提高A/O工艺处理含油污水生物脱氮效率浅析

Posted 2023-01-12 溶解氧

篇首语：不为外撼，不以物移，而后可以任天下之大事。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了提高A/O工艺处理含油污水生物脱氮效率浅析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

本文在分析A/0处理工艺的基础上，针对目前含油污水处理场氨氮去除效率不佳现状进行研究分析，结合含油污水处理场运行正常情况下出水氨氮指标较好时所取得的经验，提出含油污水处理场出水氨氮偏高的原因及提高氨氮去除率的解决措施。
1、概述
典型的A/0处理工艺是一种有回流的前置反硝化生物脱氮工艺，该工艺的特点是原废水先经缺氧池完成反硝化，再进入好氧池完成含碳有机物的去除、含氮有机物的氨化和氨氮的硝化，并将好氧池的混合液和沉淀池的污泥同时回流到缺氧池。污泥回流及好氧池混合液回流使缺氧池和好氧池中有足够数量的微生物并使缺氧池中得到好氧池中硝化产生的硝酸盐。其工艺流程图如下：

含油污水处理场的生物脱氮工艺流程略微不同，采用的是改进的A/0处理工艺，不同之处是将污泥回流至好氧池。其工艺流程如下：

含油污水处理场采用此流程是基于进水的氨氮小于60mg/L，出水氨氮指标小于25mg/L，满足国家二级排放标准来考虑的。该装置自1997年6月投入运行以后，在污泥浓度为2000—5000mg/L，入水COD小于900mg/L，氨氮小于120mg/L的情况下，处理后的出水COD小于120mg/L，氨氮小于15mg/L(最低至0.79mg/L)，运行一直十分稳定。自2004年4月起，由于循环水的连续清洗预膜置换水不断排入含油污水处理场，特别是9月份装置检修开始，大量的超标污水排入含油污水处理场后，对A/0处理工艺造成严重的冲击，死污泥大量上浮至水面，A/0系统接近瘫痪状态，氨氮的出水指标一直居高不下(40～50mg/L)，污泥浓度(MLSS)由5000mg/L下降到仅为100mg/L左右，出水指标COD、氨氮等指标已经无法满足污水回用装置的需要。2004年系统运行正常和异常情况氨氮去除率见表1。

从上表可以看出，污泥浓度的降低是导致A/0处理工艺对氨氮去除率下降的最直接原因，从运转正常的去除率91.73%下降到去除率不足20%。
2、A/0处理工艺的特点及影响因素
A/0处理工艺是通过缺氧和好氧交替变化的环境完成脱氮反应的。在缺氧条件下，反硝化菌利用污水中的有机碳作为电子供体，以硝酸盐作为电子受体进行无氧呼吸，将回流液中硝态氮还原成氮气释放出来，完成反硝化过程；而在好氧条件下，硝化菌把污水中的氨氮氧化成硝酸盐，再向缺氧池回流，为脱氮做好必要的准备。A/0处理工艺的特点是把脱氮和降解有机物两个生化过程结合起来，在缺氧段和好氧段提供不同的反应条件。
2.1 污水生物脱氮过程
2.1.1 氨化与硝化
进入生化池的含氮化合物在微生物的作用下，相继产生下列各项反应：
(1)氨化反应：有机氮化物在氨化菌的作用下，分解、转化为氨态氮，这一过程称之为“氨化反应"，以氨基酸为例，其反应式为：

(2)硝化反应：在硝酸菌的作用下，氨态氮进一步分解氧化，就此分两个阶段进行，首先在亚硝酸菌的作用下，使氨(NH4)转化为亚硝酸氮，反应式为：

继之，亚硝酸氮在硝酸菌的作用下，进一步转化为硝酸氮，其反应式为：

硝化反应的总反应式为：

2.1.2 反硝化
反硝化反应是指硝酸氮(NO3-N)和亚硝酸氮(NO2-N)在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮(N2)的过程。
在反硝化反应过程中，硝酸氮通过反硝化菌的代谢活动，可能有两种转化途径，即：同步反硝化(合成)，最终形成有机氮化合物，成为菌体的组成部分；另一为异步反硝化(分解)，最终产物是气态氮：

为保证A/0处理工艺的正常运行，取得良好的处理效果，必须既要有严格的控制条件，还要把握好影响因素。缺氧和好氧池内必须有足够的活性污泥和微生物存在，缺氧池和好氧池内的污泥浓度(MLSS)不应低于2000mg/L，要求缺氧环境必须得到有效的控制，它是缺氧反硝化脱氮的基本条件。污泥回流液中必然要带有少量溶解氧，缺氧池内不能做到没有溶解氧，只能尽量保持良好的运行状态，通过控制硝化液回流比来限制过多的溶解氧被携带进缺氧池。
2.2 生物脱氮工艺的运行控制要点
2.2.1 PH值
硝化菌对PH变化十分敏感，当PH值在70—8.0范围内活性最强，PH值变化对活性污泥硝化速率的影响甚小。对于硝化过程而言，当PH值低于6或高于9.6时，其硝化反应将停止进行。硝化菌反应的最适PH值为8.0～8.4，PH值突然较大幅度降低对硝化过程产生不利影响，较低的P值对硝化细菌只是抑制微生物的活性而不是对微生物发生毒害作用。生物脱氮的硝化阶段，通常控制PH值为7.2～8.0。而反硝化菌的适宜PH值为6.5～8.0。对于反硝化过程而言，当PH值低于6.5或高于9.0时，反硝化速率将很快下降，而当PH值为7.5左右时，反硝化将处于最佳状态。反硝化过程的PH值最适宜为7.0～7.5，不适宜的PH值影响反硝化菌的增殖和酶的活性。反硝化过程中会产生碱度，有助于将PH值维持在所需范围，并补充在硝化过程中消耗的一部分碱度。
2.2.2 溶解氧(D0)
硝化反应必须在好氧条件下进行，溶解氧浓度影响硝化反应速率，硝化反应中溶解氧浓度应大于2mg，/L，硝化菌在活性污泥中约占5%左右，大部分硝化菌处于生物絮体内部，溶解氧浓度的增加将提高溶解氧对生物絮体的穿透力，可以提高硝化反应速率。当其低于(0.5～0.7)mg/L时，氨氮转化为硝态和亚硝态氮的硝化反应将受到抑制。生物反硝化需保持严格的缺氧条件，溶解氧保持在0.5mg/L以下。
溶解氧对反硝化过程有抑制作用，氧会与硝酸盐竞争电子供体，同时分子态氧会抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性。溶解氧浓度达到1.0mg/L时，反硝化速率为零。
2.2.3 温度(T)
生物硝化反应可以在4—45℃的温度范围内进行，最适宜温度范围为30—35℃。温度不但影响硝化菌的增长速率，而且影响硝化菌的活性。反硝化过程的温度变化范围是6—25℃，当温度在3℃以下时，反硝化作用将停止。
2.2.4 碳氮比(C/N)
在生物脱氮的反硝化过程中，碳氮C/N(或BOD/N)比是控制脱氮效果的一个重要因素。其比值越低，反硝化过程除去的氮就越少。据计算其理论值为2.86，也就是转化1gNO3-N为N2所需的碳源为2.86g，实际运行操作时此值应大于3以上。一般认为当废水中的BOD与总氮(TKN)之比在5～8时，可以不必考虑外加碳源。
2.2.5 有毒有害物质
一些有机物对硝化菌有抑制作用，一些重金属也对硝化菌有抑制作用如Zn、Cu、Hg等，对硝化菌有抑制作用的无机物有CN-、CLO4-、硫氰酸盐等。反硝化细菌对有毒物质的敏感性比硝化细菌低得多，与一般好氧异氧菌相同。
2.2.6 混合液回流比(R)
混合液回流是影响脱氮效果的重要因素，混合液回流比越大，氮的去除率越高。前置反硝化工艺的要点是使硝态氮随回流液返回到缺氧段完成反硝化脱氮。由于氮的去除率还与反硝化菌的反硝化速率、反硝化区的环境条件等因素有关，因而混合液的回流比不能取的太高。否则会造成缺氧池内溶解氧过高对反硝化反应产生抑制作用，增加系统运转费用。
3、现状分析和讨论
2004年10月14日以后含油污水处理场A/O处理工艺系统的污泥浓度一直很低，平均为100～300mg/L。污泥浓度增长缓慢，硝化细菌和反硝化细菌数量少，且菌群90%以上附着潜藏在污泥絮凝体内，大多数细菌伴随着污泥絮体的存在而存在，而不是以游离状态存在。由于是连续运行，水力负荷达到50%以上，有机负荷高，利用有机物为营养的异养菌超过自养性的硝化细菌而占优势生长，系统内硝化作用不全，出水的氨氮值急剧升高，影响总氮的去除效果。由于硝化细菌的生长率低、世代时间长，平均为31小时，所以要求缺氧-好氧活性污泥法的污泥龄长。出水的氨氮一直大于25mg/L，氨氮的去除率低于20%，有机物的去除率却可以达到75—85%。
在2004年10月以前，A/O系统的污泥浓度(MLSS)在3g/L以上时，氨氮的出水值可以达到小于10mg/L，有机物的去除率达到80%以上。生物脱氮功能降低的主要原因为：
(1)污泥浓度过低，硝化细菌和反硝化细菌数量少，不足以将硝化反应和反硝化反应进行完全。受污泥浓度低的影响，好氧段的菌种数量少，去除有机物和进行硝化反应消耗的溶解氧量低，造成好氧段的溶解氧过高，混合液回流到缺氧段带有多数溶解氧致使缺氧段的溶解氧过高，反硝化反应同时受到抑制或影响。目前需要用一定的时间将硝化菌和反硝化菌的数量提高，使污泥浓度增加到适宜的程度，严格控制环境条件，以保证硝化细菌的数量和活性。
(2)污泥回流的位置处于好氧段进水(设计来水的氨氮小于60mg/L)，缺氧池的硝酸盐反硝化所需的碳源有机物不足，不能保证反硝化过程C/N的要求。由于水力负荷大，有机负荷高，系统停留时间相应缩短，满负荷运行停留时间为24小时，其中A段为6小时，0段为18小时。好氧池硝化反应时间相对降低，硝化过程进行不完全。
(3)硝化液回流比受到限制，不足150%，一直处于100%回流状态。若将硝化液回流比提高，会使缺氧段的溶解氧达到0.5～1.0mg/L，此时反硝化过程会停止进行。
(4)为尽快提高污泥浓度，2004年10月以后陆续从邻近的含油污水处理厂拉运剩余活性污泥投加到A/0生物脱氮系统中进行培养、驯化，由于系统连续运行，污泥沉降性能差，接种的污泥活性低，菌种存活率不高，致使大量死污泥上浮到好氧池和二沉池表面，硝化菌随污泥絮体严重流失，硝化反应无法进行，去除氨氮能力严重下降。
(5)经常受到高浓度有机污染物的冲击和毒害，同时污水中含有少量CN-抑制了硝化细菌和反硝化细菌的生长。
4、解决措施及取得的效果
4.1 解决措施
(1)从邻近的含油污水处理场拉运成熟的剩余活性污泥，投入到A/0生物脱氮系统中，进行菌种的培养和驯化，使硝化菌和反硝化菌的数量能尽快得到增加。同时尽快提高缺氧池和好氧池的污泥浓度，保证A/0池的污泥浓度不低于3g/L(低于此值，脱氮效果将显著降低)。
(2)控制缺氧池的溶解氧小于0.5mg/L。控制硝化液回流比，避免将硝化回流液中夹杂的溶解氧过多地带入缺氧池中；控制PH值在6.5～7.5，水温不低于15℃，保证污水中的碳源充足，BOD/TKN>3～5。
(3)提高二沉池的沉淀分离效果，避免硝化菌随污泥絮体不断流失：①保证刮泥机的运行正常，不存在死污泥区；②控制活性污泥回流比不低于50%，控制活性污泥系统的泥龄；③控制二沉池的泥层界面高度，既不产生污泥流失，又不发生反硝化反应。
(4)保证好氧段的溶解氧维持在2～5mg/L，尽可能地延长硝化反应时间，同时保证有适宜的水温(20～30℃)、PH值(8.0～8.4)，严格控制进水的有机污染物浓度，在满足缺氧段对有机碳需要的前提下，使进入好氧池的浓度较低，保证好氧池中自养性的硝化菌占优势生长，以使硝化作用完全。
避免大量的氰化物、高氨氮、挥发酚和硫化物以及络合阳离子等进入A/O生物脱氮系统，对硝化菌产生抑制作用，使硝化菌的生长繁殖有适宜的环境条件。混合液中有机物含量不应过高，BOD值应在15～20mg/L以下，进水总氮浓度应在30mg/L以下，否则A/0脱氮效率将下降到50%以下。
(5)控制预处理系统的运行平稳正常，加强对气浮系统的调整、操作，降低进入生物硝化单元的含碳有机物浓度，保证二级气浮的出水含油量<15mg/L，避免对A/0生物脱氮系统造成冲击。
(6)减少处理后的污水过多进行回流处理，影响A/0生物脱氮系统对氨氮的去除效果，而且又增加A/O生物脱氮系统的水力负荷，造成氨氮的去除率下降。硝化和反硝化的水力停留时间比为3：1才可以取得70～80%的脱氮率。为增加硝化和反硝化的相对时间，采取降量处理。
4.2 取得的效果
通过采取上述措施，A/O生物脱氮系统的氨氮去除率逐渐提高，硝化菌和反硝化菌的数量呈明显增长的现象，好氧段消耗的碱度很大，硝化反应进行得十分正常，通过混合液的回流量不断提高，为缺氧段的反硝化反应提供了充足的碳源，产生的碱度用以补充硝化反应所需碱度的不足，无需另外投加碱度，节省了运行费用。二沉池的沉淀分离效果运行正常，减少了出水悬浮物(SS)的数量。由于悬浮物(SS)中携带的氮浓度得到有效控制，接种的活性污泥活性正逐步提高，活性污泥浓度也在缓慢增长。随着污泥浓度的提高，A/O生物脱氮系统的脱氮功能将得到有效发挥，可以将氨氮的去除率提高到88%以上，出水的氨氮可以小于10mg/L，可以进一步满足污水回用的需要。
5.结论
5.1 经过改进的A/O生物脱氮系统在含油污水处理方面可以发挥其高效的生物脱氮功能，含油污水的碳源充足，碱度适宜，通过控制混合液的回流比可以补充硝化反应所需的碱度要求，无需另外投加碱度。
5.2 一定浓度的活性污泥是硝化细菌和反硝化细菌赖以生存的载体，污泥浓度(MLSS)必须维持在2000mg/L以上，依据良好的优势菌种需求有针对性地培养菌种群体，适应生物脱氮反应的需要。
5.3 严格控制A/O生物脱氮系统的运行环境，有适宜的PH值、溶解氧、温度，控制混合液回流比，降低进入生物硝化单元的含碳有机物浓度，避免有毒有害物质进入A/O生物脱氮系统，对硝化和反硝化反应产生抑制或毒害作用。
5.4 加强对于处理系统的控制和调整，为生物硝化脱氮功能发挥提供保障；同时提高二沉池的泥水分离效果，避免大量硝化菌随污泥絮体不断流失，影响硝化反应的进行。(责任编辑：郝存义)