污水處理廠(chǎng)Carrousel氧化溝工藝研究

摘要:新會(huì )龍泉污水處理廠(chǎng)二期工程采用Carrousel氧化溝工藝，經(jīng)過(guò)一年的調試與運行，出水水質(zhì)達到設計要求，部分指標優(yōu)于設計標準。由于在Carrousel氧化溝工藝前端增設了厭氧池，有效地提高了Carrousel氧化溝工藝的脫氮除磷效果。

關(guān)鍵詞:污水處理廠(chǎng),Carrousel工藝,調試運行,脫氮除磷

新會(huì )龍泉污水處理廠(chǎng)二期工程位于新會(huì )會(huì )城東甲村閃窖口，建設規模為4.0×105m3/d，采用增設厭氧池的Carrousel氧化溝工藝，工藝流程見(jiàn)圖1。

1 工程設計

1.1 設計進(jìn)、出水水質(zhì)

設計出水水質(zhì)執行《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B標準及廣東省《水污染排放限值》（DB44/26-2001）一級標準。

設計進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 Carrousel反應池設計參數

為提高除磷效果，在Carrousel氧化溝前端設置了厭氧池。Carrousel氧化溝共建有2座，單溝設計流量為833.3m3/h，污泥負荷為0.07kgBOD/kgMLSS·d，污泥回流比為100%，泥齡為9d，平均污泥濃度為3500mg/L，水力停留時(shí)間為12.8h（含厭氧池水力停留時(shí)間1.5h），單溝有效容積為10,700m3（含缺氧池有效容積為1250m3），有效水深為4.9m。

2 污泥培養

采用接種培養法，泥種取自龍泉污水處理廠(chǎng)一期工程的污泥濃縮池，污泥濃度為12～20g/L。

（1）污泥接種

將接種污泥同原水一起用泵提升至Carrousel氧化溝，共接種污泥2500m3。5d后池內污泥濃度達到1600mg/L以上。

（2）間歇換水

每次換水量為氧化溝容積的1/2，每12h換水一次，3d后污泥濃度＞1800mg/L，污泥沉降比＞10%。通過(guò)鏡檢發(fā)現活性污泥絮體結構良好，原生動(dòng)物種類(lèi)及數量相對穩定，主要為帶柄固著(zhù)型纖毛蟲(chóng)（如鐘蟲(chóng)、纖蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)等），并伴有后生動(dòng)物出現，這說(shuō)明活性污泥菌膠團已基本成熟。

（3）連續進(jìn)、出水

活性污泥菌膠團基本成熟后，開(kāi)始按照工藝設計連續進(jìn)、出水運行。連續進(jìn)、出水運行12d后混合液污泥濃度＞2500mg/L，各項出水指標除氨氮和總氮外，均已達到設計標準，但氨氮和總氮去除率只有10%～30%，這是因為當時(shí)恰好是年初的低溫寒冬天氣，氣溫在半個(gè)月內維持在7℃～15℃，說(shuō)明在低溫環(huán)境下，系統的硝化和反硝化速度慢，硝化和反硝化菌群還沒(méi)有大量繁殖起來(lái)。繼續運行7d后，天氣轉暖，溫度上升至18℃～27℃，反應池中的硝化和反硝化菌群迅速活躍和增殖，出水的氨氮指標由原來(lái)的14～15mg/L快速下降至1.0mg/L以下，總氮也下降至9～13mg/L，并維持穩定，達到設計的標準要求。這標志著(zhù)污泥培養工作的結束。

3 調試與運行

系統經(jīng)過(guò)3個(gè)月的培菌和調試運行，出水各項指標均達到設計標準。

在近一年的運行中，系統基本運行在MLSS為2000 mg/L、回流比為50%的工況下，其實(shí)際運行效果見(jiàn)表2。

在實(shí)際運行過(guò)程中，由于進(jìn)水的濃度低于設計標準，系統的污泥負荷較低。當系統污泥濃度維持初步設計的3500mg/L時(shí)，出現了污泥老化，氧化溝液面浮泥的現象，同時(shí)系統運行的電耗也相對較高。后來(lái)根據進(jìn)水濃度相對較低的情況，將系統的污泥濃度降低至2000mg/L左右，污泥負荷調整至0.07kgBOD/kgMLSS·d，此時(shí)系統污泥老化的現象消失，系統運行電耗也相對下降。

系統原先設計的回流比為100%，后經(jīng)調試和實(shí)踐對比，發(fā)現系統的回流比為50%時(shí)，系統生物除磷的效果最佳，于是將系統的回流比設定為50%。

4 脫氮除磷效果分析

龍泉污水處理廠(chǎng)Carrousel生化系統由厭氧池和Carrousel氧化溝組成。Carrousel氧化溝是一多溝串聯(lián)的系統，由表面曝氣機對系統進(jìn)行充氧，在溝內營(yíng)造出多個(gè)富氧區和缺氧區。廢水多次經(jīng)過(guò)富氧區和缺氧區，不斷經(jīng)歷好氧和缺氧的生化環(huán)境，在溝內實(shí)現同步的硝化和反硝化反應，為生物脫氮創(chuàng )造了良好的條件。

Carrousel氧化溝前段增設厭氧池，目的是為釋放回流污泥中的磷。根據生物除磷的原理，只有保證聚磷菌在厭氧狀態(tài)下有效地釋放磷，才能在后續好氧段充分地吸收磷，從而保證除磷的效果。聚磷菌在本系統厭氧池經(jīng)過(guò)充分地釋磷，同時(shí)將可快速生物分解的有機物轉化為PHB儲存在細胞中，為后續氧化溝過(guò)量吸磷創(chuàng )造了條件。

生化系統在各主要構筑物中pH、TN、NH3-N、PO43--P的變化趨勢如圖2所示。

4.1 脫氮

分析影響Carrousel氧化溝工藝脫氮效果的主要因素有以下幾點(diǎn)：

（1）溫度（T）

氣溫對脫氮效果影響較大。在系統調試的三個(gè)月期間，經(jīng)歷了低溫天氣。系統在不同的溫度區間運行，對硝化和反硝化菌群的培養以及脫氮效果影響非常大。在調試期間，不同溫度區間系統脫氮的效果見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn)，在進(jìn)水NH3-N和TN濃度變化不大的情況下，若系統在15℃以下運行，硝化和反硝化菌群的培養增殖速度和代謝速度較慢，系統生化脫氮的效率較低，系統出水的氨氮和總氮指標高于排放限值；當系統在18℃～30℃時(shí)，硝化和反硝化菌群的培養增殖速度和代謝速度較快，系統生化脫氮效率較高，出水的氨氮和總氮指標低于排放限值。

當系統運行一年，又遇到當初調試期間的低溫天氣時(shí)，雖然硝化和反硝化菌群生化代謝速度同樣較低，但由于系統硝化和反硝化菌群已培養成功，并且比較穩定，菌群數量比當初調試期間多很多，此時(shí)系統出水的氨氮和總氮指標仍能低于排放限值，當然，其處理效率仍低于溫度大于18℃時(shí)的工況。

（2）溶解氧（DO）

氧化溝內DO濃度的高低，直接影響到Carrousel氧化溝的生化脫氮效果。在不同DO濃度控制范圍下，系統脫氮效果見(jiàn)表4。

調試運行中發(fā)現，氧化溝內DO分別控制在0～2.0mg/L和1.5～4.0mg/L區間，溝內的硝化反應良好，出水NH3-N濃度＜1.0mg/L。當DO控制在1.5～4mg/L區間時(shí)，氧化溝內硝化能力強，產(chǎn)物以NO3-N為主，濃度為7～9mg/L；當DO控制在0～2.0mg/L區間時(shí)，氧化溝在好氧硝化同時(shí)，發(fā)生反硝化反應產(chǎn)生N2，氧化溝中NO3-N濃度相對較低，為4～6mg/L。由此可見(jiàn)，將DO控制在0～2.0mg/L區間，有利于Carrousel氧化溝營(yíng)造適合脫氮環(huán)境的富氧區和缺氧區，實(shí)現同步的硝化和反硝化，而且系統在低DO下運行，能節約能量消耗，符合低能耗運營(yíng)的目標。

近年來(lái)的理論研究認為，硝化反應必須在絕對富氧的條件下進(jìn)行。若DO濃度較低，則在污泥負荷較低時(shí)，硝化才能反應良好。因為污泥負荷較低時(shí)，氧利用速度很低，這時(shí)即使DO濃度很低（如DO在1.0mg/L左右），氧也可以完全滲透到污泥絮體內部，被污泥絮體上的硝化細菌利用，進(jìn)行硝化反應[1]。反硝化反應適宜在溶解氧很低的環(huán)境下進(jìn)行。對泥齡長(cháng)、污泥濃度高的生化系統，一般DO控制在0.5～1.0mg/L，可以實(shí)現好氧反硝化[2]。本系統在低溶解氧、低污泥負荷條件下具有良好的脫氮效果，剛好證實(shí)了上述的理論。

（3）污泥負荷

生物的硝化為低污泥負荷工藝。調試運行中發(fā)現，污泥負荷越低，硝化反應進(jìn)行得越充分，NH3-N氧化為NO3-N的硝化效率就越高。系統在不同污泥負荷下運行的脫氮效果見(jiàn)表5。

（4）碳源

廢水經(jīng)氧化溝處理后，在二沉池進(jìn)行反硝化反應。但由于二沉池的出水BOD＜8mg/L，反硝化過(guò)程中所需的碳源不足，只能大部分依靠細菌內源碳源進(jìn)行，因而反應速度較低，未能將大部分NO3-N除去，出水NO3-N濃度仍有3～6mg/L。

（5）pH值

pH值是硝化反應和反硝化反應的重要影響因素。但由于進(jìn)入該污水處理廠(chǎng)的生活污水沒(méi)有工業(yè)污水成分，進(jìn)水pH保持在7.0～7.5，比較適宜細菌的脫氮，因而對本系統脫氮影響不大。

4.2 除磷

分析影響增設厭氧池的Carrousel氧化溝工藝除磷效果的主要因素有以下幾點(diǎn)：

（1）污泥回流比

實(shí)際運行數據表明，當污泥回流比為10%～30%時(shí)，磷的去除率為50%～75%，出水總磷濃度平均值為0.7～1.0mg/L；當污泥回流比為30%～50%時(shí)，磷的去除率為65%～85%，出水總磷濃度平均值為0.4～0.8mg/L；當污泥回流比＞50%以后，磷的去除率未有明顯的提高，反而有所下降。分析認為主要是由于過(guò)高的回流比導致了大量NO3-N隨污泥回流至厭氧池，NO3-N在厭氧池內被還原過(guò)程消耗了可供聚磷菌利用的基質(zhì)，從而影響了聚磷菌的釋磷，導致后續氧化階段不能完成對磷的過(guò)量攝取，降低了對磷的去除效率。

（2）用于除磷的有效有機物

出水磷濃度的高低主要取決于系統中除磷細菌所需的發(fā)酵基質(zhì)VFA的可獲得能量與必須去除的磷的比值，而且進(jìn)入厭氧池的硝基氮量與系統泥齡都會(huì )影響上述的比值。根據實(shí)際運行數據顯示，當BOD/TP高于20～25時(shí)，出水的溶解性磷濃度可低于1.0mg/L。

（3）泥齡

實(shí)際運行中發(fā)現，在進(jìn)水BOD/TP比值大概相同的條件下，泥齡越長(cháng)，除磷能力相應越低。分析認為隨著(zhù)泥齡加長(cháng)，系統產(chǎn)泥量減少，隨排泥而去的磷量也將減少，從而導致了系統除磷效率的降低；并且因為回流污泥的增多，厭氧池釋磷過(guò)程所需的BOD還將升高，若BOD不能提高，則聚磷菌可能釋磷不充分，從而導致后續氧化階段不能完成對磷的過(guò)量攝取，降低了對磷的去除效率。

（4）懸浮固體（SS）

出水SS對出水TP影響較大，當出水SS＞15mg/L時(shí)，出水TP平均值將明顯高于日常平均值，這主要是由于顆粒性污泥磷含量的升高造成的。由此可見(jiàn)，有效控制出水SS對控制出水TP有著(zhù)實(shí)際意義。

5 結語(yǔ)

新會(huì )龍泉污水處理廠(chǎng)二期工程采用增設厭氧池的Carrousel氧化溝工藝，出水水質(zhì)良好，全部出水指標均達到設計標準，部分指標優(yōu)于設計標準。前端設置的厭氧池有效提高了Carrousel氧化溝工藝的除磷效果，為Carrousel氧化溝工藝的不斷改良提供了新思路。

參考文獻：

[1] 張自杰，林榮枕，金儒霖，等.廢水處理理論與設計[M]. 北京：中國建筑工業(yè) 出版社，2002.

[2] 王樂(lè )，繆煥權，周業(yè)勤.大瀝污水處理廠(chǎng)UNITANK工藝的調試運行[J].中國 給水排水，2008，24（2）：93-94.來(lái)源：中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)  作者: 游衛強，楊燮明