降低污水曝气耗氧量的途径和方法

降低污水曝气耗氧量的途径和方法张永吉提要介绍了降低污水曝气耗氧量的几种途径和方法———厌氧预处理、合理利用硝化2反硝化作用、优选扩散装置改进其布置方式和优化运行参数等。关键词耗氧量厌氧稳定PHB硝反2反硝化MCRT0前言在城镇污水二级处理系统中,曝气供氧的能耗最大,约占全系统总能耗的50%。因此,降低曝气耗氧量是城镇污水处理厂节约能耗的主要环节。影响曝气耗氧量的因素众多,难以定量表示,而且实践中变化幅度较大。一般,去除单位BOD的耗氧率为1～2kgO2/kgBOD,低值<015kgO2/kgBOD,高值>215kgO2/kgBOD。同一污水、同一曝气装置,在不同的运行条件下,耗氧量的差异也相当大。据Groves[1]等对美国21座污水处理厂的65个扩散装置的αEA的测定表明:粗气泡扩散装置的αEA最高值为917%,最低值为418%,两者之比接近2;微孔曝气装置的αEA最低值为418%,最高值为2115%,高低比达418。如此悬殊的氧转移效率提示这方面大有潜力可挖,研究和探讨这一问题,具有较大的现实意义。降低曝气耗氧量的途径有两条:一是前置预处理设施,降低污水的需氧量;二是优化运行条件,提高氧利用率。前者已在文献[2]中作了介绍,本文将就后者进行较为深入的探讨。1厌氧预处理国内外的大量实践和研究证明[3～4],在曝气前端设置一个厌氧区,使污水在无氧或缺氧条件下反应一段时间,可大幅度降低后续的曝气耗氧量。一般可降低20%～30%,最高可达50%左右,这一过程称为“厌氧稳定”。所谓厌氧稳定是指在厌氧条件下,污水中一些有机物完全氧化或还原成气态产物而排出系统,既不是转化为PHB等中间产物在曝气时继续耗氧,也并非转化为菌体随污泥排出,而是一种脱氢氧化行为。厌氧稳定由污水中糖类发酵反应所引起,参与这一反应的微生物是在糖类降解时能进行脱氢氧化的兼性厌氧菌,如:Escherichia,Proteus,Clostridium等。在厌氧条件下,这类菌与贮磷菌共存。两类菌的竞争主要取决于污水的含糖比。当污水中未经发酵的糖类有机物比例较高时,兼性厌氧菌占优势;反之,当污水主要含有乙酸等发酵产物时,贮磷菌处于主导地位。厌氧稳定的对象是糖类有机物,厌氧稳定削减的曝气耗氧量随着污水含糖比的提高而增大。在主要含低分子有机酸的污水中,厌氧稳定的效果很差。这时,在厌氧区虽然也同样能去除水中大部分有机物,但仅为有机物形态的转化行为,其实质是贮磷菌吸收并贮存PHB的作用。因PHB是过渡产物,在后续的曝气过程中将作为碳源而氧化,并不削减曝气耗氧量。2合理利用硝化2反硝化作用提起硝化,人们自然会联想到强烈而长时间的曝气,其后果是加大气水比、增大能耗。但实践中发现,硝化反应增加的氧耗远低于理论计算值。这表明,硝化过程中存在一种未知的、可减少曝气耗氧量的作用。近年来的研究证明,这一作用是由于硝化反应提高了曝气过程的EA所致。早在80年代后期,Boon、Rieth等先后发现接近完全硝化的活性污泥系统(MCRT=6～14d),其EA比非硝化系统(MCRT=1～2d)高得多。这一发现引起美国EPA的重视,并在调研中得到证实。在其1989年出版的ASCE设计手册的微孔曝气一章中,揭示了对17座污水处理厂的实测资料[1]。统计分析结果表明有硝化反应系统的αEA均高于非硝化系统,平均高5518%(参见表1)。影响α的因素很多,条件不同的统计数据虽给水排水V16N15EAol2o200017表1有硝化与非硝化系统的αEA对照名称项目αEA平均值/%αEA变幅/%测试数目/个硝化1314610～211524非硝化814418～131218可指示趋向,但尚不能完全说明问题。Groves等[1]在两座污水处理厂进行了条件完全相同的对比试验。在Phoenix厂,对1号、2号曝气池,分别将MCRT控制在14d和1d,以区别硝化与非硝化反应。对比结果为:有硝化反应的1号曝气池的αEA为1115%～1217%,平均为1211%;非硝化反应的2号曝气池的αEA为616%～619%,平均为617%,前者比后者的αEA高80%。在Los2Angetes2Glen2dale厂,对6号曝气池进行试验,分别将其MCRT控制在818d和1d进行对比试验。结果为:有硝化反应的αEA为1116%,非硝化反应的αEA为715%,前者比后者高55%。硝化作用提高αEA究竟是由硝化本身所引起,还是因MCRT增大所造成,目前尚不清楚。因硝化作用与MCRT相互关联,硝化作用必然要提高MCRT,而高MCRT也必然要引发硝化作用。硝化作用提高αEA所削减的曝气耗氧量可抵消大部分硝化本身增加的耗氧量,如将反硝化作用回补的氧计算在内,则有可能完全抵消甚至可以降低曝气耗氧量。3优选扩散装置改进其布置方式311优选扩散装置一般而言,微孔曝气