一体化生物除磷脱氮工艺装置

向仁军¹，张在峰²，李和平
（1.湖南省环境保护科学研究所,湖南长沙410004；2.湖南省环保局,湖南长沙410007
3.长沙市第一污水处理厂,湖南长沙410005）

　　摘要：用自行研制的一体化厌氧好氧生物除磷脱氮工艺装置对A／O系统的除磷脱氮效果进行了试验研究，结果表明：该装置实现了污泥的无泵自动回流，较传统的A／O工艺节能15%以上；同时具有结构紧凑、占地少、投资低、操作方便及除磷脱氮效果较好等特点。
　　关键词：A/O工艺；除磷脱氮；一体化装置?
　　中图分类号：X505
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2000)04-0014-03

Integrative A/O Device for Biological Phosphorous and Nitrogen Removal

XIANG Ren jun¹,ZHANG Zai feng ², LI He ping ³

(1.Hunan Research Institute for Environ. Protection Sci., Changsha 410004, China; 2.Hunan? ?Prov. Environ. Protection Bureau, Changsha 410007， China; 3.No.1 Wastewater Treatment Plant of Changsha,Changsha 410005，China)

　Abstract：An experimental study was carried out to investigate the effects and influential factors of A/O phosphorous and nitrogen removal process with a self - made integrative device. Results showed that the integrative A/O device could recycle sludge automatically without pump and achieve good effect in phosphorus and nitrogen removal under simple operation with less area and investment demand.
　　Keywords:A/O process; phosphorous and nitrogen removal; integrative device

1 试验装置与方法

1. 1 试验装置
　　为了解决污泥（A／A／O工艺还包括混合液）回流需用泵输送而导致能耗偏高的问题，根据A／O工艺的基本原理，设计并制作了能无泵自动回流污泥的一体化厌氧好氧生物除磷脱氮工艺装置（见图1）。

　　装置分为三个部分，即厌氧区、好氧区和沉淀区。污水用泵输入厌氧区，经厌氧后自流至好氧区进行反应后，自流进入沉淀区进行泥水分离；沉淀区上清液排出，底部污泥自动回流到厌氧区，剩余污泥从排泥管排出。
　　装置设计中通过如下几个方面的改进实现了污泥的无泵自动回流：①改变沉淀区远离厌氧区的常规设置法，使沉淀区紧靠厌氧区，从而缩短了污泥回流距离；②利用污泥与厌氧区混合液比重的差异，合理设计沉淀区泥斗及污泥回流通道，使污泥向厌氧区自沉；③改进搅拌器的设计，充分利用搅拌过程形成的负压，将污泥吸入厌氧区；④改进厌氧区设计，使其形成很好的轴向混合效果。
　　试验装置厌氧区、好氧区和沉淀区体积分别为20、60和20 L。为了便于变换操作条件，采用接触调压器对搅拌电机实行无级调速；好氧区用隔板分成5段，体积分别为10、10、10、10和20 L；污泥回流比则通过回流通道阀门控制。
1.2 试验方法
　　用一体化装置进行连续运行试验，检验该装置的可行性，并探索合理的工艺运行参数。试验分两个阶段进行，第一阶段处理人工合成污水，第二阶段处理长沙市第一污水处理厂一沉池出水，其流程见图2。

　　用自吸泵将一沉池出水抽入原水贮槽（人工合成污水试验时，配水直接在原水贮槽中进行），再由柱塞计量泵送入厌氧区，厌氧区用可调电动搅拌器搅拌以保证反应区内混合均匀；厌氧后的混合液自流进入好氧区，好氧区用气泵进行曝气；曝气后的混合液自流进入沉淀区，在此实现泥水分离，沉淀区上清液排出、污泥自动回流至厌氧区，剩余污泥从排泥管排出。连续运行试验工艺控制参数见表1。

表１　连续运行试验工艺参数 项目 合成污水 一沉池污水 1(运行23d) 2(运行20d) 3(运行25d) 4(运行28d) 流量（L/h） 8.3 9.1 14.2 15.8 水温（℃） 24.5 23.1 24.7 25.5 停留时间（h） 厌氧 2.4 2.2 1.4 1.3 好氧 7.3 6.6 2.8 3.2 BOD负荷
[kgBOD/kgMLSS] 0.18 0.27 0.15 0.36 COD/TKN(C/N) 7.63 13.20 3.57 7.81 污泥回流比（%） 199 226 182 109 泥龄（d） 20 20 20 20

2 试验结果及分析

　　连续运行试验结果见表2。

表2　连续运行试验结果

mg/L 项目 合成污水 一沉池污水 １ ２ ３ ４ BOD 进水 109 155 41 96 出水 2.3 9.7 4.4 12.1 去除率(％) 97.7 94.4 89.4 87.5 COD 进水 235 345 81.5 156 出水 12.0 42.0 28.0 24.0 去除率(％) 94.5 88.3 65.1 84.5 TP 进水 5.77 5.72 1.98 2.70 出水 2.04 1.28 1.16 0.34 去除率(％) 64.7 76.9 41.2 84.9 TN 进水 29.30 29.90 22.89 19.90 出水 5.52 5.37 9.40 7.50 去除率(％) 80.9 81.1 58.3 60.4

2.1 节能效果
　　表3列出了天津纪庄子污水处理中试厂、广州大坦沙污水处理厂和本装置的生物除磷脱氮污水处理部分的能耗情况。

表3 生物除磷脱氮污水处理能耗情况 名称 工艺 能耗情况 总耗 搅拌 污泥回流 混合液回流 好氧曝气 天津纪庄子污水处理中试厂
(kW.h/m³_污水) A/A/O 0.1219
(100%) 0.0251
(20.6) 0.017
(13.9%) 0.0307
(25.2%) 0.0491
(40.3%) 0.0491广州大坦沙污水处理厂
（kW） A/A/O 699
(100%) 126
(18.0%) 192(27.5) 381(54.5%) 一体化生物除磷脱氮装置(kW.h/m³_污水) A/O 0.1036
(100%) 0.0588
(56.8%) 0.0488
(43.2%)

　　表3表明，A/A/O生物除磷脱氮工艺中，污泥回流和混合液回流两部分的能耗占污水处理部分总能耗的27%～39%，其中污泥回流部分为14%左右。一体化厌氧好氧生物除磷脱氮工艺装置实现了污泥的无泵自动回流，可比常规工艺节能15%左右。此外，1.1节中所述改进污泥回流系统设计的4条原理，除第2条外其余均可应用于改进A/A/O工艺中的混合液回流系统，实现混合液的无泵自动回流，预计可节能20%左右。?
2.2 污水处理效果
　　通过近5个月的连续运行试验，一体化生物除磷脱氮装置污水处理去除率为：BOD为87.5%～97.7%、COD为65.1%～94.5%、TP为41.2%～84.9%、TN为58.3%～81.1%，均优于同期长沙市第一污水处理厂的处理效率。值得一提的是，对于氮磷含量不是太高的南方城市生活污水，只要选择适当的工艺参数，采用简单的A/O工艺流程便可实现除磷脱氮，而不必采用复杂的A/A/O工艺流程。
2.3 工艺参数
　　① C/N。在试验1、2中，C/N分别为7.63和13.2，其他各项运行条件基本相同，结果两者TN脱除效果基本相同。而试验2中总磷去除效果明显优于试验1，说明其他运行条件基本相同时，C/N的提高会明显改善除磷效果；或者说C/N的减少会首先影响磷的去除。本试验认为，C/N＞7～8为宜。
　　② 污泥回流比。A/O工艺无缺氧段，要实现脱氮必须增大污泥回流比，使好氧过程生成的NO₃-N随污泥一起回流至厌氧段，在厌氧段完成反硝化。表4列出了试验3、4的NO₃-N浓度变化。

表4　NO₃^--N浓度变化情况

mg/L 试验序号 原水 出水 实际进水 厌氧出水 反硝化量 反硝化率 备注 ３ 0.41 2.92 2.03 0.89 1.14 56.2% r=1.82
C/N=3.5 ４ 0.38 3.01 1.75 0.19 1.56 89.1% r=1.09
C/N=7.8

　　表4表明，由于试验4的污泥回流比低于试验3，随污泥一起回流至厌氧段的NO₃-N减少，加之C/N由3.57提高到7.81，改善了反硝化效果，形成了较好的厌氧状态，厌氧出水中NO₃-N浓度仅为0.19 mg/L，远低于试验3的0.89 mg/L。NO₃-N的减少和C/N的提高同时促进了磷的厌氧释放，从而有助于磷的好氧吸收，提高了磷的去除效果。表4还表明，虽然C/N的增大较好地改善了反硝化程度，反硝化率由56.2%提高到89.1%（增幅58.7%），但由于回流比减少，实际随污泥进入厌氧段的NO₃-N量降低，导致反硝化量增幅小得多（仅为36.8%），因而TN去除率改善不明显。同样，试验2与试验1相比较，虽然C/N的增大显著地改善了TP的去除效果，但由于回流比提高不多，两种条件下TN去除水平相当。因此，在反硝化范围内，增大回流比可提高脱氮率，本试验推荐采用200%左右的污泥回流比。
　　③ 停留时间。无缺氧段的A/O工艺要实现除磷脱氮，厌氧段必须具有完成反硝化和磷的释放两种功能，且优先完成反硝化过程；厌氧段停留时间应包括反硝化时间和磷的释放时间。因此，A/O工艺中的厌氧停留时间一般应大于拥有缺氧段的生物除磷脱氮工艺中的厌氧停留时间。本试验认为，A/O工艺厌氧停留时间以1.5～2.2 h合适。

3 结论

　　① 一体化厌氧好氧生物除磷脱氮工艺装置具有结构紧凑、占地少、投资省、操作方便等特点。
　　② 一体化厌氧好氧生物除磷脱氮装置实现了污泥的无泵自动回流，较常规工艺节能15%左右。
　　③ 对于磷、氮含量不高的南方城市生活污水，只要选择适当的运行参数，采用简单的A/O工艺便可实现除磷脱氮，不必采用复杂的A/A/O工艺。
　　④ C/N增大有助于除磷脱氮；要使A/O工艺具有较佳的除磷脱氮效果，C/N＞7～8为宜。
　　⑤ 在反硝化范围内，增大污泥回流比有助于脱氮；若要兼顾除磷，宜采用200%左右的污泥回流比。A/O工艺厌氧停留时间应稍长于A/A/O工艺，以1.5～2.2 h为宜。

参考文献：
［1］钱易.环境管理与技术［M］.北京：中国环境科学出版社，1994.
［2］严煦世.水和废水技术研究［M］.北京：中国建筑工业出版社，1992.451-590.

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基金项目：湖南省科委基金资助项目(93-128-3)

作者简介：向仁军(1966-)，男，湖南人，湖南省环境保护科学研究所助理研究员，学士，研究方向：水污染治理技术。
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