1 出水懸浮固體對生物除磷的影響

　　生物除磷系統(tǒng)主要是通過創(chuàng)造對聚磷菌(PAOs)生長的有利條件使其在活性污泥的菌群中占優(yōu)勢，將活性污泥中的含磷量從1.5%～2.0%(常規(guī)活性污泥法，P/VSS)增加至5%～7%，甚至高達(dá)10%以上。

　　提高除磷效率的主要途徑是首先將污水中的磷通過轉(zhuǎn)化和網(wǎng)捕為顆粒性磷，從而最大程度地降低出水中的溶解性磷含量，同時(shí)采用適當(dāng)?shù)姆蛛x方法將顆粒性磷通過排泥加以去除。圖1表明出水SS對總磷濃度的影響很大，如當(dāng)P/VSS為6%、出水SS為20mg/L時(shí)出水顆粒性磷濃度已接近1.0mg/L。

　　國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)表明，如采用沉淀分離方式，當(dāng)生物除磷系統(tǒng)效率較高、出水溶解性磷量很低、終沉池出水SS也較低時(shí)，出水總磷含量可滿足1mg/L(二級(jí)標(biāo)準(zhǔn))的要求。由于沉淀出水SS很難達(dá)到5mg/L以下，即使生物除磷系統(tǒng)效率很高，處理出水中的總磷濃度也不太可能在0.5mg/L以下(一級(jí)標(biāo)準(zhǔn))，為達(dá)到這一嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，還必須采用過濾或投加化學(xué)藥劑等措施。

　　2 進(jìn)水BOD5/TP值對生物除磷的影響 

　　污水中有機(jī)物的可甥物降解性能對生物除磷過程的影響至為重要。影響生物除磷的最基本因素是生物處理厭氧段進(jìn)水中VFAs(包括厭氧段中其他可快速降解基質(zhì)的發(fā)酵產(chǎn)物)與總磷的比值，最好采用VFA/TP值來判斷污水除磷的可能性，但由于工藝反應(yīng)過程的復(fù)雜性而無法測定厭氧區(qū)發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)生速率，因而一般采用進(jìn)水的BOD5/TP值作為近似比值。試驗(yàn)研究表明，進(jìn)水BOD5/TP值＜20的生物除磷系統(tǒng)出水TP難以達(dá)到1～2mg/L，美國采用生物除磷工藝的9個(gè)污水廠和2個(gè)中試廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)也顯示了出水TP隨進(jìn)水的BOD5/TP值而變化，當(dāng)進(jìn)水BOD5/TP≥20時(shí)，出水TP可達(dá)到1mg/L[2]。

　　上述生物除磷的最低有機(jī)物需要量的概念可用以區(qū)別污水系受碳的限制還是受磷的限制。污水受碳限制是指因污水除磷的碳源不足而使出水磷含量不能達(dá)標(biāo)；污水受磷限制是指因除磷的碳源充足而使處理出水中的溶解性磷含量往往較低，故為獲得好的出水水質(zhì)，采用污水受磷限制是可行的，但剩余的基質(zhì)足以導(dǎo)致產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的非聚磷菌，這樣MLVSS中的含磷量將下降。因此認(rèn)為由厭氧段進(jìn)水的BOD5/TP值可預(yù)測系統(tǒng)的MLVSS含磷量和出水磷濃度。

　　為測試方便，通常采用BOD5與磷去除量的比值(BOD5/ΔP)來表達(dá)系統(tǒng)的除磷能力：

　　　　BOD5/ΔP=進(jìn)水BOD5/(進(jìn)水TP-出水SP)　　　　　　(1) 

　　各種不同生物除磷工藝的典型BOD5/ΔP、COD/ΔP值見表1。

　　將進(jìn)水BOD5/TP值與表1中各工藝相應(yīng)的BOD5/TP基準(zhǔn)比值進(jìn)行比較即可確定采用生物除磷的可能性以及可采用的工藝。　　歐洲和美國等地某些生物除磷系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行表明，由于污水處理廠進(jìn)水中的可快速降解有機(jī)物含量不足而使除磷效果不理想，要始終保持出水TP＜1mg/L是比較困難的，往往還需要投加一些化學(xué)藥劑。

　　筆者認(rèn)為，產(chǎn)生以上情況的主要原因在于原污水的發(fā)酵程度不同。污水中的可快速降解有機(jī)物的含量(特別是VFAs)對生物除磷系統(tǒng)的處理效果的影響極為明顯。厭氧段污水中的VFAs來源于進(jìn)水及兼氧菌在厭氧段內(nèi)對其他可快速降解基質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵的產(chǎn)物。當(dāng)系統(tǒng)為污水發(fā)酵提供了良好條件(如管道內(nèi)溫度適宜、污水流速低、曝氣程度小)時(shí)則可保證足夠的可快速降解基質(zhì)濃度，從而能夠取得有效的生物除磷效果。但是對那些不具備上述條件的相對新鮮的污水則除磷效果差。因此雖然有的水樣BOD5/TP值相同，但由于可快速降解基質(zhì)和VFAs的含量不同會(huì)產(chǎn)生不同的除磷效果，這就是有些地區(qū)的生物除磷工藝在進(jìn)水BOD5/TP值合適、終沉池效率可靠的情況下而出水TP卻難以達(dá)到1mg/L的重要原因之一。

        3 泥齡的選擇

　　關(guān)于生物除磷的泥齡長短對處理效果的影響，各國學(xué)者對此意見不一。泥齡長短主要取決于處理系統(tǒng)的脫氮要求(主要是否需要進(jìn)行硝化)，如果系統(tǒng)有硝化要求則系統(tǒng)的好氧泥齡的確定受硝化控制。但硝化菌所需的最短好氧泥齡大于聚磷菌所需的最短好氧泥齡。若硝化并非系統(tǒng)的處理目標(biāo)則應(yīng)縮 短泥齡足以防止硝化作用的發(fā)生，使回流污泥中無硝酸鹽氮，以確保A/O系統(tǒng)的除磷效果。泥齡與BOD5/TP值之間存在密切關(guān)系，泥齡太短則聚磷菌難以生長繁殖，泥齡太長則除磷效果下降。Fakase等人在城市污水處理A/O系統(tǒng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)泥齡從4.3d增加到8d時(shí)，BOD5/TP值從19增至26，而活性污泥含磷量則從5.4%降至3.7%。

　　生物除磷系統(tǒng)所需BOD5/TP值為泥齡的函數(shù)，泥齡較長而混合液含磷量較低時(shí)則除磷所需的BOD5較高，例如活性污泥混合液含磷量為4.5%、泥齡為25d時(shí)，去除1mg磷所需BOD5為33mg，而當(dāng)泥齡為8d時(shí)所需BOD5/TP值則下降至25。另根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)A/O系統(tǒng)泥齡在2.2～3.6d時(shí)除磷效果很好，但一旦泥齡超過3.6d后則因發(fā)生硝化作用而使除磷效果急劇下降。可見以除磷為目標(biāo)的A/O工藝不宜采用長泥齡，其原因?yàn)椋?br />
　�、� 長泥齡導(dǎo)致生物除磷系統(tǒng)產(chǎn)泥量減少，則通過排泥而去除的磷量也減少；

　　② 長好氧泥齡導(dǎo)致有機(jī)物的氧化相對完全，但污泥活性降低使好氧區(qū)對磷的吸收率下降，活性污泥混合液的含磷量減少；

　�、� 長泥齡下因衰減反應(yīng)造成磷的二次釋放。

        4 系統(tǒng)中硝酸鹽的回流干擾

　　我國城市污水中的TKN一般約為40～50mg/L，其中約2/3為NH3-N，硝化處理增加了系統(tǒng)中的NO3-N含量，由于NO3--N通過污泥回流進(jìn)入?yún)捬醵伟l(fā)生反硝化可消耗可溶性BOD，從而影響磷的釋放，降低了除磷效果，進(jìn)而使出水TP無法達(dá)標(biāo)。要減少硝酸鹽的回流量就必須提高系統(tǒng)的反硝化程度。但由于現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)對處理出水的總氮尚無要求，因此水廠往往會(huì)著重考慮NO3--N的達(dá)標(biāo)而忽略了系統(tǒng)中的NO3--N含量，從而擬省去反硝化系統(tǒng)。這一問題已成為目前某些城市污水處理廠方案討論中的焦點(diǎn)之一。

　　根據(jù)我國目前的情況，宜從消除回流污泥中的硝酸鹽對生物除磷的不利影響著手，根據(jù)除磷要求考慮反硝化程度。UCT/VIP等工藝的主要特點(diǎn)就是消除回流污泥中的硝酸鹽，但其流程較復(fù)雜。水環(huán)境聯(lián)合會(huì)(WEF)于20世紀(jì)90年代提出另一方法，就是將厭氧段的第一反應(yīng)格作為回流污泥的反硝化池，一部分污水(5%～20%)進(jìn)入該池進(jìn)行回流污泥的反硝化，其余污水進(jìn)入?yún)捬醭氐牡诙磻?yīng)格。此法優(yōu)于UCT/VIP工藝，因?yàn)樗∠撕笳咚黾拥幕亓飨到y(tǒng)，而且由于在這一反硝化池中的MLSS濃度高，使反硝化更為有效。如美國MasonNeck污水處理廠的生物除磷工藝就是將回流污泥引入第一反應(yīng)格(缺氧段)進(jìn)行反硝化，然后再順序進(jìn)入第二反應(yīng)格(厭氧段)，與一沉池污泥發(fā)酵液混合進(jìn)行磷的釋放后再與生物濾池出水一起進(jìn)入好氧段，形成了規(guī)模為30000m3/d的OWASA工藝(未設(shè)置好氧段MLSS的回流系統(tǒng))，除磷效果良好。

　　早在1990年初，中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究院就結(jié)合泰安污水處理廠的建設(shè)要求而提出了改良A/A/O工藝，即在厭氧段前增設(shè)缺氧段，來自二沉池的回流污泥和10%的進(jìn)水進(jìn)入該段，停留時(shí)間為20～30min以去除回流硝酸鹽氮，保證了厭氧段的穩(wěn)定運(yùn)行，測試結(jié)果表明，該工藝的除磷脫氮效果優(yōu)于改良UCT法。

　　近年來在改良A/A/O工藝的基礎(chǔ)上又將好氧段MLSS回流系統(tǒng)取消，開發(fā)了缺氧/厭氧/好氧工藝(回流污泥反硝化生物除磷工藝)，突破了傳統(tǒng)A/A/O工藝的概念，與UCT/VIP相比省去了兩個(gè)回流系統(tǒng)，節(jié)省了基建造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用，運(yùn)行管理簡便靈活，而且由于缺氧池內(nèi)的MLSS濃度接近回流污泥濃度而使反硝化效率較高，從而有效地消除了硝酸鹽氮對厭氧段的不利影響，出水TP可達(dá)標(biāo)(1.0mg/L)。

        5 結(jié)論

　�、� 城市污水生物除磷系統(tǒng)在適宜的進(jìn)水水質(zhì)和正常運(yùn)行條件下，一般可以獲得溶解性磷含量很低的出水，如發(fā)生出水TP超標(biāo)(＞1 mg/L)現(xiàn)象，其原因一般不在生物處理的本身, 而主要在于沉淀效率，由于出水中的顆粒性磷含量高而導(dǎo)致TP超標(biāo)，因此必須從改善沉淀效果著手來解決問題。

　�、� 進(jìn)水水質(zhì)特別是進(jìn)入?yún)捬醵挝鬯械目衫没|(zhì)與總磷比值(BOD5/TP)的大小對生物除磷系統(tǒng)出水中的溶解性磷含量和工藝的選擇有重大影響。當(dāng)最終沉淀采用重力沉淀池時(shí)，為使出水TP≤1mg/L,進(jìn)入生物除磷系統(tǒng)厭氧段的進(jìn)水BOD5/TP值需≥20。

　　③ 生物除磷系統(tǒng)的泥齡選定必須適當(dāng)，泥齡太短(＜2d)則聚磷菌難以生長繁殖，泥齡太長則除磷效果下降。

　�、� 在確定生物除磷脫氮的工藝流程時(shí)，對NO3--N的回流干擾導(dǎo)致出水總磷超標(biāo)的問題應(yīng)給予足夠的重視。宜從消除回流污泥中的硝酸鹽對生物除磷的不利影響著手，根據(jù)除磷要求考慮反硝化程度。近年來國內(nèi)外相繼開發(fā)的前置缺氧/厭氧/好氧工藝除磷效果優(yōu)于UCT/VIP法。

　　⑤ 為常年保持生物除磷系統(tǒng)出水總磷達(dá)標(biāo)(≤1 mg/L)，宜增設(shè)化學(xué)除磷作為后備措施以便必要時(shí)投加藥劑。對于可快速降解基質(zhì)含量不足的污水，應(yīng)考慮采用初沉污泥發(fā)酵措施來增加厭氧區(qū)VFAs含量，使出水總磷達(dá)標(biāo)。

　�、� 單獨(dú)生物除磷系統(tǒng)的出水TP難以達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(≤0.5mg/L),為達(dá)到這一嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，還必須采用過濾或投加化學(xué)藥劑等措施。

�、� 生物除磷系統(tǒng)出水總磷達(dá)標(biāo)問題涉及諸多方面，其中水質(zhì)特性的影響尤為重要，因此對于特定的污水宜首先進(jìn)行水質(zhì)測定分析和動(dòng)態(tài)工藝試驗(yàn)以解決相關(guān)問題。

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