越小，除磷效果越佳。這是因為降低污泥齡，可增加剩余污泥的排放量及系統中的除磷量，從而削減二沉池出水中磷的含量。但對于同時除磷脫氮的生物處理工藝而言，為了滿足硝化和反硝化細菌的生長要求，污泥齡往往控制得較大，這是除磷效果難以令人滿意的原因。一般以除磷為目的的生物處理系統的泥齡控制在3.5~7d。污水生物除磷工藝中，厭氧段有機基質的種類、含量及微生物所需營養物質與污水中含磷的比值是影響除磷效果的重要因素。不同的有機物為基質時，磷的厭氧釋放和好氧攝取效果是不同的。分子量較小的易降解有機物（如揮發性脂肪酸類等）容易被聚磷菌利用，將其體內儲存的多聚磷酸鹽分解釋放出磷，誘導磷釋放的能力較強，而高分子難降解有機物誘導聚磷菌釋磷能力就較差。厭氧階段磷的釋放越充分，好氧階段磷的攝取量就越大。另外，聚磷菌在厭氧階段釋磷所產生的能量，主要用于其吸收低分子有機基質以作為厭氧條件下生存的基礎。因此，進水中是否含有足夠的有機質，是關系到聚磷菌能否在厭氧條件下順利生存的重要因素。一般認為，進水中COD/TP要大于15，才能保證聚磷菌有足夠的基質，從而獲得理想的除磷效果。研究表明，當以乙酸、丙酸和甲酸等易降解碳源作為釋磷基質時，磷的釋放速率較大，其釋放速率與基質的濃度無關，僅與活性污泥的濃度和微生物的組成有關，該類基質導致的磷的釋放可用零級反應方程式表示。而其他類有機物要被聚磷菌利用，必須轉化成此類小分子的易降解碳源，聚磷菌才能利用其代謝。糖原是由多個葡萄糖組成的帶分枝的大分子多糖，是胞內糖的貯存形式。如上圖所示聚磷菌中糖原在好氧環境下形成，儲存能量在厭氧環境下代謝形成為PHAs的合成的原料NADH并為聚磷菌代謝提供能量。所以在延遲曝氣或者過氧化的情況下，除磷效果會很差，因為過量曝氣會在好氧環境下消耗一部分聚磷菌體內的糖原，導致厭氧時形成PHAs的原料NADH的不足。對于運行良好的城市污水生物脫氮除磷系統來說，一般釋磷和吸磷分別需要1.5～2.5小時和2.0～3.0小時。總體來看，似乎釋磷過程更為重要一些，因此，我們對污水在厭氧段的停留時間更為關注，厭氧段的HRT太短，將不能保證磷的有效釋放，而且污泥中的兼性酸化菌不能充分地將污水中的大分子有機物分解為可供聚磷菌攝取的低級脂肪酸，也會影響磷的釋放；HRT太長，也沒有必要，既增加基建投資和運行費用，還可能產生一些副作用。總之，釋磷和吸磷是相互關聯的兩個過程，聚磷菌只有經過充分的厭氧釋磷才能在好氧段更好地吸磷，也只有吸磷良好的聚磷菌才會在厭氧段超量地釋磷，調控得當會形成一個良性循環。我廠在實際運行中摸索得到的數據是：厭氧段HRT為1小時15分～1小時45分，好氧段HRT為2小時～3小時10分較為合適。A/O工藝保證除磷效果的極為重要的一點，就是使系統污泥在曝氣池中“攜帶”足夠的溶解氧進入二沉池，其目的就是為了防止污泥在二沉池中因厭氧而釋放磷，但如果不能快速排泥，二沉池內泥層太厚，再高的DO也無法保證污泥不厭氧釋磷，因此，A/O系統的回流比不宜太低，應保持足夠的回流比，盡快將二沉池內的污泥排出。但過高的回流比會增加回流系統和曝氣系統的能源消耗，且會縮短污泥在曝氣池內的實際停留時間，影響BOD5和P的去除效果。如何在保證快速排泥的前提下，盡量降低回流比，需在實際運行中反復摸索。一般認為，R在50~70%的范圍內即可。
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