高氨氮生活污水改良UCT處理工藝

　　污水中氮磷含量增加是引起水體富營養(yǎng)化的主要原因，隨著人們生活水平提高和生活習慣改變，高氨氮、低碳氮比生活污水普遍存在，高氨氮生活污水對微生物的生長有抑制作用，很難進行生物處理，必須增加回流比來稀釋原污水，生活污水中C/N低會影響總氮和磷的去除。所以，一般活性污泥法處理高氨氮污水有一定困難

　　高氨氮生活污水對活性污泥有很大沖擊。一方面，使原生或后生動物不能適應(yīng)高氨氮環(huán)境，形成胞囊，從而活性降低。另一方面，硝化反應(yīng)中溶解氧不足，導致脫氮效果不好。通過對UCT工藝進行改進，系統(tǒng)具有較高的總氮、氨氮和COD去除率。

　　一、實驗部分

　　1-試劑與儀器

　　生活污水，取自某大學家屬樓生活污水排污口，水質(zhì)見表1。葡萄糖、堿性過硫酸鉀、抗壞血酸、鉬酸鹽、酒石酸鉀鈉、納氏試劑均為分析純。

　　TUV810型紫外可見分光光度計。BRLXUN立式壓力蒸汽滅菌器。CMF5型COD多參數(shù)水質(zhì)測定儀(與之配套藥劑有COD耗材1號和COD試劑2號);WTWMu)W630溶解氧測定儀;MilwaukeepH56筆式酸度計。

　　1.2實驗方法

　　采用改良的UCT工藝處理高氨氮生活污水，裝置分厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)和沉淀區(qū)共4個區(qū)，工藝流程示意見圖1。其中/回流為缺氧區(qū)至厭氧區(qū)，/回流為好氧區(qū)至缺氧區(qū)，/回流為沉淀區(qū)至缺氧區(qū)，/回流為缺氧區(qū)內(nèi)循環(huán)，m回流為沉淀區(qū)至缺氧區(qū)，碳源投加點在缺氧區(qū)首端。

　　實驗期間白天對進、出水取3次，間隔4h取樣1次，混合后作為待測平均水樣。實驗測定項目及分析方法見表2。

　　二、結(jié)果與討論

　　2.1總氮去除效果

　　2.1.1回流比對出水總氮的影響

　　回流比的調(diào)整分為七個工況，不同工況回流比對進出水總氮的影響見圖2。

　　氮主要是在好氧區(qū)氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮和在缺氧區(qū)硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮氣而去除，回流比是污水處理過程中一個重要的參數(shù)。由圖2可知，第一工況(1?5d)，沉淀區(qū)至缺氧區(qū)污泥回流100%，硝化液回流100%，缺氧區(qū)至厭氧區(qū)回流100%，出水總氮平均值37.93mg/L。第二工況(6?11d)增加缺氧區(qū)內(nèi)循環(huán)，回流比為100%，出水總氮平均值31.98mg/L，缺氧區(qū)內(nèi)循環(huán)的增加提高了系統(tǒng)的反硝化效果。第三工況(12?15d"加大沉淀區(qū)至缺氧區(qū)污泥回流至200%，出水總氮平均值為22-18mg/L，使沉淀區(qū)更多的硝酸鹽氮進入到缺氧區(qū)，增大了缺氧區(qū)反硝化的潛力。第四工況(16-21d)取消缺氧區(qū)內(nèi)循環(huán)，反硝化反應(yīng)減弱，出水總氮平均值為25.70mg/L。第五工況(22?25d)增大硝化液回流至200%，硝化液回流的加大，更多的硝酸鹽氮進入缺氧區(qū)，通過反硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氮氣，總氮去除效果提高，平均值為21?65mg/L。第六工況(26?35d)污泥回流降為50%，出水總氮平均值28.58mg/L。故第七工況從第36d起回流比調(diào)整如下：沉淀區(qū)至缺氧區(qū)污泥回流200%，硝化液回流200%，缺氧區(qū)至厭氧區(qū)回流100%，出水總氮平均值21.05mg/L?？梢姴煌亓鞅葘Τ鏊偟泻艽蟮挠绊?。

　　回流比的增加使進水氨氮稀釋增加，系統(tǒng)各區(qū)的氨氮濃度降低，在好氧區(qū)對硝化細菌的抑制減弱，進而硝化細菌大量繁殖，隨著系統(tǒng)的運行逐漸達到低氨氮的穩(wěn)態(tài)環(huán)境。

　　2.1.2碳源投加量對出水總氮的影

　　由于進水COD平均值為220mg/L，進水總氮平均值為95mg/L，C/N≈2-：1，C/N嚴重不足，僅依靠自身碳源不能使系統(tǒng)有較好的脫氮效果。反硝化菌屬異養(yǎng)型兼性厭氧菌，碳源的種類和C/N是生物脫氮除磷重要因素。碳源對于反硝化過程起著重要作用。本實驗選用碳源為葡萄糖，葡萄糖投加分六個工況，碳源投加量對出水總氮的影響見圖3。

　　由圖3可知，系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，未投加碳源時，出水總氮平均值為37.58mg/L，此工況進行反硝化主要靠內(nèi)碳源反硝化(PHAs)，由于反硝化效率較低、速率慢，從而脫氮效率不可能很高。第一工況(1?5d)在缺氧區(qū)投加葡萄糖，C/N為3：1，出水總氮平均值為32.41mg/L，第二工況(6?11d)，C/N為4.5：1，出水總氮平均值為22-12mg/L，碳源增加給反硝化細菌提供了營養(yǎng)，反硝化細菌利用碳源進行反硝化反應(yīng)，出水總氮降低。第三工況(12-29d)C/N為4：1，出水總氮平均值為25.69mg/L，第四工況(30?35d)C/N為3.5：1，出水總氮平均值為30.58mg/L，可見系統(tǒng)脫氮效果受碳源影響很大，投加碳源的多少對總氮的去除有很大的影響。第五工況(36?42d)恢復C/N為4.5：1，出水總氮下降，隨著系統(tǒng)運行出水總氮平均值為20.23mg/L，此工況進行異養(yǎng)反硝化的外碳源較多，反硝化速率較快，進而脫氮效率提升。第六工況(43?65d)C/N保持4.5：1不變，通過調(diào)節(jié)回流比、增加沉淀區(qū)至好氧區(qū)回流等措施，出水總氮平均值為12.02mg/L。

　　在不改變工況條件下，系統(tǒng)的脫氮效果難以進一步提高?？赡茉蚴牵孩俑邼舛劝钡?jīng)硝化后轉(zhuǎn)化為大量的硝酸鹽氮，通過硝化液回流至缺氧區(qū)，高DO濃度破壞了缺氧環(huán)境&給缺氧區(qū)造成了較大的壓力，反硝化細菌在不利環(huán)境中難于生存，數(shù)量減少，從而影響了反硝化作用，導致系統(tǒng)脫氮效率較低。同樣污泥回流中DO濃度對缺氧區(qū)也產(chǎn)生一定影響;②實驗進水COD平均值220mg/L，進水總氮平均值95mg/L，C/N≈2-：1，可見碳源不足，僅靠自身碳源脫氮效果難以進一步提高。為了使出水總氮達標，通過上述六個工況的調(diào)整，出水總氮平均值為12.02mg/L，出水總氮保持在15mg/L以下&在第57d和第59d出水總氮分別為9-21mg/L和7.35mg/L。

　　2.2氨氮去除效果

　　氨氮的去除與好氧區(qū)DO濃度有很大關(guān)系，本實驗通過調(diào)節(jié)曝氣量，改變好氧區(qū)的DO濃度，共有六個工況。進出水氨氮含量隨時間變化曲線見圖4。

　　由圖4可知，污泥培養(yǎng)時期，出水氨氮濃度較高，去除率偏低。這是因為進水氨氮濃度過高，好氧區(qū)的硝化細菌還沒有培養(yǎng)成熟，數(shù)量也少，硝化效果不明顯。隨著污泥培養(yǎng)的進行，系統(tǒng)逐漸達到穩(wěn)定。第一工況(1?9d)出水氨氮濃度雖然很低，氨氮平均值為0-1mg/L。為了保持滿足好氧區(qū)的硝化效果，系統(tǒng)DO濃度為4.25mg/L。高DO含量使好氧區(qū)的污泥發(fā)黃、松散，出水硝氮含量很高，導致污水進入沉淀區(qū)后發(fā)生反硝化反應(yīng)，大量污泥上浮，污泥流失嚴重，使污泥處于輕度膨脹狀態(tài)，污泥濃度下降，且出水SS和COD含量上升。

　　為解決沉淀區(qū)污泥上浮問題，第二工況(10?15d)的DO平均濃度為3-10mg/L，污泥上浮問題有很大緩解，污泥顏色變深，氨氮出水平均值2.25mg/L。第三工況(16?21d)、第四工況(22?27d)和第五工況(28-33d)DO平均濃度分別為2.21，1.48，1.02mg/L，隨著DO濃度的降低，氨氮出水濃度逐漸升高，第31d出水氨氮濃度最高，可達7.38mg/L，未達到GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》國家一級A排放標準。第六工況從第34d起DO濃度維持在1-0?1-0mg/L，隨著系統(tǒng)的運行，出水氨氮含量保持在1.50mg/L以下。

　　雖然高DO濃度能明顯提高系統(tǒng)的硝化效果，但是DO濃度不能過大，否則不經(jīng)濟。同時，高DO濃度會使好氧區(qū)的污泥發(fā)黃、松散，造成沉淀區(qū)污泥上浮和污泥膨脹現(xiàn)象。此外，高DO濃度下硝化液回流也會對缺氧區(qū)反硝化和裝置除磷效果有影響。所以系統(tǒng)運行工況DO濃度保持在1.40?1-0mg/L左右。

　　2.3COD去除效果

　　進、出水COD濃度隨時間變化曲線見圖5

　　由圖5可知，第1?3d運行初期系統(tǒng)還沒穩(wěn)定，微生物沒有培養(yǎng)成熟，數(shù)量也較少，出水第2d的COD達到65mg/L。隨著系統(tǒng)的逐步穩(wěn)定，第7d起系統(tǒng)出水COD穩(wěn)定在20?40mg/L之間，可達到GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》國家一級A排放標準，可見接種污泥的數(shù)量對于COD的去除有很大關(guān)系。在裝置運行工況，出水COD值常常高于好氧區(qū)末端的COD值，原因是系統(tǒng)一直保持較高的DO濃度，污泥過氧化較嚴重，好氧區(qū)出現(xiàn)大量泡沫，影響沉淀效果，導致出水濃度偏高。在穩(wěn)定運行工況下，通過對好氧區(qū)微生物的觀察，好氧區(qū)有大量輪蟲出現(xiàn)，可見出水水質(zhì)良好。

　　三、結(jié)論

　　(1)回流比對出水總氮有顯著影響。在r1回流為100%，r2回流為100%，r3回流為100%時，增力口。回流為100%，出水總氮平均值由37.93mg/L降為31.98mg/L；增大r3回流至200%，出水總氮平均值為22.18mg/L；r2回流由100%增大為200%，出水總氮平均值由25.70mg/L降為21.65mg/L。

　　(2)碳源投加量能提高出水總氮的去除。通過投加葡萄糖使C/N由2.3：1變?yōu)?.5：1時，出水總氮平均值由37-58mg/L降低為20-23mg/L，基本達到GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》國家一級B排放標準。

　　(3)較高DO濃度能明顯提高氨氮的轉(zhuǎn)化，硝化效果好。但過高DO濃度的硝化液回流會破壞缺氧區(qū)環(huán)境，降低系統(tǒng)脫氮效率。過高DO濃度也會導致污泥過氧化嚴重，好氧區(qū)出現(xiàn)大量泡沫，影響沉淀效果，出水COD濃度升高，出現(xiàn)COD出水值常高于好氧區(qū)末端COD值。系統(tǒng)穩(wěn)定運行時DO濃度維持在1-0?1-0mg/L之間。

　　(4)通過對改良UCT工藝的小型生活污水實驗裝置運行監(jiān)測，在進水總氮含量在80?125mg/L下，總氮出水平均值12-02mg/L，出水氨氮小于1.5mg/L，COD出水穩(wěn)定在20?40mg/L，可達到GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》國家一級A排放標準。（來源：北京建筑大學環(huán)境與能源工程學院）