高氨氮生活污水改良UCT处理工艺

　　污水中氮磷含量增加是引起水体富营养化的主要原因，随着人们生活水平提高和生活习惯改变，高氨氮、低碳氮比生活污水普遍存在，高氨氮生活污水对微生物的生长有抑制作用，很难进行生物处理，必须增加回流比来稀释原污水，生活污水中C/N低会影响总氮和磷的去除。所以，一般活性污泥法处理高氨氮污水有一定困难

　　高氨氮生活污水对活性污泥有很大冲击。一方面，使原生或后生动物不能适应高氨氮环境，形成胞囊，从而活性降低。另一方面，硝化反应中溶解氧不足，导致脱氮效果不好。通过对UCT工艺进行改进，系统具有较高的总氮、氨氮和COD去除率。

　　一、实验部分

　　1-试剂与仪器

　　生活污水，取自某大学家属楼生活污水排污口，水质见表1。葡萄糖、碱性过硫酸钾、抗坏血酸、钼酸盐、酒石酸钾钠、纳氏试剂均为分析纯。

　　TUV810型紫外可见分光光度计。BRLXUN立式压力蒸汽灭菌器。CMF5型COD多参数水质测定仪(与之配套药剂有COD耗材1号和COD试剂2号);WTWMu)W630溶解氧测定仪;MilwaukeepH56笔式酸度计。

　　1.2实验方法

　　采用改良的UCT工艺处理高氨氮生活污水，装置分厌氧区、缺氧区、好氧区和沉淀区共4个区，工艺流程示意见图1。其中/回流为缺氧区至厌氧区，/回流为好氧区至缺氧区，/回流为沉淀区至缺氧区，/回流为缺氧区内循环，m回流为沉淀区至缺氧区，碳源投加点在缺氧区首端。

　　实验期间白天对进、出水取3次，间隔4h取样1次，混合后作为待测平均水样。实验测定项目及分析方法见表2。

　　二、结果与讨论

　　2.1总氮去除效果

　　2.1.1回流比对出水总氮的影响

　　回流比的调整分为七个工况，不同工况回流比对进出水总氮的影响见图2。

　　氮主要是在好氧区氨氮转化为硝酸盐氮和在缺氧区硝酸盐氮转化为氮气而去除，回流比是污水处理过程中一个重要的参数。由图2可知，第一工况(1〜5d)，沉淀区至缺氧区污泥回流100%，硝化液回流100%，缺氧区至厌氧区回流100%，出水总氮平均值37.93mg/L。第二工况(6〜11d)增加缺氧区内循环，回流比为100%，出水总氮平均值31.98mg/L，缺氧区内循环的增加提高了系统的反硝化效果。第三工况(12〜15d"加大沉淀区至缺氧区污泥回流至200%，出水总氮平均值为22-18mg/L，使沉淀区更多的硝酸盐氮进入到缺氧区，增大了缺氧区反硝化的潜力。第四工况(16-21d)取消缺氧区内循环，反硝化反应减弱，出水总氮平均值为25.70mg/L。第五工况(22〜25d)增大硝化液回流至200%，硝化液回流的加大，更多的硝酸盐氮进入缺氧区，通过反硝化反应转化为氮气，总氮去除效果提高，平均值为21•65mg/L。第六工况(26〜35d)污泥回流降为50%，出水总氮平均值28.58mg/L。故第七工况从第36d起回流比调整如下：沉淀区至缺氧区污泥回流200%，硝化液回流200%，缺氧区至厌氧区回流100%，出水总氮平均值21.05mg/L。可见不同回流比对出水总氮有很大的影响。

　　回流比的增加使进水氨氮稀释增加，系统各区的氨氮浓度降低，在好氧区对硝化细菌的抑制减弱，进而硝化细菌大量繁殖，随着系统的运行逐渐达到低氨氮的稳态环境。

　　2.1.2碳源投加量对出水总氮的影

　　由于进水COD平均值为220mg/L，进水总氮平均值为95mg/L，C/N≈2-：1，C/N严重不足，仅依靠自身碳源不能使系统有较好的脱氮效果。反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，碳源的种类和C/N是生物脱氮除磷重要因素。碳源对于反硝化过程起着重要作用。本实验选用碳源为葡萄糖，葡萄糖投加分六个工况，碳源投加量对出水总氮的影响见图3。

　　由图3可知，系统运行稳定后，未投加碳源时，出水总氮平均值为37.58mg/L，此工况进行反硝化主要靠内碳源反硝化(PHAs)，由于反硝化效率较低、速率慢，从而脱氮效率不可能很高。第一工况(1〜5d)在缺氧区投加葡萄糖，C/N为3：1，出水总氮平均值为32.41mg/L，第二工况(6〜11d)，C/N为4.5：1，出水总氮平均值为22-12mg/L，碳源增加给反硝化细菌提供了营养，反硝化细菌利用碳源进行反硝化反应，出水总氮降低。第三工况(12-29d)C/N为4：1，出水总氮平均值为25.69mg/L，第四工况(30〜35d)C/N为3.5：1，出水总氮平均值为30.58mg/L，可见系统脱氮效果受碳源影响很大，投加碳源的多少对总氮的去除有很大的影响。第五工况(36〜42d)恢复C/N为4.5：1，出水总氮下降，随着系统运行出水总氮平均值为20.23mg/L，此工况进行异养反硝化的外碳源较多，反硝化速率较快，进而脱氮效率提升。第六工况(43〜65d)C/N保持4.5：1不变，通过调节回流比、增加沉淀区至好氧区回流等措施，出水总氮平均值为12.02mg/L。

　　在不改变工况条件下，系统的脱氮效果难以进一步提高。可能原因是：①高浓度氨氮经硝化后转化为大量的硝酸盐氮，通过硝化液回流至缺氧区，高DO浓度破坏了缺氧环境&给缺氧区造成了较大的压力，反硝化细菌在不利环境中难于生存，数量减少，从而影响了反硝化作用，导致系统脱氮效率较低。同样污泥回流中DO浓度对缺氧区也产生一定影响;②实验进水COD平均值220mg/L，进水总氮平均值95mg/L，C/N≈2-：1，可见碳源不足，仅靠自身碳源脱氮效果难以进一步提高。为了使出水总氮达标，通过上述六个工况的调整，出水总氮平均值为12.02mg/L，出水总氮保持在15mg/L以下&在第57d和第59d出水总氮分别为9-21mg/L和7.35mg/L。

　　2.2氨氮去除效果

　　氨氮的去除与好氧区DO浓度有很大关系，本实验通过调节曝气量，改变好氧区的DO浓度，共有六个工况。进出水氨氮含量随时间变化曲线见图4。

　　由图4可知，污泥培养时期，出水氨氮浓度较高，去除率偏低。这是因为进水氨氮浓度过高，好氧区的硝化细菌还没有培养成熟，数量也少，硝化效果不明显。随着污泥培养的进行，系统逐渐达到稳定。第一工况(1〜9d)出水氨氮浓度虽然很低，氨氮平均值为0-1mg/L。为了保持满足好氧区的硝化效果，系统DO浓度为4.25mg/L。高DO含量使好氧区的污泥发黄、松散，出水硝氮含量很高，导致污水进入沉淀区后发生反硝化反应，大量污泥上浮，污泥流失严重，使污泥处于轻度膨胀状态，污泥浓度下降，且出水SS和COD含量上升。

　　为解决沉淀区污泥上浮问题，第二工况(10〜15d)的DO平均浓度为3-10mg/L，污泥上浮问题有很大缓解，污泥颜色变深，氨氮出水平均值2.25mg/L。第三工况(16〜21d)、第四工况(22〜27d)和第五工况(28-33d)DO平均浓度分别为2.21，1.48，1.02mg/L，随着DO浓度的降低，氨氮出水浓度逐渐升高，第31d出水氨氮浓度最高，可达7.38mg/L，未达到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》国家一级A排放标准。第六工况从第34d起DO浓度维持在1-0〜1-0mg/L，随着系统的运行，出水氨氮含量保持在1.50mg/L以下。

　　虽然高DO浓度能明显提高系统的硝化效果，但是DO浓度不能过大，否则不经济。同时，高DO浓度会使好氧区的污泥发黄、松散，造成沉淀区污泥上浮和污泥膨胀现象。此外，高DO浓度下硝化液回流也会对缺氧区反硝化和装置除磷效果有影响。所以系统运行工况DO浓度保持在1.40〜1-0mg/L左右。

　　2.3COD去除效果

　　进、出水COD浓度随时间变化曲线见图5

　　由图5可知，第1〜3d运行初期系统还没稳定，微生物没有培养成熟，数量也较少，出水第2d的COD达到65mg/L。随着系统的逐步稳定，第7d起系统出水COD稳定在20〜40mg/L之间，可达到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》国家一级A排放标准，可见接种污泥的数量对于COD的去除有很大关系。在装置运行工况，出水COD值常常高于好氧区末端的COD值，原因是系统一直保持较高的DO浓度，污泥过氧化较严重，好氧区出现大量泡沫，影响沉淀效果，导致出水浓度偏高。在稳定运行工况下，通过对好氧区微生物的观察，好氧区有大量轮虫出现，可见出水水质良好。

　　三、结论

　　(1)回流比对出水总氮有显著影响。在r1回流为100%，r2回流为100%，r3回流为100%时，增力口。回流为100%，出水总氮平均值由37.93mg/L降为31.98mg/L；增大r3回流至200%，出水总氮平均值为22.18mg/L；r2回流由100%增大为200%，出水总氮平均值由25.70mg/L降为21.65mg/L。

　　(2)碳源投加量能提高出水总氮的去除。通过投加葡萄糖使C/N由2.3：1变为4.5：1时，出水总氮平均值由37-58mg/L降低为20-23mg/L，基本达到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》国家一级B排放标准。

　　(3)较高DO浓度能明显提高氨氮的转化，硝化效果好。但过高DO浓度的硝化液回流会破坏缺氧区环境，降低系统脱氮效率。过高DO浓度也会导致污泥过氧化严重，好氧区出现大量泡沫，影响沉淀效果，出水COD浓度升高，出现COD出水值常高于好氧区末端COD值。系统稳定运行时DO浓度维持在1-0〜1-0mg/L之间。

　　(4)通过对改良UCT工艺的小型生活污水实验装置运行监测，在进水总氮含量在80〜125mg/L下，总氮出水平均值12-02mg/L，出水氨氮小于1.5mg/L，COD出水稳定在20〜40mg/L，可达到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》国家一级A排放标准。（来源：北京建筑大学环境与能源工程学院）