强化厌氧池放磷环境对除磷效果的影响

强化厌氧池放磷环境对除磷效果的影响
翟德华1,李廷梅2,彭赵旭1,娄天宇1,姜
昆1,王锋1
(1.郑州大学水利科学与工程学院,河南郑州450001;2.郑州大学综合设计研究院有限公司,河南郑州450001)
[摘要]为强化厌氧池放磷环境,提高除磷效率,以某水解酸化+改良氧化沟+深度处理工艺污水厂为例,对比了反冲洗系统改造前后的除磷表现。

结果表明:将反冲洗废水回流到深度处理单元前端、增加厌氧区水力停留时间,能够改善生物池厌氧环境。

改造后厌氧池平均ORP 由-116.75mV 降至-333.82mV ,厌氧池末端TP 和水厂TP 去除率分别由9.24mg/L 、69.54%提升至13.32mg/L 和75.47%。

TP 去除率与水厂日排泥量显著相关,与碳源富余量关系不大。

[关键词]反冲洗废水;厌氧池;除磷[中图分类号]X703
[文献标识码]A
[文章编号]1005-829X (2021)04-0093-04
Effect of enhancing phosphorus release environment
of anaerobic tank on phosphorus removal
Zhai Dehua 1,Li Tingmei 2,Peng Zhaoxu 1,Lou Tianyu 1,Jiang Kun 1,Wang Feng 1
(1.School of Water Conservancy Engineering ,Zhengzhou University ,Zhengzhou 450001,China ;
2.Zhengzhou University Multi-Functional Design and Research Academy Co.,Ltd.,Zhengzhou 450001,China )Abstract :In order to enhance phosphorus release environment of anaerobic tank to improve phosphorus removal
efficiency ,a wastewater treatment plant with hydrolysis acidification+improved oxidation ditch+advanced treatment process was taken to compare the performance of phosphorus removal before and after the modification of backwashing system.The results showed that the anaerobic environment could be improved by reflowing the backwashing waste ⁃water to the front of the advanced treatment unit ,increasing the hydraulic retention time of the anaerobic zone.After the modification the average ORP of anaerobic tank decreased from -116.75mV to -333.82mV ,the TP concentration
at the end of anaerobic tank and TP removal rate of water plant increased from 9.24mg/L and 69.54%to 13.32mg/L and 75.47%,respectively.The TP removal efficiency was significantly correlated with daily amount of sludge discha ⁃
rged ,but it had little relationship with carbon source surplus.
Key words :backwashing wastewater ;anaerobic tank ;phosphorous removal
[基金项目]国家水体污染控制与治理科技重大专项(2015ZX07204-002);河南省高等学校重点科研项目(20B560018);河南科技智库调研自
选课题(HNKJZK-2020-03C );郑州大学全国大学生创新创业训练计划资助项目(202010459114)
水环境中的营养盐会引起藻类增长。

与氮相比,磷更易引发富营养化。

随着我国水环境整治加强,污水处理厂普遍提标到一级A 标准(GB 18918—2016),有地区要求部分指标达到地表水环境Ⅳ类标准。

生物除磷是目前最经济的除磷方式。

如想保证除磷效果,在厌氧段必须充分放磷,但实际运行中很多因素会破坏厌氧放磷环境,如水力停留时间过
短〔1〕、进水中碳磷比偏低〔2〕、回流污泥混合液中硝酸
盐的抑制等〔3〕。

因此,为使出水TP 稳定达标,常在生
物单元后增设深度处理。

目前国内以高密度沉淀池+滤池的组合工艺居多,一般滤池反冲洗水回流到水厂进水端。

反冲洗废水溶解氧高、流量变化大,理论上对厌氧池的放磷环境存在冲击。

将反冲洗废水回流点调整至深度处理前是否会改善生物除磷效果,目
DOI :10.11894/iwt.2020-0679
第41卷第4期2021年4月工业水处理
Industrial Water Treatment
Vol.41No.4Apr.,2021
前还鲜有报道。

笔者以改变反冲洗废水回流位置为主要手段,考察强化厌氧池放磷环境的除磷情况,以期为优化反冲洗回流提供理论指导与技术支持。

1
材料与方法
1.1
水厂概况
试验在河南省某污水处理厂进行。

该厂设计规模为15万m 3/d ,处理当地县城生活污水,以及产业集聚
区的工业废水(造纸和制药)。

进水水质如表1所示。

表1
污水处理厂进水水质
污水处理厂采用前置水解酸化+改良氧化沟+深度处理工艺。

其中水解酸化池上升流速为1.1m/h ,水力停留时间为6h ,平均污泥质量浓度为8000mg/L 。

改良型氧化沟有效水深6.5m ,厌氧/缺氧/好氧
区水力停留时间分别为1、2.7、12h ,平均污泥质量浓度为3000~4000mg/L 。

高密度沉淀池水力停留时间为42min ,V 型滤池滤速10m/h 。

工艺流程如图1所示。

图1
污水处理工艺流程
1.2
改造方案
为提升生物单元除磷效果,制定以下改造方案:
(1)改变反冲洗废水回流位置。

将反冲洗废水管道的终端由水厂进水端调整到深度处理系统前,从根本上避免反冲洗过程对厌氧池的影响。

(2)增加厌氧区水力停留时间。

将二沉池回流污泥管道终端从氧化沟厌氧池前端延伸至水解酸化池前端,将水解酸化池与厌氧池变成统一的厌氧区,为生物放磷创造充足时间。

(3)优化沉砂池曝气方式。

将曝气沉砂池曝气方式由连续式改为间歇式,降低其出水溶解氧浓度。

1.3
分析项目
COD 、NH 4+-N 、NO 2--N 、NO 3--N 、PO 43--P 、TN 、TP 和MLSS 等均采用标准方法测定〔4〕。

DO 、pH 和ORP 采用340i 便携式溶解氧仪(德国WTW 公司)现场检测。

2
结果与讨论
2.1
改造前后水厂运行情况
改造前后TP 的去除情况如图2所示。

图2改造前后TP 的去除情况
由图2可见,改造前平均进、出水TP 分别为2.31、0.67mg/L ,改造后当平均进水TP 升到2.74
mg/L 时,出水TP 仍保持在0.67mg/L ,TP 去除率由69.89%提升至77.38%。

该污水处理厂以生物除磷为主、化学除磷为辅,在深度处理单元投加液态聚合氯化铝(PAC ,投加量65mg/L 左右)进行化学除磷。

本次改造强化了生物除磷作用。

此外,改造前后系统出水的NH 4+-N 和TN 均未
受影响,出水NH 4+-N 和TN 一直低于1.0、15.0mg/L ,
均稳定达到一级A 排放标准要求。

来水中的有机物浓度会直接影响脱氮除磷表现。

有研究发现,碳氮比相同时,TP 去除率会随进水COD 的升高先增大再减小〔5〕。

COD 过低会影响厌氧释磷,过高则抑制好氧吸磷〔6〕。

改造前后COD 去除情况如图3所示。

图3
改造前后的COD 去除情况
项目COD/(mg ·L -1)TN/(mg ·L -1
)NH 4+-N/
(mg ·L -1)TP/(mg ·L -1)设计进水250~45025.00~45.0020.00~35.00 1.00~4.00实际进水
100~976
24.80~59.909.78~48.84
1.18~6.00
试验研究
工业水处理2021-04,41(4)
由图3可见,改造前平均进出水COD分别为206.43、41.83mg/L,改造后当平均进水COD升至306.44mg/L时,平均出水COD反而降至40.12mg/L。

可见改造后污水厂抗有机物冲击的能力增强,出水COD始终稳定达到一级A标准要求。

2.2改造后对厌氧环境的影响
V型滤池可有效降低SS、悬浮态COD、TP等,工艺改造前每3天反冲洗1次。

反冲洗对出水TP 的影响如图4所示。

图4滤池反冲洗改造对出水TP的影响
由图4可见,30d内共反冲洗10次,出水TP 有6次下降、4次上升。

其原因在于反冲洗虽能提高滤池的截留能力,但反冲洗时废水携带的溶解氧(气水反冲洗时引入)会回流至生化单元,破坏水解酸化池和氧化沟厌氧池的厌氧环境。

该厂每次反冲洗水量在1万t左右,约占其日处理水量的7%。

运行中发现反冲洗废水DO在7.04~9.12mg/L,与常温下饱和DO接近。

每次反冲洗废水回流后水解酸化池进水DO会升高0.44~0.56mg/L,而工程上认为厌氧环境DO不宜高于0.50mg/L。

另外,改造前沉砂池连续曝气,水解酸化池进水DO高达3.0~4.0mg/L,改为间歇曝气后DO降至2.5~3.0mg/L。

可见改造后有效降低进入厌氧区的DO,为放磷过程提供更多有机物。

ORP是衡量厌氧环境的重要参数,厌氧池平均ORP偏低时放磷速率较高〔7-8〕。

污水厂改造前后ORP与TP去除率的关系如图5所示。

图5中,ORP与TP呈较显著的负相关(-0.564)。

改造前ORP平均值为-116.75mV,受反冲洗废水回流影响,ORP常处于-100mV以上,TP平均去除率为69.54%。

有研究发现ORP<-100mV时有助于放
图5ORP与TP去除率的关系
磷,ORP<-200mV非常适合厌氧放磷〔9〕。

污水厂改造后厌氧池ORP平均值为-333.82mV,且系统稳定后一直保持在-400mV以下。

厌氧池末端平均TP由改造前的9.24mg/L增至13.32mg/L,TP平均去除率提升至75.47%。

需指出的是,改造前后出水TN 稳定(以NO3--N为主),回流污泥中NO3--N(13.0~ 15.0mg/L)对厌氧环境的影响不变。

但改造后水解酸化池和氧化沟厌氧池均可放磷,极大延长了放磷时间,改造措施有效强化了厌氧放磷环境。

2.3其他因素对除磷效果的影响
进水中80%~90%的磷会转移到污泥中,因此排泥对除磷至关重要。

对改造前后的日排泥量和TP 去除率进行拟合(日排泥量相同时,取该排泥量下的TP去除率平均值),发现两者相关系数高达0.94 (0.01水平上显著相关),可见合理增加排泥量有助于提高除磷率。

污泥龄过长时污泥絮体会因微生物进入衰亡期而破坏〔10-12〕。

污水厂改造前后脱水污泥的日排放量一直在100t左右(80%含水率),为强化脱氮效率提高了污泥龄,污泥龄在15~20d。

该污水厂的生化处理单元具有同步脱氮除磷功能,生物脱氮与除磷之间存在激烈的碳源竞争〔13-14〕。

工程上认为,若要实现生物脱氮则进水碳氮比不宜低于5.0,若要实现生物除磷则进水碳磷比不宜低于17.0。

此外,水中1mg/L的DO需消耗1mg/L的COD。

以此计算进水中的碳源富余量(即实际COD 与理论需求COD差值),考察碳源富余量与TP去除率间的关系,如图6所示。

由图6可以发现两者相关性一般(相关系数0.13),这是因为进水碳源有限时,聚磷菌与反硝
化工业水处理2021-04,41(4)翟德华,等:强化厌氧池放磷环境对除磷效果的影响
图6碳源富余量与TP去除率的关系
菌竞争碳源时处于弱势地位〔14〕,导致除磷效果无法显著提高〔15〕。

需注意的是,将反冲洗废水回流由水厂进水端调整到深度处理系统前,虽然改善了厌氧池放磷环境,但反洗废水中的悬浮物会对深度处理单元的高密度沉淀池形成冲击。

实际运行中高密度沉淀池排泥压力增加,滤池反冲洗周期仍为3天1次。

3结论
将反冲洗废水回流到深度处理进水端、增加厌氧区水力停留时间、优化曝气沉砂池的运行方式,可以有效强化厌氧池的放磷环境。

改造后厌氧池平均ORP由-116.75mV下降到-333.82mV,厌氧池末端TP质量浓度由9.24mg/L增至13.32mg/L,TP去除率由69.54%提升至75.47%。

增加排泥量是提高除磷效率的有效手段,污水厂日排泥量与TP去除率的相关系数高达0.94(0.01水平上显著相关)。

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[作者简介]翟德华(1999—),本科。

电话:173****2636,E⁃mail: 1029484365@。

通讯作者:彭赵旭,副教授,E⁃mail:
***********.cn。

[收稿日期]2021-02-28(修改稿
)
试验研究工业水处理2021-04,41(4)。