生活污水中的C/N—般能滿(mǎn)足正常的脫氮除磷的需求，但有些生活污水中的C濃度較低，而N濃度偏高，這主要是由于人民生活水平的提高和生活習慣的改變，使生活污水中的成分和比例改變活性污泥法處理高NH₄⁺-N廢水有很大困難，主要是因為高濃度的NH₄⁺-N對微生物有一定的抑制作用，影響硝化細菌的活性，使硝化過(guò)程不能正常進(jìn)行。

　　目前，國內主要針對A2/O工藝進(jìn)行研究UCT工藝作為一種新型脫氮除磷工藝，對其關(guān)注較少。本實(shí)驗主要研究了UCT工藝污泥接種后的啟動(dòng)運行和穩定運行階段對COD、NH₄⁺-N和TP的去除情況，從而考察該工藝對高氨氮污水的處理效果。

　　一、實(shí)驗部分

　　1.1 材料與儀器

　　生活污水，取于某大學(xué)家屬區，水質(zhì)見(jiàn)表1，屬于典型低C/N值的城市生活污水；接種污泥，取自北京市某污水處理廠(chǎng)污泥濃縮池，MLSS約為10g/L。

　　JMP-5000變頻潛水泵；CM-05多參數水質(zhì)測定儀；TU-1810分光光度計；Mu/Li3620IDS水質(zhì)多參數測定儀；MilwaukeepH56筆式酸度計。

　　1.2 實(shí)驗方法

　　工藝流程示意見(jiàn)圖1。

　　實(shí)驗裝置主體由PE材料制成，裝置為圓形結構，直徑為180cm，設計處理水量為5m3/d，水力停留時(shí)間(HTR)24h，厭氧區、缺氧區、好氧區HRT為1：2：5，好氧區采用微孔曝氣的方式。在厭氧區和缺氧區內均設置豎向插板，污水在厭氧區和缺氧區呈推流狀態(tài)，大大增加了污泥的碰撞幾率，有利于提高污泥濃度(MLSS)，提高處理效果。

　　系統的曝氣采用空氣泵，其出口流量為250L/min，流量采用LZB玻璃轉子流量計計量，曝氣轉子流量計量程為8m3/h，氣提轉子流量計量程為4m3/h。調節罐內放置了兩臺JMP-5000變頻潛水泵，最大流量為5000L/h，最大揚程為6m，潛水泵一用一備。污泥回流、硝化液回流和缺氧混合液回流均采用氣提技術(shù)，通過(guò)控制氣量控制回流量，每個(gè)回流量所對應的氣量均由相應的玻璃轉子流量計控制。

　　實(shí)驗啟動(dòng)時(shí)生活污水的水溫為(24±3)℃，接種污泥的體積為3m3。污泥接種后悶爆Ah后，2m3的生活污水填滿(mǎn)系統，由于污泥濃度大，活性好，因此采用連續培養的方式進(jìn)行污泥培養與馴化，以縮短污泥培養的時(shí)間。

　　系統的啟動(dòng)與運行參數如下:在啟動(dòng)階段，進(jìn)水量為0.21m3/h，曝氣量為8m3/h；硝化液回流比為100%，污泥回流比為100%，缺氧混合液回流比為100%；在運行階段，硝化液回流比為200%，通過(guò)調整曝氣量控制好氧區溶解氧濃度為1?2mg/L，SV值為30%?40%。

　　1.3 分析方法

　　水質(zhì)指標主要采用水和廢水監測分析方法中的標準方法進(jìn)行測定。COD采用多參數水質(zhì)測定儀測定，NH₄⁺-N采用納氏試劑分光光度法，TP采用鉬酸銨分光光度法，MLSS采用重量法。

　　二、結果與討論

　　2.1 UCT工藝的啟動(dòng)

　　2-1-1 COD去除率

　　由圖2可知，在啟動(dòng)階段，系統對COD的去除效果良好。第1?3d，出水COD平均濃度為55mg/L，對COD的平均去除率達到80%以上，這與接種污泥的數量與濃度有很大關(guān)系，使系統剛啟動(dòng)，就具有了高效的COD去除性能。在3?11d，出水COD平均濃度為41mg/L，達到GB18918-2002出水一級A標準。隨著(zhù)污泥繼續培養，COD的去除效果進(jìn)一步提升，出水COD的濃度逐漸降低，從第11d開(kāi)始，去除率緩慢上升，最高達96.41%，平均出水濃度為16mg/L，同時(shí)，好氧區的菌膠團密實(shí)，出現了大量輪蟲(chóng)，說(shuō)明出水水質(zhì)良好。當COD去除率高于80%，啟動(dòng)馴化階段結束，開(kāi)始進(jìn)入下一階段研究。

　　2.1.2 NH₄⁺-N去除率

　　啟動(dòng)期間NH₄⁺-N濃度的變化見(jiàn)圖3

　　由圖3可知，在1~9d，進(jìn)水NH₄⁺-N平均濃度為85.1mg/L，出水NH₄⁺-N平均濃度為25.5mg/L，平均去除率為70.04%，這可能與進(jìn)水NH₄⁺-N濃度高有關(guān)，高氨氮污水對硝化細菌的活性有影響，硝化速度慢，無(wú)法在限定的水力停留時(shí)間內完成大量NH₄⁺-N的轉化。再者，系統啟動(dòng)培養時(shí)間短，而硝化細菌的污泥齡較長(cháng)，接種污泥中硝化細菌數量少且對高氨氮污水要有適應生長(cháng)期。在9~19d，NH₄⁺-N的去除效率顯著(zhù)提升，平均去除率為96.03%，最高去除率達到99.73%，出水NH₄⁺-N濃度顯著(zhù)降低，出水NH₄⁺-N最低濃度為0.25mg/L，在最高去除率情況下，出水NH₄⁺-N實(shí)現零排放。培養馴化階段，裝置對NH₄⁺-N的平均去除率達到83.04%，這說(shuō)明硝化細菌培養馴化已完成，適應了高氨氮生活污水的抑制作用，細菌菌群活性較好;同時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的培養馴化，系統中富集了大量的硝化細菌，使系統可在高氨氮的情況下完成硝化。

　　2.2 UCT工藝穩定運行效果

　　2.2.1 COD去除率

　　系統對COD的去除效果見(jiàn)圖4

　　由圖4可知，進(jìn)水COD平均濃度為211mg/L，出水COD平均濃度為36mg/L，平均去除率為82.94%，達到GB18918-2002的一級A排放標準。

　　進(jìn)水中NH₄⁺-N濃度過(guò)高會(huì )對COD去除造成影響，使出水COD略高于一般的生活污水處理系統。本實(shí)驗中，出水COD平均濃度較低，可能是進(jìn)水中70%的COD在厭氧區和缺氧區被去除，僅有少量的COD在好氧區被氧化去除。進(jìn)水中TP濃度高，為厭氧釋磷創(chuàng )造了條件，在此過(guò)程中，聚磷菌需要消耗大量的易降解有機物;在缺氧區，由于進(jìn)水中NH₄⁺-N濃度較高，使污泥回流中攜帶大量的硝酸鹽氮，反硝化細菌利用硝酸鹽為電子受體，COD作為電子供體，使COD從缺氧區被進(jìn)一步去除，剩余的生化性較差的COD進(jìn)入好氧區，被好氧區的微生物降解利用。

　　2.2.2 NH₄⁺-N去除率

　　系統對NH₄⁺-N的去除效果見(jiàn)圖5

　　由圖5可知，進(jìn)水NH₄⁺-N平均濃度為87.8mg/L，出水NH₄⁺-N平均濃度為1.9mg/L，平均去除率為97.84%。NH₄⁺-N在厭氧區和缺氧區大幅度下降，分析原因：缺氧2的NH₄⁺-N濃度低于進(jìn)水，通過(guò)回流作用，把進(jìn)水的NH₄⁺-N稀釋；同樣，在好氧區，NH₄⁺-N轉化為硝態(tài)氮，污泥回流和硝化液回流進(jìn)入缺氧1，其所含NH₄⁺-N含量遠遠低于進(jìn)水，使進(jìn)入缺氧區的NH₄⁺-N濃度進(jìn)一步降低。在缺氧區內部，NH₄⁺-N濃度有所下降，但降低幅度比較小，主要是由于微生物生長(cháng)對氮元素的需要所致。

　　硝化菌是一種自養菌，有機基質(zhì)濃度不是限制其生長(cháng)的因素。但高濃度NH₄⁺-N會(huì )抑制硝化細菌的活性，影響出水水質(zhì)。范舉紅在研究高NH₄⁺-N對A2/O系統的影響時(shí)指出，當進(jìn)水NH₄⁺-N濃度增大，工藝運行就會(huì )出現異常。為降低高NH₄⁺-N負荷對系統的沖擊，系統采用大回流比稀釋的方法，使系統的NH₄⁺-N在進(jìn)水好氧區之前就大幅度下降，使硝化細菌保持較好的活性。

　　2.2.3 TP去除率

　　系統對TP的去除效果見(jiàn)圖6。

　　由圖6可知，進(jìn)水TP平均濃度為12.81mg/L，出水TP平均濃度為5.34mg/L，平均去除率為58.31%。前21d進(jìn)水TP平均濃度為13.30mg/L，出水TP平均濃度為6.53mg/L，平均去除率為50.90%;第21d，系統排放剩余污泥。在22?29d，進(jìn)水TP平均濃度為11.46mg/L，出水TP平均濃度為2.07mg/L，平均去除率為81.94%。系統排泥后，TP去除效果明顯，出水TP平均濃度由6.53mg/L降低到2.07mg/L，去除率提高了31%左右。第21d后，系統不排泥，出水TP濃度逐漸增大，由此可見(jiàn)，排泥可以提高系統對TP的去除效果，污泥齡對于TP的去除至關(guān)重要，不排泥使TP在系統中循環(huán)往復的釋放和吸收。在A2/O工藝中，回流污泥含有大量的硝態(tài)氮，破壞了厭氧環(huán)境，影響厭氧釋磷效果。在UCT工藝中，污泥先回流到缺氧區，再由缺氧區回流到厭氧區，從而避免了硝態(tài)氮對聚磷菌的影響。在UCT工藝研究中發(fā)現了反硝化除磷現象，系統流程TP變化見(jiàn)圖7。

　　在UCT工藝中，厭氧區為聚磷菌提供了良好的釋磷環(huán)境，使聚磷菌在厭氧區充分利用易于生物降解的有機物進(jìn)行PHB的合成與儲存，釋放磷的含量大約為2mg/L。隨后在缺氧區反硝化除磷菌以硝態(tài)氮為電子受體，以體內的PHB作為能量，過(guò)量吸收磷，同時(shí)實(shí)現對硝態(tài)氮的去除。在缺氧區，吸磷量大約為7mg/L。缺氧區出水剩余的TP在好氧區繼續被吸收，好氧吸磷量大約為3mg/L。在實(shí)驗中發(fā)現，出水的磷濃度大于好氧區，主要是因為沉淀池污泥濃度較高，消耗大量溶解氧，造成沉淀區溶解氧不足，污泥在沉淀池釋磷，同時(shí)伴隨著(zhù)反硝化脫氮的進(jìn)行，造成污泥上浮。鑒于此，應減少沉淀區MLSS，或者增加后續化學(xué)除磷工藝。同時(shí)，對于實(shí)際工程而言，沉淀區的MLSS不能過(guò)大，否則會(huì )造成沉淀區釋磷或者“跑泥”現象，影響系統穩定運行。

　　研究發(fā)現，在普通的活性污泥系統確實(shí)存在反硝化除磷現象。吳昌永等利用實(shí)驗室裝置研究了A2/O工藝中的反硝化作用，系統中缺氧區吸磷量占總吸磷量的36%。呂亮研究硝化液回流對反硝化除磷的影響時(shí)發(fā)現，當硝化液回流比為300%，反硝化除磷效果最好。系統的除磷率為94.5%，系統的反硝化除磷占總除磷量的比例為98.4%。

　　三、結論

　　(1)UCT工藝啟動(dòng)運行周期短，在啟動(dòng)運行初期中，對COD和NH₄⁺-N平均去除率為86.17%和83.04%左右，出水COD和NH₄⁺-N平均濃度滿(mǎn)足GB18918-2002一級A的標準。

　　(2)系統穩定運行階段，對COD、NH₄⁺-N和TP的平均去除率分別為82.94%，97.84%和58.31%，出水平均濃度分別為36，1.9，5.34mg/L。

　　(3)70%的COD在厭氧區和缺氧區消耗，進(jìn)入好氧區的COD較少，同時(shí)系統回流比較大，避免了進(jìn)水中較高濃度的NH₄⁺-N對COD去除效果的影響。

　　(4)依靠大曝氣量實(shí)現對NH₄⁺-N的去除，硝化效果較好，NH₄⁺-N最高去除率為99.73%，基本實(shí)現NH₄⁺-N零排放。

　　(5)高NH4+-生活污水有利于缺氧區的反硝化除磷，排泥能降低出水TP濃度。

　　(6)對于高氨氮生活污水，需要加大硝化液回流比和增加缺氧區體積，以強化反硝化除磷效果。( >;住房和城鄉建設部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心)

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