强化AB法的脱氮除磷功能研究

何国富¹， 张 波^２，华光辉³， 周增炎¹
（1.同济大学 环境工程学院，上海 200092；2.山东省环保局，山东济南 250000；
3.?Department of Civil and Environmental Engineering,University of Massachusetts,Amherst,MA01003 ,USA）

　　摘　要：针对AB法的运行特点及在脱氮除磷方面的局限性，采用了外加碳源、间歇曝气等措施来强化AB法的脱氮除磷功能。小试结果表明，仅利用厂内碳源(即将A段部分污泥回流到间歇曝气池)仍不能实现满意的除磷效果，同时从厂外引入碳源(投加乙酸钠或引入高浓度啤酒废水)则系统的脱氮除磷效果将有较大的改善。
　　关键词：AB法；间歇曝气；脱氮除磷；碳源
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2002)09-0012-04

Study on the Enhanced AB Process for Removal of Phosphorus and Nitrogen
He Guo-fu¹， Zhang Bo²， Hua Guang-hui³， Zhou Zeng-yan¹
(1.School of Environmental Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China;? 2.Shangdong Provincial Environmental Protection Bureau,Jinan 250000,China ;3.Department of Civil and Environmantal Engineering, Univers ity of Massachusetts,Amherst,MA01003 USA)

　　Abstract：In response to the operating characteristic of AB process and its limitation in
removal of phosphorus and nitrogen,AB process was enhanced by dosing carbon sources and using intermittent aeration.The test result showed that enhanced biological removal of phosphorus couldn‘t be achieved in the system only by utilizing the carbon sources in the system (sludge was kept in A-stage and part o f sludge was returned to intermittent aeration tank);while the desirable removal of phosphorus and nitrogen could be obtained by introducing carbon sources out of the system (by means of sodium acetate dosing and introduction of high strength brewery wastewater).
　　Keywords:AB process; intermittent aeration; biological nitrogen and phosphorus removal; carbonsources

　　由于AB法不具备脱氮除磷功能^［1］，因此国内数家已采用AB工艺的城市污水处理厂客观上要求进行适当的改进以使出水氮、磷达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)中的二级标准。迄今为止，大多数的做法是将B段改进为A/O或A²/O生物脱氮除磷工艺，或辅以物化除磷措施。这些改造方法通常需对原有设施进行不同程度的改建或扩建，故投资较大。而间歇曝气工艺是在对传统活性污泥法的改造实践中发展起来的一种脱氮除磷工艺(其显著特点是流程简单，硝化、反硝化、释磷、吸磷过程可在同一反应池内完成)，采用该工艺进行改造时原有设施可不作变更，只需定时供气、停气或数组曝气池通过阀门的交替切换轮流供气，在实现脱氮除磷的同时可达到有效利用原有设施和降低改造成本的目的^［2］。
　　在前期研究成果的基础上拟采用间歇曝气和从增加进水碳源入手探讨强化AB法脱氮除磷功能的可行性。

1 试验装置

　　试验在青岛海泊河污水处理厂(采用AB法)进行。以粗格栅后的渠道进水为原水，经贮水箱后由微型计量泵送入A段曝气池(取水管头部设置网罩)。接种污泥取自青岛李村河污水处理厂( 采用改良的A/O工艺)。小试装置如图1所示。
　　进水为连续流，流量为3.3L/h。A段曝气池设计HRT为0.5h；将B段曝气池改为间歇曝气池，出水口分别按HRT为6、8、10h设计，增氧泵由时间继电器控制启闭以实现间歇曝气，同时B段设机械搅拌桨进行连续搅拌；中间沉淀池和二沉池均采用竖流式，设计HRT分别为1.5h和4.2h。

2 结果与讨论

　　各工况的运行条件及试验结果见表1。

表1 各工况运行条件和试验结果 运行工况 工况1 工况2 工况3 工况4 工况5 工况6 工况7 工况8 曝气方式 曝气3 h，
停气3 h 曝气3 h，
停气3 h 曝气4 h，
停气4 h 曝气3 h，
停气5 h 曝气4 h，
停气4 h 曝气4 h，
停气4 h 曝气4 h，
停气4 h 曝气4 h，
停气4 h B段HRT(h) 10 10 8 10 10 8 10 8 B段泥龄(d) 8 8 10 8 8 10 8 10 回流比(%) A段 100 100 100 100 100 100 100 100 B段 150 150 100 100 100 100 100 100 内循环比(A～B)(%) 　 65 65 65 65 65 65 65 MLSS(mg/L) 2.24 2.55 3.76 3.11 3.66 4.54 3.33 4.33 DO(mg/L) 3.2 3.1 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.3 温度(℃) 25 26 26 28 28 29 29 29 COD 进水(mg/L) 571 *496 728 830 *500 797 678 671 出水(mg/L) 70.4 53.2 52.4 45.8 30.4 38.7 39.8 46.8 去除率(%) 87.7 89.2 92.8 94.5 93.9 95.1 94.1 93.0 NH₃-N 进水(mg/L) 63.2 58.2 47.9 32.7 32.5 36.4 39.8 36.4 出水(mg/L) 11.0 5.6 5.42 3.86 4.10 3.85 3.8 9.2 去除率(%) 82.6 90.4 88.7 88.2 87.3 89.4 90.5 74.7 TN 进水(mg/L) 77.4 75.7 61.2 42.58 37.6 43.3 45.3 46.8 出水(mg/L) 31.8 16.0 19.2 8.07 8.30 7.25 8.34 12.6 去除率(%) 58.9 78.9 68.6 81.0 77.9 83.3 81.6 73.1 PO₄^3--P 进水(mg/L) 6.86 6.42 7.08 7.82 6.50 5.75 7.25 7.00 出水(mg/L) 5.77 5.55 5.08 1.63 0.78 0.85 2.25 1.10 去除率(%) 15.9 13.6 28.2 79.2 88.0 85.2 69.0 84.3 进水TN/COD 1∶7.4 1∶6.6 1∶12 1∶20 1∶13 1∶19 1∶15 1∶14 进水PO₄^3--P/COD 1∶83 1∶77 1∶102 1∶106 1∶77 1∶138 1∶94 1∶96 　　 注： ① 工况1进水为原水，中间沉淀池未向间歇曝气池回流污泥；②工况2进水为原水，同时从中间沉淀池向间歇曝气池回流污泥；③ 工况3进水为经物化除磷后的污泥与原水按为1∶70的体积比混合而成；④工况4、5、6是向进水中投加乙酸钠以提高有机物浓度；⑤工况7、8是向进水中投加啤酒废水以提高有机物浓度。⑥标有*的COD为溶解性COD。

2.1 仅利用厂内碳源
　　该阶段试验的运行参数和结果见表1中工况1、2、3。工况1中若考虑A段对有机物的去除(去除率为50%)，则B段进水的COD/TN值为3.7，BOD₅/COD值为0.48，BOD₅/TN值为1.78，而理论上BOD₅/TN≥2.86才能保证反硝化反应的顺利进行^［3］，故此时进水的C/N值过低，碳源无法满足脱氮的需求。另外由于污水厂A段曝气池能有效去除有机物，致使B段进水COD值偏低也是反硝化碳源不足的一个重要原因。在这种水质条件和运行参数下难以获得较高的脱氮效率。
　　工况2与工况1相比，多了一套将污泥从A段引入间歇曝气池(B段曝气池)的循环系统，这样反硝化效果就好得多，说明A段曝气池的剩余活性污泥是一种有效的碳源，对缓解脱氮除磷的碳源矛盾起一定的作用(这与A段对有机物的去除主要靠吸附作用有关)。工况3对TN的去除率较高(68.6%)，原因是将消化池进泥经物化除磷处理后按一定比例回流到进水水箱，故进水COD较高(700mg/L)，同时将部分A段污泥引入B段也在一定程度上缓解了碳源不足的矛盾，结果出水NOx-N比工况1减少8mg/L左右，对TN的去除率比工况1提高了10%左右。
　　对于PO₄^3--P而言，工况1对其的去除率为15.9%，工况2、3对其的去除率均低于30%(没有实现生物强化除磷)。
　　为了探讨间歇曝气工艺的脱氮除磷机理，在每一曝气、停气周期内定时从间歇曝气池中取出混合液，经过滤后测定NOx-N和PO₄^3-P的变化。
　　从测定结果可知，虽然增加间歇曝气池进水的碳源可部分缓解系统碳源不足的矛盾并提高对ＴＮ的去除率，但出水NOx-N仍偏高，碳源仍显不足，致使系统在停气期厌氧状态而不具备过度吸磷条件。工况3较工况1、2对PO₄^3--P的去除率提高了15%左右，这主要与工况3的污泥浓度较高有关。
　　上述试验结果表明，以污水厂的实际进水为原水，小试装置能有效去除有机物且达到了良好的硝化效果；但由于试验进水的有机物含量和C/N值偏低，碳源无法满足脱氮的需求，致使反硝化作用不充分，停气阶段达不到厌氧状态，系统无法实现生物强化除磷。将小试系统部分A段污泥回流到间歇曝气池(工况2)使TN去除率有较大的提高，但停气阶段后期的NOx-N浓度仍较高，没有实现完全厌氧状态，系统仍不具备生物强化除磷功能。这说明对于AB法，将部分A段污泥引入间歇曝气池是一种缓解系统碳源不足、强化脱氮的有效方法，而且它还能减少污泥处理量，但仅采取这种措施不能同时满足脱氮除磷对碳源的要求，需与其他措施相结合。
2.2 以乙酸钠作外碳源
　　此阶段试验的运行参数和结果见表1中的工况4、5、6。NH₃-N和PO₄^3--P在一个曝气、停气周期内的变化情况见图2、3。

　　①曝气方式
　　不等时曝气、停气(工况4)和等时曝气、停气方式(工况5、6)对间歇曝气池各水质指标产生了较大的影响。
试验中工况4的COD波动范围较大，出水稳定性比工况5、6差。在停气过程中由于硝化菌的硝化作用受抑制，NH₃-N浓度随停气时间的延长而逐渐上升，而停气段过长将影响系统出水水质，工况4中NH₃-N随时间的变化印证了这一点。
　　从PO₄^3--P随时间的变化看，工况4中聚磷菌好氧3 h时超量吸磷能力没完全发挥便进入对吸磷不利的缺氧段，然后厌氧释磷系统虽然存在明显的释磷、吸磷现象，但出水PO₄^3--P仍然偏高；而工况6的吸磷能力则得到了充分发挥，聚磷菌在好氧段的前2h内已将PO₄^3--P降低到极低水平(＜0.2mg/L)并一直维持到缺氧段结束，然后转入厌氧释磷，其厌氧释磷的速度也相当快。
　　综合以上分析，等时曝气方式在对COD、NH₃-N及PO₄^3--P的去除方面优于不等时曝气方式。需要指出的是，选择曝气方式需根据具体水质而定，一般情况下不要使停气时段超过曝气时段。
　　② 污泥回流比
　　污泥回流比大则回流中带入的NO₃-增多。在停气时段一定的条件下，缺氧段愈长则厌氧段愈短，但在一定范围内厌氧段越长对除磷越有利，故回流比降低利于除磷。同时，为了保证间歇曝气池中污泥浓度和硝化反应的正常进行，回流比应保持在一定范围内(回流比≥100%)。
　　③ HRT和泥龄
　　HRT和泥龄不同，则污泥浓度和污泥负荷会有较大差别，运行结果也就不相同。通常泥龄延长，污泥浓度上升，利于硝化菌生长和在污泥中取得优势地位，但生物强化除磷主要是靠排除富磷剩余污泥来实现，且聚磷菌世代期较短，在一定范围内缩短泥龄有利于生物除磷，同时考虑到上述相互矛盾的两方面，故常控制泥龄在8～12d。
　　试验前期的研究结果表明，B段HRT为6h太短，不能同时满足硝化、反硝化、吸磷、释磷的要求。本试验将HRT增为8h或10h，运行结果表明HRT为8h即可达到满意的脱氮除磷效果。
　　试验表明，进水中C/N值是影响强化AB法脱氮除磷功能的决定性因素之一，而厌氧环境则是生物强化除磷的先决条件之一。在碳源充足时采用间歇曝气以强化AB法脱氮除磷功能是可行的，小试装置出水能达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)的二级标准，且对TN 和PO₄^3--P的去除率均在80%以上。
2.3 以啤酒废水作外碳源
　　现阶段城市污水厂靠投加外碳源来 强化其脱氮除磷功能的可行性不大，能否利用易降解的高浓度有机工业废水(如啤酒废水)为碳源，使其不经处理或仅经预处理便引入城市污水厂以提高进水COD浓度值得进行一定的研究。
　　试验开始时，向进水水箱中投入少量啤酒废水，以后逐日增加啤酒废水投量。约两周后使混有啤酒废水的进水COD达到700 mg/L左右，继续稳定运行一段时间开始正式试验，即工况7、8的试验(结果见表1)。
　　从表1可见，以啤酒废水为外碳源是有效的，但对磷的去除效果仍不够理想。

3 结论

　　① C/N值是影响采用间歇曝气措施以强化AB法脱氮除磷功能的决定性因素之一，在碳源充足的情况下采用这一措施是可行的。?　② 将部分A段污泥引入间歇曝气池和将硝化池进泥经物化除磷后与原水按一定比例混合作为进水是缓解系统碳源不足、强化脱氮的有效手段，能够提高系统对TN的去除率，但它们都不能同时满足脱氮除磷对碳源的要求，要彻底解决脱氮除磷的碳源不足问题，仅从污水厂内部考虑碳源是不够的。
　　③ 以啤酒废水为外碳源是有效的，但应同时考虑除磷的对应措施。
　　④ 适当延长间歇曝气池(B段曝气池)的HRT是必要的。
　　⑤ 厌氧环境是强化生物除磷的先决条件之一，应进一步探讨厌氧历时和泥龄对除磷的影响。

参考文献：

　　［1］何国富.AB法工艺的运行特点及局限性［J］.青岛建筑工程学院学报，2001，11(5)：23-26.
　　［2］钱易，米祥友.现代废水处理新技术［M］.北京：科学技术出版社，1993.
　　［3］郑兴灿，李亚新.污水除磷脱氮技术［M］.北京：建筑工业出版社，1998.

---

　　作者简介：何国富(1975-)，男，湖北黄岗人，同济大学在读博士生，研究方向为水污染控制。
　　电　　话：(021)65985972
　　E-mail: [email protected]
　　收稿日期：2002-02-26