水解酸化液投配比对组合系统的影响

2021-10-23谭嘉伟左玉春

洛阳理工学院学报(自然科学版) 2021年3期

谭嘉伟，左玉春

(安徽建筑大学环境能源工程学院，安徽合肥 230601)

在我国，传统的A2/O工艺被大部分的污水处理厂所使用。然而，摄磷菌和反硝化细菌需要大量的碳源，导致传统A2/O工艺的脱氮除磷能力被削弱。我国城镇生活污水中的碳氮比通常较低，大量学者致力于通过外加碳源来解决这一难题，添加水解酸化液是其中一种手段[1-3]。世界各国的科研人员致力于对A2/O变形工艺的研究与开发，倒置A2/O工艺即为其中一种。在提高脱氮除磷效果的同时，倒置A2/O工艺弥补了传统A2/O工艺在运行中存在的很多问题[4]。将传统A2/O工艺中的缺氧池放置到厌氧池之前即为倒置A2/O工艺，污水先进入缺氧池中进行脱氮反应，紧接着从缺氧池末端流出，在好氧池内完成释磷反应，从而提高组合系统脱氮除磷的效果[5]。

在本实验中，倒置A2/O工艺的污泥回流比例为200%，生物絮凝吸附区的污泥回流比例为40%。本实验主要研究厌氧池和缺氧池中不同比例水解酸化液对组合系统脱氮除磷性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验材料

实验选取的污水来自合肥市某校区的生活污水，各项指标如表1所示。倒置A2/O工艺所采用的污泥来自合肥市某污水处理厂。

表1 试验用水水质

1.2 实验装置

实验所采用的倒置A2/O组合系统包括以下几个实验装置：絮凝池、倒置A2/O系统和水解酸化池，如图1所示。

图1 组合系统示意图

1.3 实验条件

本实验仅改变厌氧池和缺氧池的碳源投加量。实验条件设定3种工况。

工况1：缺氧池为3 L/h，厌氧池不添加水解酸化液；

工况2：缺氧池为2 L/h，厌氧池为1 L/h；

工况3：缺氧池1.5 L/h，厌氧池为1.5 L/h。

1.4 分析方法

实验各项指标严格按照《水和废水检测分析方法》[6]中的规定进行。污水各项水质指标，通常选用的分析方法如表2所示。

表2 常规指标分析方法

2 结果分析

2.1 不同水解酸化液投配比下COD的去除效果

不同比例水解酸化液投配比下COD的去除效果如图2所示。在工况1条件下，原水COD均值为195 mg/L，缺氧区末端出水COD均值为41 mg/L，厌氧区末端出水COD均值为28 mg/L，处理后COD均值为23 mg/L。在工况2条件下，原水COD均值为206 mg/L，缺氧区末端出水COD均值为46 mg/L，厌氧区末端出水COD均值为28 mg/L，处理后COD均值为18 mg/L。在工况3条件下，原水COD均值为194 mg/L，缺氧区末端出水COD均值为40 mg/L，厌氧区末端出水COD均值为28 mg/L，处理后COD浓度的均值为20 mg/L。结果表明：缺氧池中，COD会有78%的去除率，而厌氧池中COD的去除率较低，组合系统中COD去除效率可以达到91%左右；不同比例的水解酸化液投配比对于组合系统COD去除效果并没有太大的影响，并且一直保持在一个较高的水平。

图2 不同比例水解酸化液投配比下COD的去除效果

2.2 不同水解酸化液投配比下氨氮的去除效果

不同比例水解酸化液投配比下氨氮的去除效果如图3所示。在工况1条件下，原水氨氮浓度的均值为31.66 mg/L，缺氧区末端出水氨氮浓度的均值为9.18 mg/L，厌氧区末端出水氨氮浓度的均值为8.68 mg/L，处理后氨氮浓度的均值为4.16 mg/L。在工况2条件下，原水氨氮浓度的均值为31.36 mg/L，缺氧区末端出水氨氮浓度的均值为9.72 mg/L，厌氧区末端出水氨氮浓度的均值为8.99 mg/L，而处理后氨氮浓度的均值为4.45 mg/L。在工况3条件下，原水氨氮浓度的均值为32.01 mg/L，缺氧区末端出水氨氮浓度的均值为9.72 mg/L，厌氧区末端出水氨氮浓度的均值为9.62 mg/L，处理后氨氮浓度的均值为3.97 mg/L。从图3可以明显看出，在组合系统正常运转的情况下，氨氮的浓度在整个处理过程之中有着两次明显的减少，第一次大幅度下降发生在缺氧池出水中，是由于混合液的回流导致缺氧池内污水的浓度被稀释，但是最新的一些研究报告则指出，也可能是因为在缺氧池内发生了硝化反应[7]，第二次氨氮浓度的大幅度下降则发生在二沉池之中，是由于好氧池之中发生的硝化反应；不同比例水解酸化液投配比对污水中氨氮的去除效果无明显差异。

图3 不同比例水解酸化液投配比下氨氮的去除效果

2.3 不同水解酸化液投配比下总氮的去除效果

不同比例水解酸化液投配比下总氮的去除效果如图4所示。在工况1条件下，原水总氮浓度的均值为44.72 mg/L，处理后总氮浓度的均值为11.76 mg/L。在工况2条件下，原水总氮浓度的均值为43.60 mg/L，处理后总氮浓度的均值为14.33 mg/L。在工况3条件下，原水总氮浓度的均值为44.63 mg/L，处理后总氮浓度的均值为17.63 mg/L。在本次实验中，组合系统在不同工况下对总氮的去除率分别为73.62%、66.96%、60.52%。组合系统在工况1条件之下，末端出水总氮的浓度已经达到了我国《城镇污水综合排放标准》GB18918—2002中一级A的标准。工况2条件之下，末端出水总氮的浓度虽然也能满足我国城镇污水的排放标准，但是要高于工况1。工况3条件之下，末端出水总氮的浓度达到我国城镇污水的排放标准。组合系统中，随着水解酸化液投配比的减少，硝化细菌活性受到一定的影响，导致硝态氮的不断累积，末端出水的总氮浓度升高，去除效率也随之不断下降[5]。综合考虑，工况2为水解酸化液的最佳投配比。

图4 不同比例水解酸化液投配比下总氮的去除效果

2.4 不同水解酸化液投配比下总磷的去除效果

不同比例水解酸化液投配比下总磷的去除效果如图5所示。在工况1条件下，原水总磷浓度的均值为3.15 mg/L，缺氧区末端出水总磷浓度的均值为1.90 mg/L，厌氧区末端出水总磷浓度的均值为5.02 mg/L，处理后总磷浓度的均值为1.09 mg/L。在工况2条件下，原水总磷浓度的均值为3.56 mg/L，缺氧区末端出水总磷浓度的均值为2.02 mg/L，厌氧区末端出水总磷浓度的均值为9.86 mg/L，处理后总磷浓度的均值为0.83 mg/L。在工况3条件下，原水总磷浓度的均值为3.06 mg/L，缺氧区末端出水总磷浓度的均值为1.71 mg/L，厌氧区末端出水总磷浓度的均值为7.37 mg/L，处理后总磷浓度的均值为0.99 mg/L。由图5可以明显看出，当水解酸化液的投配比为2∶1时，组合系统对污水中总磷的去除效率最高。

图5 不同比例水解酸化液投配比下总磷的去除效果

综上所述，当水解酸化液的投加比例为2∶1时，组合系统对总磷的去除效果最好。当将水解酸化液投配比改为3∶0时，厌氧池中会因为未投加水解酸化液而导致处理过程中有机物含量匮乏，从而使得摄磷菌无法充分发挥作用；水解酸化液投配比调整为1∶1时，厌氧池内有机物含量充足，但在缺氧池之中，有机物的含量不足，影响了缺氧池中的反硝化反应[8]。由此可以看出，相较于工况1和工况3，工况2既能使得厌氧池中有机物含量充足，同时也能保证缺氧池中反硝化反应的正常进行。因此，水解酸化液的投配比2∶1为组合工艺的最佳投配比。