侧流富集/主流强化硝化工艺的应用

2016-12-16郑余阳

城市道桥与防洪 2016年11期

关键词：活性污泥闭式硝化

刘　振，郑余阳

（1.天津市市政工程设计研究院，天津市 300051；2.杭州开源环保工程有限公司，浙江杭州 311202；3.天津市基础设施耐久性企业重点实验室，天津市 300051）

侧流富集/主流强化硝化工艺的应用

刘振1,3，郑余阳2

（1.天津市市政工程设计研究院，天津市 300051；2.杭州开源环保工程有限公司，浙江杭州 311202；3.天津市基础设施耐久性企业重点实验室，天津市 300051）

氨氮的硝化是污水脱氮处理的重要前提，因此强化硝化对生物脱氮和污水处理都具有重要的意义，近年来侧流富集/主流强化硝化工艺越来越受关注。介绍了污泥水富集硝化菌强化硝化工艺、回流污泥曝气再生强化硝化工艺和闭式双泥龄活性污泥工艺，论述了三种工艺的工艺流程、运行原理、工艺特点及工程应用，为今后污水处理厂的建设和升级改造提供借鉴。

污水处理；侧流富集；强化硝化；工程应用

0　引　言

在污水处理过程中，氨氮的硝化是污水厂脱氮的重要前提，然而硝化能力不足常常成为污水脱氮的制约因素，因此，强化硝化效果、提高氨氮转化率对生物脱氮和污水处理都具有重要意义。目前，污水处理厂一般通过延长污泥龄、降低污泥负荷或提高溶解氧等措施来提升硝化效果，然而，这些措施会增加投资和运行成本，并且可能会带来除磷和反硝化效果变差等问题[1,2]。

近年来，在污水处理厂的建设和升级改造过程中，许多强化硝化工艺不断涌现。侧流富集/主流强化硝化工艺是在主流工艺外加一个侧流富集池，在富集池内培养富集硝化细菌，并使其连续回流至主流工艺，以提升主流工艺的氨氮转化率，从而达到强化硝化的效果[2,3]。

侧流富集/主流强化硝化工艺是一个广泛的概念，许多新工艺或改良工艺都类似该工艺，该工艺普遍具有占地面积小、投资成本低、处理效果好和运行操作简单等优点。本文重点介绍了污泥水富集硝化菌强化硝化工艺、回流污泥曝气再生强化硝化工艺和闭式双泥龄活性污泥工艺，论述了三种工艺的工艺流程、运行原理、工艺特点及工程应用，为今后污水处理厂的建设和升级改造提供一种崭新的思路。

1　污泥水富集硝化菌强化硝化工艺

污泥水主要包括污泥厌氧消化池、浓缩池的上清液及脱水车间的脱水滤液，大多数污水处理厂将其回流至前池再处理。污泥水的水量仅为污水厂总进水量的1%～2%，但是其氮负荷占总负荷的15%～25%，并且污泥水中C/N值较低、有机物较难降解[4,5]。污泥水富集硝化菌强化硝化工艺是将污泥水收集排入侧流富集池，在池内用污泥水中高浓度的氨氮培养富集硝化菌。该工艺即能处理污泥水、降低污水厂的氮负荷，也能提升主流工艺的硝化效果。

目前，污泥水富集硝化菌强化硝化工艺在欧美国家得到了广泛而深入的研究，荷兰Delft理工大学研发的BABE工艺、美国MalcolmPirnie研究所研发的InNitri工艺、瑞典斯堪维亚环保公司研发的ScanDeN工艺等都成功应用于实践，并取得了良好的处理效果[4]。

BABE（Bio-AugmentationBatchEnhanced）工艺是典型的污泥水富集硝化菌强化硝化工艺，其工艺流程见图1，在侧流富集池（BABE池）中，用污泥水培养富集硝化菌，并引入部分回流污泥，使硝化细菌以絮凝体形式处于悬浮增长状态，经富集培养的硝化菌回流至主流工艺，以达到强化硝化的目的。BABE池以间歇（SBR）工作方式运行,分进水、反应、沉淀和排水4个阶段，其有效体积是由消化液氮负荷与出流中硝酸盐氮浓度决定。荷兰Garmerwolde污水处理厂BABE池中SS为6400mg/L，污泥龄为24d，在没有外加碳源的情况下,BABE池在完成75%的硝化效率的同时亦实现了66%的反硝化率[2,4,6]。

2　回流污泥曝气再生强化硝化工艺

回流污泥曝气再生工艺是由日本Fillos等人于上世纪90年代提出的，其工艺流程见图2，该工艺的特点是回流污泥先进入曝气再生池（相当于侧流富集池）再生，再生后的污泥再回流至生物反应池，以提升主流工艺的处理效果。

图1　BABE工艺流程图

图2　回流污泥曝气再生强化硝化工艺流程图

回流污泥在曝气再生过程中缺少有机基质，但是异养菌的衰减速率远远大于硝化细菌的衰减速率，因此，异养菌衰减产生的氮等物质可以作为硝化菌的生长基质。曝气一段时间以后，再生污泥的组分发生较大的变化，其硝化菌的数量和比例远高于回流污泥。此外，由于二沉池底部处于缺氧状态，活性污泥的代谢和活性受到抑制，并且回流至生物池内以后恢复缓慢，而曝气再生池可使回流污泥中的微生物进入内源呼吸后期，其活性得到比较彻底的恢复[7,8]，因此，生物反应池的处理效果得到提升。

无锡某污水处理厂在升级改造过程中将原来Orbal氧化沟工艺改造为回流污泥曝气再生强化硝化工艺，改造后工艺运行稳定可靠，BOD去除率从94.67%提高到97.80%，NH4+-N去除率从89.86%提高到90.65%，TN去除率从61.99%提高到71.69%，TP去除率从93.86%提高到94.82%，SS去除率从95.3l%提高到97.42%，出水水质由原来的一级B标准提升为一级A标准。

3　闭式双泥龄活性污泥工艺

闭式双泥龄活性污泥工艺是A/O池（长泥龄）和普通曝气池（短泥龄）“并联”，其工艺流程见图3，污水按3∶7的进水分配比（流量比值）分别进入A/O池和普通曝气池，然后两个生物池的出水进入同一个二沉池，二沉池沉淀分离后，回流污泥再按3∶7的比例分别回流至A/O池和普通曝气池，而剩余污泥排除系统[1,9]。

图3　闭式双泥龄活性污泥工艺流程图

闭式双泥龄活性污泥工艺类似侧流富集/主流强化硝化工艺，A/O池相当于普通曝气池的“侧流硝化菌富集池”，它在处理污水的同时不断培养扩增硝化菌，并且通过二沉池连续不断地回流至普通曝气池，使普通曝气池在短泥龄的条件下也具有较高的硝化能力，从而达到强化硝化的目的[1,10]。该工艺具有占地面积小、运行成本低、处理效果好等优点，现已工程应用于上海市竹园第二污水处理厂和上海市长兴岛污水处理厂[11]。目前，竹园第二污水处理厂出水水质全面达到或超过设计出水水质，同时污水单位处理能耗仅为0.12～0.13kWh/m3，节能效果显著。

4　结　语

目前，我国许多城市污水处理厂存在着运行成本高、处理效果差等问题，随着环境问题的日益突出，国家对污水厂出水指标和节能减排都提出了更高的要求。优化处理工艺、加强运营管理、提升处理效果、降低运行成本已成为当前污水处理厂的研究热点。近年来，侧流富集/主流强化技术在国外得到了快速发展和应用，本文重点介绍了污泥水富集硝化菌强化硝化工艺、回流污泥曝气再生强化硝化工艺和闭式双泥龄活性污泥工艺，虽然它们培养富集硝化菌的“培养基质”不同，分别为污泥水、回流污泥和城市污水，但它们都能达到强化硝化的效果，并且其他水质指标也都符合要求；此外，四种工艺普遍具有占地面积小、投资成本低和运行操作简单等优点，这为今后污水处理厂的建设和升级改造提供一种崭新的思路。

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[2]刘智晓,胡春萍,詹卫东,等.侧流污泥生物强化技术及其在污水厂升级改造中的适用性[J].中国给水排水,2006,26(16):1-6.

[3]刘振,沈伟,马寅宗,等.闭式双泥龄活性污泥工艺强化硝化的中试研究[J].中国给水排水,2013,29(13):1-5.

[4]于莉芳,彭党聪.城市污水厂污泥水脱氮技术的应用及进展[J].中国给水排水,2007,23(8):9-13.

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[7]蒋岚岚,张万里,陈豪,等.回流污泥曝气再生在污水处理厂升级改造中的应用[J].中国给水排水,2011,27(6):43-46.

[8]FillosJ,LuisA.Full-scaleevaluationofbiologicalnitrogenremoval inthestep-feedactivatedsludgeprocess[J].WatEnvironRes, 1996,68(3/4):132-142.

[9]朱家祥,叶定威,王鑫强.上海竹园第二污水处理厂工程[M].上海:上海科学技术出版社,2008.

[10]刘振,吴敏.进水分配比对闭式双泥龄活性污泥工艺的影响[J].中国给水排水,2015,31(3):32-35.

[11]蒋玖璐.上海市长兴岛污水处理厂一期工程设计[J].中国给水排水,2010,26(14):67-70.

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