1 氧化沟技术发展现状
氧化沟技术在我国发展很快,是当前污水处理技术的热点之一。近年来国内建设的氧化沟数量在不断增加,其处理规模和处理对象也在不断扩大。氧化沟系统的主要优点:可以不设初沉池,二沉池可与氧化沟合建,省去污泥回流装置,对水质变化的适应性强,泥龄长,可达到较好的脱氮效果,污泥产率低等等。近年来,随着污水处理行业脱氮除磷要求的提高,氧化沟系统在除磷方面的欠缺经常被人们提出,因此探讨氧化沟系统除磷效率的提高途径就很有意义。现针对氧化沟系统除磷的问题进行了较深入地分析研究,提出了一些提高氧化沟系统除磷效果的途径,以对相关的研究和生产运行有所帮助。
2 氧化沟系统中除磷效果的影响因素
影响氧化沟系统除磷过程的因素主要有三类:环境因素、设计参数、水质条件。环境因素包括:DO、温度、pH 值等等。设计参数包括:泥龄、停留时间、剩余污泥处理方法等等。水质条件是近年来针对除磷效果的众多研究的中心话题,主要包括:基质的可获得性、进水水质特性、VFA 产生量、硝态氮的浓度。
2. 1 DO 的影响
DO 对除磷效率的影响主要体现在磷吸收区。当好氧区的DO 保持在1. 5 mg/ L～3. 0 mg/ L 之间时,除磷效果一般可以保证;当DO 小于1. 5 mg/ L 时,除磷率会降低,污泥沉降也变差;但如果DO 过高,则会导致水流到达厌氧区时DO 增加,影响磷的释放,同时由于DO 过高会降低反硝化效果,使得NO3- 浓度居高不下,也会影响厌氧区磷的释放[ 1 ] 。
2. 2 pH 值
研究表明,pH 值为8. 0～8. 5 时, TP 去除率可以达到90 %以上;当pH 值为6. 5～8. 0 时,TP 去除率差别不大;当pH 值低于6. 5 时,TP 去除率会急剧下降。
2. 3 泥龄
泥龄越长,活性生物量越低,除磷能力也相应降低。众多的研究表明:泥龄越长,单位BOD 的除磷量就越少。为达到最高的除磷率,除磷设计的泥龄值不应超过总体处理所需要的值。当其他处理所需的泥龄值很大时,只能通过别的途径来弥补泥龄的不良影响,如加大BOD/ TP 值。
2. 4 停留时间
研究证明,厌氧区的停留时间会影响VFA 的产生以及贮磷菌对VFA 的吸收。一般地,厌氧区的停留时间越长,除磷率越高。厌氧停留时间从1. 1 h 增至2. 6 h ,TP 去除率会从59 %增至71 %。但是,过长的厌氧停留时间并没有好处,时间过长可能导致VFA 吸收的磷没有释放。这就有可能导致碳源贮存物量不足,不能在好氧区产生足够的能量来吸收所有释放的磷。在好氧区溶解磷的生物吸收也需要足够的停留时间,一般为1 h～2 h。
2. 5 基质的可获得性
出水磷浓度的高低主要取决于系统中除磷细菌所需要的发酵基质的可获得量与必须去除的磷量的比值。研究表明[ 2 ] :VFAs 是生物除磷的重要基质。污水的可生物降解COD 可以划分为溶解性可快速生物降解COD 和颗粒性慢速生物降解COD两类。主流生物除磷系统产生的VFAs 主要来自溶解性快速降解BOD5 ,也即磷的去除量与快速降解BOD5 成正比。
2. 6 VFA 产生量
厌氧区的VFA 来源于外源添加和内部转化。Comeau[ 3 ]运行了一系列生物除磷装置,试验结果表明,每投加6. 4 mg VFA 可增加1 mg/ L 的除磷能力。众多试验研究表明,投加VFA 可促进磷的生物吸收,去除1 mg 磷所需的VFA 投加量为7 mg HAc～9 mg HAc。
3 氧化沟系统除磷效果的提高途径
3. 1 加设厌氧池
在氧化沟的上游加设厌氧池,是当代氧化沟变形工艺的普遍做法。在上游加设厌氧池,能够为生物除磷提供先进行磷的释放,后进行磷的过度吸收的场所,同时提高了污泥的沉降性能。在卡鲁塞尔3000R 系统中,厌氧区和前置反硝化区结合在一起,创造出了一段持续低浓度的硝酸盐区域,有助于对磷有富集积累作用的微生物菌群的选择,从而在很低的温度下也能实现较高的除磷率,值得借鉴。在氧化沟中也可设置多处厌氧段或者缺氧段,实现更高程度的除磷效果[ 4 ] 。多沟交替作为厌氧段或好氧段,安排多种交叉运行方式,也可以有效提高除磷率,但要以优良的自控系统为前提。
3. 2 降低厌氧区的DO
设法限制进入厌氧接触区的DO 量,避免快速降解基质被迅速耗尽,保证贮磷菌所需的脂肪酸产生量,这是提高除磷率的关键因素之一。降低进水DO 值:在进水前先让管网中的水在进处理构筑物前稍作停顿,避免管网中的DO 带入。进水的输送尽量使用密闭的设施或设备,不宜用开口的输送设施。进水流量测量部位避免带入空气。沉砂系统应避免造成跌水。减少厌氧区搅拌器造成的涡流带入空气。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
3. 3 减小硝态氮的影响
设法不让硝态氮进入磷的释放区,是保证脱氮除磷互不干涉的关键。通常可以考虑在磷的释放段前设置前置缺氧段,使反硝化先行完成。一般来讲,在夏季反硝化可以迅速完成,能够保证硝态氮以低浓度进入磷的释放区。在负荷较高的处理系统中,必须以控制泥龄的办法限制硝化作用的发生程度,以避免硝态氮对除磷的干扰。
3. 4 针对基质的可获得性问题
城市污水中,颗粒性有机物所占比例很大,因此采取措施将这些颗粒性有机物转化为VFA 是一种重要的解决办法。
3. 5 污泥处理时的严格管理
由于生物除磷系统的混合液处于厌氧状态时会出现磷的明显释放,因此污泥的处理需特别注意防止厌氧状态的出现。可考虑采取气浮或以机械浓缩代替重力浓缩。另外,由于污泥消化和脱水过程中产生的废液含磷量可能会很大,因此不要轻易将此废液回流到主体处理构筑物,而应采用化学法先行处理后再回流处理。
3. 6 停留时间的控制
生产实践表明,对于氧化沟系统,曝气区的停留时间越短,不曝气区的停留时间越长,越有利于除磷。在能够满足系统处理目标的前提下,好氧区的尺寸应尽量小一些。厌氧区分格有助于降低溶解性有机物发酵所需的停留时间。但是否采用分格方式,要综合考虑所增加的搅拌器和分隔墙的设置方便程度以及建设费用问题.总之,传统的氧化沟系统有着较多的不利于除磷的因素,但通过加设厌氧池、降低厌氧区的DO、减小硝态氮的影响、提高基质的可获得性、优化污泥处理过程、优化停留时间的设置等等方法,并且综合考虑设备改进的方便程度以及建设费用问题,提高氧化沟系统的除磷和脱氮效率是有可能实现的。（谷腾水网）
