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水环境污染和水体富营养问题已经成为我国目前亟待解决的问题。为有效改善水环境状况,防治水体富营养化,我国于2002年颁布了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002),新排放标准的实施,使得已建成的大部分城市污水厂出水中的氮、磷等都无法实现达标排放。氧化沟工艺具有控制简单、去除有机物效率高等优点,是目前国内城市污水处理厂采用最多的一种污水处理工艺。然而传统氧化沟工艺也存在着能耗高、脱氮除磷效果不佳等问题,难以满足高排放标准的要求。桂林市七里店污水净化厂采用传统Carrousel氧化沟工艺,于2006-2009年对1#氧化沟进行了改造,采用微孔曝气厌氧-好氧工艺运行。
本文以改造后污水厂的Carrousel氧化沟工艺为研究对象,通过监测污染物的各项指标变化规律研究了厌氧-好氧工艺运行时的污染物去除效果,分析了氮和磷的去除特征,探讨了影响脱氮除磷效果的因素,考察了缺氧区和好氧区不同功能区水力停留时间的合理性,以及二次沉淀池出现的氨化现象和释磷现象。对污水处理厂初步改造成果进行了评价,明确了改造后污水处理厂部分污染物质不能实现高排标准的原因,并提出了相应的解决方案,可为实际污水处理厂运行提供技术指导。
实验结果显示,桂林市七里店污水净化厂冲击负荷变化较大,实际进水量达60000m3/d,超过设计值的1倍;进水的COD、BOD5、SS平均浓度分别为262mg/L、149mg/L、114mg/L,低于设计值;进水氨氮、总氮的平均浓度分别为34mg/L、40mg/L,与设计值相符;进水总磷的平均浓度为8.1mg/L,高于设计值。
实验期间污水厂采用1#氧化沟单沟运行,实现改造后示范工程处理能力从40000m3/d提升到60000m3/d的目标。出水COD、SS的平均去除率都超过90%;出水BOD5的浓度为6~18 mg/L;出水氨氮、总氮、总磷的浓度分别为8.0~21.9mg/L、11.1~23.9mg/L、0.3~2.9mg/L,去除效率低。经初步改造,单沟运行方式可以达到地方环保部门规定的二级标准。但BOD5、氮、磷等指标不能满足示范工程排放要求。
1#氧化沟溶解氧沿程监测显示缺氧区与好氧区的容积比实际约为7:9;氧化沟水力停留时间为5h,其中缺氧区为2.2h,好氧区为2.8h。氧化沟内缺氧区与好氧区有明显的活性污泥释磷和吸磷现象,生物除磷效果显著,氧化沟出水总磷浓度平均为0.6mg/L。氧化沟具有生物脱氮功能,但由于水力停留时间过短,远小于硝化过程所需时间的要求,氨氮和总氮的平均去除率分别为57.4%、56.9%,无法达到一级A标。
二次沉淀池存在明显的释磷现象和氨化现象。实验发现氧化沟出水溶解氧浓度仅为0.5mg/L,混合液经二沉池处理,进水总磷浓度平均为0.6mg/L,出水总磷浓度平均达到1.2mg/L;总磷浓度大幅度上升,磷的释放影响了污水厂对总磷的去除效果。进水氨氮浓度平均为8.5mg/L,出水氨氮浓度平均为13.2 mg/L,二次沉淀池出现氨化反应是影响脱氮效果的主要因素之一。
温度对桂林市七里店污水净化厂生物脱氮的影响显著,生物脱氮效率随着温度的降低而降低,温度在20~24℃时,氨氮、总氮的平均去除率分别为73.7%、68.6%;温度在11~12℃时,氨氮、总氮的平均去除率分别为37.4%、37.5%。但温度对生物除磷影响不明显,温度为11~24℃时,总磷的去除率达85%以上;温度为15~20℃和11~12℃时比温度为20~24℃时,总磷的去除效率还要高约5%。
进水的BOD5/TN平均值为3.73,供反硝化菌用于反硝化的碳源不足,也可能造成脱氮效率低。氧化沟内pH对系统脱氮影响较小。进水BOD5/TP平均值为18.5,供聚磷菌释磷的碳源基本能满足要求。除此之外,氧化沟内pH、进水硝酸盐、亚硝酸盐含量对系统除磷影响较小。
根据研究成果,为了达到七里店污水净化厂示范工程高排放标准目标,污水处理厂应改进运行方式。采用双沟微孔曝气厌氧-好氧工艺,延长系统水力停留时间,扩大好氧区容积,确保氧化沟出水溶解氧浓度高于2mg/L,避免二次沉淀池释磷及氨化现象对出水水质的影响,同时增加辅助深度除磷系统,确保出水达到一级A标准。