季节对城市污水处理影响的研究

2014-03-24宋丽婷

中国设备工程 2014年8期

关键词：城市污水硝化去除率

廉刚宋丽婷

（河南中烟郑州卷烟厂，河南郑州 450000）

季节对城市污水处理影响的研究

廉刚宋丽婷

（河南中烟郑州卷烟厂，河南郑州 450000）

针对某城市污水处理厂曝气沉砂池出水，采用改进A2/O工艺，进行了为期7个月的试验，总结出夏、秋、冬3个季节污染物处理效果的变化情况。

季节性变化；A2/O工艺；城市污水；脱氮；除磷

在城市污水处理过程中，季节变化不但影响进水的水质，而且影响微生物的活性，特别是在气温随着季节变化较大的地区，温度可能制约城市污水的处理效果，水质温度的变化规律直接关系到污水处理的参数调整、工程投资及环境效益等。进水水质的变化破坏了稳定的生化系统；且微生物对环境温度非常敏感，对环境温度的适应能力有一定的范围，温度影响脱氮除磷菌群的种类和数量，从而制约污水处理厂的脱氮除磷效果。在我国北方地区，传统的活性污泥法成为城市污水处理的主要手段，但其对季节变化的抗冲击能力较差，尤其冬季脱氮除磷效果不稳定。

用氧化沟代替传统A2/O工艺中的好氧池，氧化沟具有流态好、水力停留时间长等优点，进而提高了对季节变化的抗冲击负荷能力。当水质和温度随季节变化变化时，可保证系统较稳定运行。

试验采用A2/O强化脱氮除磷工艺装置，用氧化沟代替传统A2/O工艺中的好氧池，合理选择运行处理参数，研究季节性变化对污水脱氮除磷去除效果的影响，以寻求污水生物脱氮除磷的最佳环境条件，可为四季温度变化类似地区的污水处理工艺选择提供科学依据。

一、材料与方法

1.试验用水和接种污泥

试验所用接种污泥取自某城市污水处理厂二沉池剩余污泥，直接将污泥接种到反应器中，其MLSS约为18 400mg/L，MLSS/MLVSS=3。先对接种污泥进行闷曝1d，曝气量为正常曝气量的1/2，然后开始循序进水。

试验所用污水取自该城市污水处理厂曝气沉砂池出水。该工艺的设计进水量为1t/d，曝气沉砂池出水经高位水箱提升后进入反应装置。

2.监测指标及方法

表1 监测指标及方法

3.试验流程

试验工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图

各反应器设计参数见表2。

表2 各反应器设计参数

进水依次经过厌氧池、缺氧池、氧化沟、沉淀池后出水。进水在厌氧池内进行水力搅拌，即通过蠕动泵将厌氧池上部溶液抽到厌氧池底部达到混合的目的；缺氧区内由气搅拌和机械搅拌两种方式共同作用；氧化沟内交错铺设两根穿孔曝气管，曝气管长约60cm，曝气量为0.5～2.0m3/h。设备使用如表3所示。

表3 试验主要设备

控制硝化液回流比为200%，污泥回流比为100%，SRT在20d左右。保证厌氧反应器中溶解氧在0.2mg/L以下，缺氧反应器中溶解氧在0.2～0.5mg/L之间，氧化沟内溶解氧浓度在3mg/L以下。考察夏、秋、冬三个季节对污染物去除的影响，夏季时，温度大于20℃；秋季时，温度在15～20℃之间；冬季时，温度小于15℃。

二、结果分析与讨论

1.季节性变化对COD去除效果的影响

夏、秋、冬三个季节COD的去除效果如图2所示。

图2 季节变化对COD的去除效果影响图

夏、秋、冬三季节进水平均COD浓度分别为563.6mg/L、640.90mg/L、681.60mg/L，呈现上升的趋势；出水平均COD浓度分别为41.16mg/L、43.07mg/L、49.78mg/L，也出现升高的趋势，但仍优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准；平均去除率分别为91.47%、93.77%、91.10%，秋季平均去除率最高，可能由于秋季温度范围为15～20℃，此温度范围内的菌体占优势。

夏、秋、冬三季温度逐渐降低，但出水平均COD均小于50mg/L，平均去除率在90%以上，季节变化对COD去除效果的影响不大，分析原因为夏季进水有机物浓度较低，对有机物的降解能力没有充分发挥出来，这说明无论是冬季还是夏季，污水处理的效果都较好，即温度对其影响不是很大。

2.季节性变化对TP去除效果的影响

夏、秋、冬三个季节TP的去除效果如图3所示。

图3 季节变化对TP的去除效果影响图

夏、秋、冬三季节进水平均TP浓度分别为8.1mg/ L、8.97mg/L、5.06mg/L，呈现先上升后下降的趋势，冬季较夏季进水平均TP浓度降低38%；出水平均TP浓度分别为0.42mg/L、0.53mg/L、0.74mg/L，显著升高，冬季较夏季出水平均出水TP浓度升高76%，只有夏季出水平均TP浓度优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准；平均去除率分别为94.25%、93.30%、82.90%，逐渐下降，冬季下降幅度较大。

随季节变化，冬季进水平均TP浓度降低，却出现出水平均出水TP浓度升高，平均去除率下降的趋势，即TP去除受冬季影响较大。分析其原因可能是聚磷菌的活性在温度较低受到抑制，而且反硝化菌进行反硝化脱氮反应对聚磷菌吸收和利用易降解有机物的过程形成竞争，并且在对碳源的竞争中占优势。

3.季节性变化对NH3-N去除效果的影响

研究表明：生物硝化反应在4～45℃的温度范围内进行，温度不仅影响硝化菌的比增长速率，而且影响硝酸菌的活性，硝化过程对温度的变化最为敏感。温度对硝化的影响显著，在10～30℃范围内，随温度升高，微生物的增长速率升高；在30～35℃，生长速率恒定；35～40℃范围内，生长速率开始递减。硝化细菌，最适宜生长的温度为25～30℃。当温度低于15℃时，硝化速率明显下降，活性也大幅降低，有研究表明，30℃时的硝化速率是17℃时的两倍。硝化菌对温度的突然变化非常敏感，温度快速升高或降低，增长速率的增加或降低低于预期。目前研究情况来看，高温条件（50～60℃）不发生硝化。

夏、秋、冬三个季节NH3-N的去除效果如图4所示。

图4 季节变化对NH3-N的去除效果影响图

夏、秋、冬三季节进水平均NH3-N浓度分别为21.7mg/L、27.97mg/L、27.22mg/L，与夏季相比，秋冬两季明显升高，冬季较夏季进水平均NH3-N浓度升高25%；出水平均NH3-N浓度分别为2.9mg/L、4.57mg/L和15.95mg/L，显著升高，冬季较夏季出水平均出水NH3-N浓度升高4.5倍，夏、秋季出水平均NH3-N浓度优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准；平均去除率分别为84.30%、85.50%、37.20%，冬季下降幅度较大，去除效果较差。

夏季温度高于20℃时，硝化细菌活性较高，温度变化对硝化细菌的影响不是很大，出水NH3-N稳定，基本能达到一级A排放标准；秋季温度为15～20℃，随着温度的降低，出水NH3-N也有升高的趋势，到冬季，当温度降到低于15℃时，NH3-N的去除率下降到40%以下，出水NH3-N严重超标，分析其原因，这是由于当温度低于15℃时，硝化速率明显下降，活性也大幅降低。综上，可以看出，温度对硝化反应有着巨大的影响。温度是影响NH3-N去除的主要因素，温度低不利于NH3-N的去除。主要原因在于硝化细菌的生长速率及代谢能力受温度的影响较大，硝化细菌的生长速度及代谢能力随温度的降低而快速减小，这是温度影响硝化过程的根本原因。

4.季节性变化对TN去除效果的影响

夏、秋、冬三个季节TN的去除效果如图5所示。

图5 季节变化对TN的去除效果影响图

夏、秋、冬三季节进水平均TN浓度分别为34.4mg/L、38.60mg/L、40.0mg/L，逐渐升高；出水平均TN浓度分别为9.59mg/L、12.90mg/L、18.48mg/L，冬季显著升高，冬季较夏季出水平均出水TN浓度升高92%，夏、秋季出水平均TN浓度优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准；平均去除率分别为72%、66.07%、53.63%，冬季下降幅度较大，去除效果较差，与出水NH3-N去除规律相吻合。

夏秋季，出水TN稳定，秋季出水平均TN浓度优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，随着水质浓度的升高以及温度的降低，出水平均TN浓度出现升高的趋势；冬季，当温度降到低于15℃时，TN的去除率下降，出水TN超标，分析其原因，这是由于当温度低于15℃时，硝化速率明显下降，活性也大幅降低。而且低温对反硝化过程也具有影响，缺氧段的反硝化反应可在5～27℃进行，随着温度的升高，反硝化速率加快，最适宜的温度为15～25℃。

J.S.Ha等人进行了BNR工艺研究，结果表明反硝化速率比包括硝化速率在内的其他动力学参数受温度的影响更大，温度越低反硝化速率越低。综上，当温度降低到15℃以下时，温度影响硝化和反硝化细菌的活性，系统脱氮效果开始随温度降低而降低。