A O法工艺运行参数的控制

A/O法工艺运行参数的控制及对水质的影响

一、A/O工艺处理效果的影响因素及分析

1.1 温度的影响

温度是影响A/O 工艺脱氮效果的主要因素,主要体现在细菌的增殖速度和活性两个方面。且温度对脱氮的影响比对除磷的影响大。在好氧段,硝化反应在5- 35℃时,其反应速率随温度升高而加快,适宜的温度范围为30- 35 ℃。当低于5 ℃时, 硝化菌的生命活动几乎停止。有人提出硝化细菌比增长速率μ 与温度的关系为: μ=μ0θ(T20), 式中μ0 为20 ℃时最大比增长速率, θ 为温度系数, 对亚硝酸菌θ 为 1.12、对硝酸菌为 1.07。缺氧段的反硝化反应可在5-27 ℃时进行,反硝化速率随温度升高而加快,适宜的温度范围为15-25 ℃。厌氧段,温度对厌氧释磷的影响不太明显,在5-30 ℃除磷效果均较好。

1.2 pH 值的影响

在厌氧段,生物除磷系统适宜的pH 范围与常规生物处理相同,为中性或微碱性, 最适宜的pH 值为6-8,对pH 不合适的工业废水,处理前须先进行调节,以避免污泥中毒。而在兼氧段,反硝化细菌脱氮适宜的pH 值为6.5-7.5。在耗氧反硝化段,一般认为亚硝化细菌的最佳pH 值为8.0-8.4,若pH 过高,则NH4+NH3平衡被打破,NH3 浓度增加,由于硝化细菌对NH3 极敏感,结果必会影响到硝化作用的速率。

1.3 溶解氧的影响

溶解氧的存在会抑制异养硝化盐还原反应, 其作用机理为: 1)氧阻抑硝酸盐还原酶的形成(有些反硝化细菌必须在厌氧和有硝酸盐存在的条件下才能诱导合成硝酸盐还原酶); 2)氧可作为电子受体,竞争性地阻碍硝酸盐的还原。A/O系统在实际运行时,为获得更高的脱氮效果,常采用较大的内回流比,使更多的NO3-进入到兼氧池进行反硝化处理,造成回流混合液中溶解氧破坏了缺氧硝化环境, 阻断反硝化反应的进行。因此为调和兼氧池中溶解氧量与内回流比的矛盾,对一个确定的A/O 工艺系统,应根据兼氧池中溶解氧量与内回流比的关系,正确选择恰当

的内回流比。因子之一,氧的存在使混合液的氧化还原电位提高,抑制聚磷细菌的释磷作用,同时微生物耗氧呼吸消耗了一部分可生物降解的挥发性有机基质, 使聚磷细菌可吸收利用的有机物大大减少,降低了其在好氧条件下吸收并储存磷的能力。因此曝气池中溶解氧含量并非越高越好,过量的溶解氧随活性污泥进入到厌氧池,因此A/O 系统的曝气量应根据功能需要进行优化调控。

1.4 C/N 比的影响

在A/O 系统中, C/N 比是影响系统脱氮除磷效果的关键因素,传统理论认为, 脱氮除磷系统中N的负荷不允许超过0.05 N/(gMLSSd), C/N 过高会抑制耗氧段的硝化功能,C/N 过低则抑制反硝化和释磷过程。有研究表明,当废水中C/N 的值小于4时,系统的脱氮除磷效果将恶化,但在实际操作运行中,为提高系统处理功能, C/N 一般不宜小于8, 这样做主要是为避免过量的NO3-N存在使硝化细菌在厌氧池中与聚磷细菌争夺有限的碳源。城市废水中C/N 一般不小于8,因此城市生活废水的C/N 不会成为A/O 工艺的限制因子,而以工业废水为主的处理系统,C/N 比率不稳定,常常会对系统产生不良影响。

上图1.1是各区COD的分布示意图

1.5 污泥龄(SRT)的影响

硝化细菌属于专性自养型好氧细菌,其突出特点是繁殖速度慢,世代时间较长, 其比增长速率比异养细菌低一个数量级,在冬季,硝化细菌繁殖所需的世代时间长达30 d 以上,即使是夏季,在泥龄小于5 d 的活性污泥系统中硝化作用也十分微弱。与之相反,系统中异养降解细菌和反硝化细菌的世代周期一般为2-3 d,过长的

泥龄会造成上述菌种的老化,影响其降解活性。另外,聚磷脱氮菌也多为短泥龄微生物, 较短的泥龄可获得较高的除磷效果,在实际生产中, A/O系统为满足硝化脱氮功能常采上牺牲了部分有机物降解、除磷和反硝化速率。此外,生物除磷的唯一渠道是排除剩余污泥,为保证系统的除磷效果就不得不维持较高的污泥排放量,系统的泥龄也就相应地降低。美国Hyperion[17]污水处理厂的试验研究表明,当温度为22-24 ℃时,除磷系统的泥龄为 1.1 d,出水磷为0.4 mg/ L。因此硝化菌和聚磷脱氮菌在泥龄需求上存在着矛盾,整个系统的泥龄必须控制在一个很窄的范围,这种调和虽然使系统具备脱氮除磷效果,同时也使两类微生物无法发挥各自的优势。

下图1.2是TN,TP,COD受污泥龄的影响示意图

1.6 碳源的影响

在A/O 系统中,反硝化细菌和聚磷细菌均需要利用有机碳源进行新陈代谢, 同时,挥发性有机物(VFA)在系统发挥脱氮除磷功能中作用巨大,研究表明,污水中低分子挥发性有机物越高,反硝化和聚磷细菌吸收有机物以PHB 形式储藏在细胞内就越快速,并且内源反硝化脱氮速率和聚磷速率取决于细胞内的PHB 贮存量, 原因在于反硝化细菌利用PHB作为电子受体氧化NO3- ,聚磷细菌需氧化PHB产能以大量吸收游离P,因此污水中挥发性有机物含量越高,厌氧段初始的放磷速率越大,后续反硝化脱氮和缺氧吸磷速率也越高,由此可见,A/O 系统中反硝化和聚磷速率与污水中挥发性的有机酸含量的关系最大,系统中反硝化与聚磷细菌对有机碳源中VFA 的竞争矛盾也显得尤为突出。污水中VFA 的来源一般

有两种, 1)污水本身自带,城市废水VFA 含量一般不超过100 mg/L,对工业废水而言,其B/C 较低,可生化有机物和VFA 成分更少,因此工业废水中碳源的缺失会给A/O 系统的平稳运行造成较大困难,有些A/O系统不得不采用外加碳源以消除碳源竞争矛盾的不利影响。2)厌氧水解酸化,根据报道,厌氧水解酸化,可使长链状大分子难降解有机物裂变成小分子醇、酸。对环类物质可借助开环酶作用,使苯环加氢裂解或苯环加水羟基化,进一步水解成小分子类VFA,从而提高其可生化性。但是另一方面, 过量碳源对系统脱氮效果会产生负面作用, 研究表明, 好氧硝化段有机质浓度不宜过高,有机负荷应低于0.15 gBOD5 (/ gMLSSd)。否则过高的有机物浓度会促使异养细菌快速生长, 从而抑制了硝化细菌,降低系统硝化功能。由此可见,A/O 系统中聚磷细菌和反硝化细菌之间存在着争夺易生化降解的低分子有机物,而硝化过程又排斥过量的碳源,整个处理系统形成了碳源需求不平衡的矛盾关系。

1.7 有机负荷的影响

生物除磷工艺应采用高污泥负荷、低污泥龄系统,是因为磷的去除是通过排泥完成, F/M较高时,SRT较小,剩余污泥排放量较多,因而除磷量也多。而生物硝化属于低负荷工艺,负荷越低, 硝化反应就进行得越充分, NH3- N 向NO3- - N 转化的效率就越高,生物硝化是生物反硝化的前提,只有良好的硝化才能获得高效而稳定的反硝化,因此生物脱氮属低污泥负荷系统。A/O 工艺的运行实践证明, 有机负荷率在0.10￣0.15 gBOD5/(gMLSS?d)的范围内,处理效果较好[25], 过高的有机负荷会降低曝气池中的DO,使厌氧细菌大量生存,抑制了硝化细菌的生长,过低浓度的有机负荷则会使硝化细菌在与异养型COD 分解细菌的竞争中处于劣势, 降低硝化速率。因此系统为兼顾较高的脱氮与除磷效率,其负荷范围较窄,过高的水质与水量变化对系统脱氮和除磷效率将产生较大的影响。

1.8 硝酸盐的影响

硝酸盐对聚磷细菌在厌氧条件下的释磷有抑制作用,其原因为: 1)厌氧型产酸细菌可利用NO3-作为最终电子受体氧化有机基质,从而减少产酸细菌在厌氧条件下的挥发性脂肪酸(VFA)产量; 2)反硝化细菌利用NO3- 进行反硝化,同时消耗大量易生物降解的有机基质, 从而竞争性地抑制了聚磷细菌的厌氧释磷作用。