南方地区污水处理厂低温生物脱氮对策研究_王阿华

28给水排水Vol.35No.102009南方地区污水处理厂低温生物脱氮对策研究王阿华1杨小丽2叶峰1(1南京市市政设计研究院有限责任公司,南京210008;2东南大学市政工程系,南京210096)摘要对江苏太湖流域的污水处理厂进行调研发现,冬季南方地区污水处理厂的最低水温小于10℃,严重影响了脱氮效果,使出水难以达标。根据污水处理厂冬季水温特征和低温脱氮影响规律,重点分析了低温生物脱氮的影响因子,并以实际工程为例探讨影响低温生物脱氮各运行参数的范围,在此基础上从设计和运行角度分别提出低温生物脱氮的对策。关键词污水处理厂低温生物脱氮硝化反硝化太湖流域1问题的提出生物脱氮主要由硝化和反硝化两个阶段完成,硝化菌和反硝化菌的生存受低温的负面影响非常显著。从宏观角度来看,冬季寒冷的气候条件致使污水处理系统中微生物数量减少,活性降低;从微观角度来看,温度的降低对微生物的生理特性有重要的影响,如微生物对营养物质的转运减慢、吸收减少,对蛋白质的合成速率降低,生命代谢活动减缓等,导致冬季低温条件下污水生物处理效果大为降低[1,2]。硝化效果往往是生物脱氮的关键,硝化反应受温度影响很大,温度不但影响硝化菌的比增长速率,而且影响其活性。对于同时去除有机物和进行硝化反应的系统,温度低于15℃时硝化速率急剧降低。Head等人发现[3],温度分别由20℃、25℃、30℃迅速降至10℃时,硝化作用分别下降了58%、71%和82%。反硝化反应的适宜温度为20～35℃,低于15℃时,反硝化细菌的繁殖速率、代谢速率和生物活性都降低,进而导致脱氮效果下降。随着温度的降低,反硝化速率明显下降,同时使得缺氧区中溶解氧的含量增加,也抑制了硝酸盐氮的还原。2008～2009年对江苏省太湖流域3个城市6座污水处理厂(分别计为THA1、THA2、THB1、THB2、THC1、THC2)水温进行的调查研究表明,污水水温变化范围为9.6～31℃(对应的气温变化范围为-6～40℃),其中12、1、2、3四个月平均污水水温最低,均低于15℃,水温低于12℃的比例为9%(大约30天)。图1为太湖流域A市某污水处理厂(THA2)水温与NH3—N和TN去除效果的关系。图1THA2污水处理厂水温与生物脱氮效果的关系由图1可见,THA2污水处理厂NH3—N去除率在11℃左右最低,11～15℃时随水温升高而上升,15℃以后趋于稳定。TN去除率在12℃时最低,17℃时最高,12～17℃之间随水温升高而上升,17℃以后趋于稳定。低温对该厂生物脱氮产生了一定的影响。DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2009.10.001给水排水Vol.35No.10200929图2和图3分别为太湖流域B市某两座污水处理厂(THB1、THB2)水温与生物脱氮效果的关系。图2THB1厂水温与生物脱氮效果的关系由图2可见,THB1厂NH3—N去除率在13℃时最低,16℃时升高很快,16℃以后趋于稳定。TN去除率在14℃时最低,16℃以后趋于稳定。低温对该厂生物脱氮有一定的影响,但由于该厂碳源情况较好,且在低温时,已经采取了一定的强化措施,故低温对其影响程度不是很大。由图3可见,THB2厂NH3—N去除率在11℃时最低,11～17℃之间随水温升高而上升,17℃以后趋于稳定。TN去除率在15℃时最低,17℃时最高,15～17℃之间随水温升高而上升,并逐渐趋于稳定。综上所述,无论是理论分析还是实际调研结果均表明,低温对南方地区污水处理厂生物脱氮有较大影响。因此,为了保证低温季节污水处理厂生物脱氮效果,研究制约低温生物脱氮的影响因子及相图3THB2厂水温与生物脱氮效果的关系应对策。2制约低温生物脱氮的影响因子解析根据实际城镇污水处理厂低温生物脱氮的影响分析,正常情况下,pH、亚硝酸盐氮、氨氮、有毒物质对生物脱氮的影响较小,且缺氧池、好氧池中对溶解氧运行控制较易做到。下面就碳氮比、泥龄、混合液回流比对所调查城镇污水处理厂低温生物脱氮效果的影响进行讨论。2.1碳氮比对低温生物脱氮的影响活性污泥中硝化菌的比例与污水BOD5/TKN值有关,在活性污泥系统中异养菌与硝化菌竞争底物和溶解氧,使硝化菌的生长受到抑制。一般认为,处理系统的污泥负荷小于0.15kgBOD5/(kgMLSS·d)时,硝化反应才能正常进行。表1为江苏省部分具有脱氮除磷功能的城镇污水处理厂的碳氮比(以BOD5/TN表示)与低温生物脱氮效果的统计结果。由表1可见:(1)当BOD5/TN≤3时,NH3—N和TN的去除率随着碳氮比增加而升高;相关性分析表明,此时30给水排水Vol.35No.102009表1不同BOD5/TN条件下污水处理厂生物脱氮效果污水处理厂编号BOD5/TN去除率/%NH3—NTNTHA21.26～61.1(4.7±2.9)37.0