污水处理厂 Carrousel氧化沟工艺研究

    摘要:新会龙泉污水处理厂二期工程采用Carrousel氧化沟工艺，经过一年的调试与运行，出水水质达到设计要求，部分指标优于设计标准。由于在Carrousel氧化沟工艺前端增设了厌氧池，有效地提高了Carrousel氧化沟工艺的脱氮除磷效果。

    关键词:污水处理厂,Carrousel工艺,调试运行,脱氮除磷

    新会龙泉污水处理厂二期工程位于新会会城东甲村闪窖口，建设规模为4.0×105m3/d，采用增设厌氧池的Carrousel氧化沟工艺，工艺流程见图1。

    1工程设计

    1.1设计进、出水水质

    设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准及广东省《水污染排放限值》（DB44/26-2001）一级标准。

    设计进、出水水质见表1。

    1.2Carrousel反应池设计参数

    为提高除磷效果，在Carrousel氧化沟前端设置了厌氧池。Carrousel氧化沟共建有2座，单沟设计流量为833.3m3/h，污泥负荷为0.07kgBOD/kgMLSS·d，污泥回流比为100%，泥龄为9d，平均污泥浓度为3500mg/L，水力停留时间为12.8h（含厌氧池水力停留时间1.5h），单沟有效容积为10,700m3（含缺氧池有效容积为1250m3），有效水深为4.9m。

    2污泥培养

    采用接种培养法，泥种取自龙泉污水处理厂一期工程的污泥浓缩池，污泥浓度为12～20g/L。

    （1）污泥接种

    将接种污泥同原水一起用泵提升至Carrousel氧化沟，共接种污泥2500m3。5d后池内污泥浓度达到1600mg/L以上。

    （2）间歇换水

    每次换水量为氧化沟容积的1/2，每12h换水一次，3d后污泥浓度＞1800mg/L，污泥沉降比＞10%。通过镜检发现活性污泥絮体结构良好，原生动物种类及数量相对稳定，主要为带柄固着型纤毛虫（如钟虫、纤虫、累枝虫等），并伴有后生动物出现，这说明活性污泥菌胶团已基本成熟。

    （3）连续进、出水

    活性污泥菌胶团基本成熟后，开始按照工艺设计连续进、出水运行。连续进、出水运行12d后混合液污泥浓度＞2500mg/L，各项出水指标除氨氮和总氮外，均已达到设计标准，但氨氮和总氮去除率只有10%～30%，这是因为当时恰好是年初的低温寒冬天气，气温在半个月内维持在7℃～15℃，说明在低温环境下，系统的硝化和反硝化速度慢，硝化和反硝化菌群还没有大量繁殖起来。继续运行7d后，天气转暖，温度上升至18℃～27℃，反应池中的硝化和反硝化菌群迅速活跃和增殖，出水的氨氮指标由原来的14～15mg/L快速下降至1.0mg/L以下，总氮也下降至9～13mg/L，并维持稳定，达到设计的标准要求。这标志着污泥培养工作的结束。

    3调试与运行

    系统经过3个月的培菌和调试运行，出水各项指标均达到设计标准。

    在近一年的运行中，系统基本运行在MLSS为2000mg/L、回流比为50%的工况下，其实际运行效果见表2。

    在实际运行过程中，由于进水的浓度低于设计标准，系统的污泥负荷较低。当系统污泥浓度维持初步设计的3500mg/L时，出现了污泥老化，氧化沟液面浮泥的现象，同时系统运行的电耗也相对较高。后来根据进水浓度相对较低的情况，将系统的污泥浓度降低至2000mg/L左右，污泥负荷调整至0.07kgBOD/kgMLSS·d，此时系统污泥老化的现象消失，系统运行电耗也相对下降。

    系统原先设计的回流比为100%，后经调试和实践对比，发现系统的回流比为50%时，系统生物除磷的效果最佳，于是将系统的回流比设定为50%。

    4脱氮除磷效果分析

    龙泉污水处理厂Carrousel生化系统由厌氧池和Carrousel氧化沟组成。Carrousel氧化沟是一多沟串联的系统，由表面曝气机对系统进行充氧，在沟内营造出多个富氧区和缺氧区。废水多次经过富氧区和缺氧区，不断经历好氧和缺氧的生化环境，在沟内实现同步的硝化和反硝化反应，为生物脱氮创造了良好的条件。

    Carrousel氧化沟前段增设厌氧池，目的是为释放回流污泥中的磷。根据生物除磷的原理，只有保证聚磷菌在厌氧状态下有效地释放磷，才能在后续好氧段充分地吸收磷，从而保证除磷的效果。聚磷菌在本系统厌氧池经过充分地释磷，同时将可快速生物分解的有机物转化为PHB储存在细胞中，为后续氧化沟过量吸磷创造了条件。

    生化系统在各主要构筑物中pH、TN、NH3-N、PO43--P的变化趋势如图2所示。

   4.1脱氮

    分析影响Carrousel氧化沟工艺脱氮效果的主要因素有以下几点：

    （1）温度（T）

    气温对脱氮效果影响较大。在系统调试的三个月期间，经历了低温天气。系统在不同的温度区间运行，对硝化和反硝化菌群的培养以及脱氮效果影响非常大。在调试期间，不同温度区间系统脱氮的效果见表3。

    由表3可见，在进水NH3-N和TN浓度变化不大的情况下，若系统在15℃以下运行，硝化和反硝化菌群的培养增殖速度和代谢速度较慢，系统生化脱氮的效率较低，系统出水的氨氮和总氮指标高于排放限值；当系统在18℃～30℃时，硝化和反硝化菌群的培养增殖速度和代谢速度较快，系统生化脱氮效率较高，出水的氨氮和总氮指标低于排放限值。

    当系统运行一年，又遇到当初调试期间的低温天气时，虽然硝化和反硝化菌群生化代谢速度同样较低，但由于系统硝化和反硝化菌群已培养成功，并且比较稳定，菌群数量比当初调试期间多很多，此时系统出水的氨氮和总氮指标仍能低于排放限值，当然，其处理效率仍低于温度大于18℃时的工况。

    （2）溶解氧（DO）

    氧化沟内DO浓度的高低，直接影响到Carrousel氧化沟的生化脱氮效果。在不同DO浓度控制范围下，系统脱氮效果见表4。

    调试运行中发现，氧化沟内DO分别控制在0～2.0mg/L和1.5～4.0mg/L区间，沟内的硝化反应良好，出水NH3-N浓度＜1.0mg/L。当DO控制在1.5～4mg/L区间时，氧化沟内硝化能力强，产物以NO3-N为主，浓度为7～9mg/L；当DO控制在0～2.0mg/L区间时，氧化沟在好氧硝化同时，发生反硝化反应产生N2，氧化沟中NO3-N浓度相对较低，为4～6mg/L。由此可见，将DO控制在0～2.0mg/L区间，有利于Carrousel氧化沟营造适合脱氮环境的富氧区和缺氧区，实现同步的硝化和反硝化，而且系统在低DO下运行，能节约能量消耗，符合低能耗运营的目标。

    近年来的理论研究认为，硝化反应必须在绝对富氧的条件下进行。若DO浓度较低，则在污泥负荷较低时，硝化才能反应良好。因为污泥负荷较低时，氧利用速度很低，这时即使DO浓度很低（如DO在1.0mg/L左右），氧也可以完全渗透到污泥絮体内部，被污泥絮体上的硝化细菌利用，进行硝化反应[1]。反硝化反应适宜在溶解氧很低的环境下进行。对泥龄长、污泥浓度高的生化系统，一般DO控制在0.5～1.0mg/L，可以实现好氧反硝化[2]。本系统在低溶解氧、低污泥负荷条件下具有良好的脱氮效果，刚好证实了上述的理论。

    （3）污泥负荷

    生物的硝化为低污泥负荷工艺。调试运行中发现，污泥负荷越低，硝化反应进行得越充分，NH3-N氧化为NO3-N的硝化效率就越高。系统在不同污泥负荷下运行的脱氮效果见表5。

    （4）碳源

    废水经氧化沟处理后，在二沉池进行反硝化反应。但由于二沉池的出水BOD＜8mg/L，反硝化过程中所需的碳源不足，只能大部分依靠细菌内源碳源进行，因而反应速度较低，未能将大部分NO3-N除去，出水NO3-N浓度仍有3～6mg/L。

    （5）pH值

    pH值是硝化反应和反硝化反应的重要影响因素。但由于进入该污水处理厂的生活污水没有工业污水成分，进水pH保持在7.0～7.5，比较适宜细菌的脱氮，因而对本系统脱氮影响不大。

    4.2除磷

    分析影响增设厌氧池的Carrousel氧化沟工艺除磷效果的主要因素有以下几点：

    （1）污泥回流比

    实际运行数据表明，当污泥回流比为10%～30%时，磷的去除率为50%～75%，出水总磷浓度平均值为0.7～1.0mg/L；当污泥回流比为30%～50%时，磷的去除率为65%～85%，出水总磷浓度平均值为0.4～0.8mg/L；当污泥回流比＞50%以后，磷的去除率未有明显的提高，反而有所下降。分析认为主要是由于过高的回流比导致了大量NO3-N随污泥回流至厌氧池，NO3-N在厌氧池内被还原过程消耗了可供聚磷菌利用的基质，从而影响了聚磷菌的释磷，导致后续氧化阶段不能完成对磷的过量摄取，降低了对磷的去除效率。

    （2）用于除磷的有效有机物

    出水磷浓度的高低主要取决于系统中除磷细菌所需的发酵基质VFA的可获得能量与必须去除的磷的比值，而且进入厌氧池的硝基氮量与系统泥龄都会影响上述的比值。根据实际运行数据显示，当BOD/TP高于20～25时，出水的溶解性磷浓度可低于1.0mg/L。

    （3）泥龄

    实际运行中发现，在进水BOD/TP比值大概相同的条件下，泥龄越长，除磷能力相应越低。分析认为随着泥龄加长，系统产泥量减少，随排泥而去的磷量也将减少，从而导致了系统除磷效率的降低；并且因为回流污泥的增多，厌氧池释磷过程所需的BOD还将升高，若BOD不能提高，则聚磷菌可能释磷不充分，从而导致后续氧化阶段不能完成对磷的过量摄取，降低了对磷的去除效率。

    （4）悬浮固体（SS）

    出水SS对出水TP影响较大，当出水SS＞15mg/L时，出水TP平均值将明显高于日常平均值，这主要是由于颗粒性污泥磷含量的升高造成的。由此可见，有效控制出水SS对控制出水TP有着实际意义。

    5结语

    新会龙泉污水处理厂二期工程采用增设厌氧池的Carrousel氧化沟工艺，出水水质良好，全部出水指标均达到设计标准，部分指标优于设计标准。前端设置的厌氧池有效提高了Carrousel氧化沟工艺的除磷效果，为Carrousel氧化沟工艺的不断改良提供了新思路。

    参考文献：

    [1]张自杰，林荣枕，金儒霖，等.废水处理理论与设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

    [2]王乐，缪焕权，周业勤.大沥污水处理厂UNITANK工艺的调试运行[J].中国给水排水，2008，24（2）：93-94.