A／O＋硅藻土強化脫氮工藝處理城市污水試驗研究

徐行勛，劉振肖，黃 麗

（永城市環境監測站，河南永城476600）

目前的生物脫氮工藝很多，A／O工藝就其良好的技術經濟優勢，較多應用于城鎮污水處理中。但該工藝還存在下列不足：一是為了提高脫氮效率，須加大混合液的回流比，致使污水處理廠運行費用增加；二是好氧段出水含有一定的NO3－N，若二沉池排泥不及時，會在池內發生反硝化，而使污泥上浮，影響出水水質；三是脫氮效果受溫度影響較大，在冬天氣溫較低地區，硝化效果不好；四是除磷必須通過添加化學藥劑才能實現，而添加化學藥劑后形成的化學污泥不易處理。針對A／O生物脫氮工藝存在的不足，通過試驗研究提出A／O＋硅藻土強化脫氮工藝的技術路線。該工藝具有流程簡單、占地少，可實現自動化操作，基建投資少，出水水質穩定，硅藻土可循環使用等特點。根據《水污染防治法》修正案、《城市污水處理及污染防治技術政策》要求，全國重點水系淮河、遼河、海河要基本變清，永城屬于淮河流域，污染治理對區域環境治理具有重要意義，A／O＋硅藻土強化脫氮工藝將硅藻土投加到生化系統中，利用硅藻土與生物系統的協同作用和硅藻土自身的絮凝沉淀除磷功能，可以實現傳統工藝的高效化，縮短生化停留時間，節省占地面積，形成以硅藻土水處理技術為核心的新型工藝，使出水穩定達到GB18918－2002一級A標準。

1 實驗原理與方法

1.1 A／O＋硅藻土強化脫氮工藝去除污染物原理

1.1.1 物化原理

硅藻土具有集絮凝、吸附、沉淀和過濾為一體的功能，對污水中的CODcr，SS，BOD5、P有很強的去除能力。一方面由于硅藻表面的不平衡電位能中和懸浮粒子的電荷，使其相斥電位受到破壞而與硅藻形成醪羽，凝集成較大的絮花。另一方面，由于其巨大的比表面積和表面吸附性，脫穩膠體極易被吸附到硅藻土上，且附著了污染物質的硅藻土顆粒間相互吸附能力大，可快速形成粒度和密度較大的絮體，且絮體的穩定性好。在特制專業處理系統中，絮體能形成一個穩定的、致密的懸浮污泥濾層，污水經過系統內自我形成的致密的懸浮泥層過濾之后得到進一步凈化。

1.1.2 協同作用原理

硅藻土內部孔隙多，孔隙間串聯相通，擁有巨大的比表面和合適的表面負電性，同時它又是單細胞低等植物硅藻的遺骸，具有優良的生物相容性，可以作為一種優良的多孔生物載體。硅藻土生物載體有利于增加微生物泥齡、富集硝化細菌，延長微生物和污染物的接觸時間，同時硅藻土表面的生物膜存在著同時硝化－反硝化（SND）過程，從而能夠有效地降低廢水中的氨氮、總氮。

通過對硅藻污泥鏡檢（如圖1）可以看出，生化系統中的硅藻土表面明顯發生了改變。圖1（a）中明顯可以看出硅藻土表面附著有一定數量的微生物菌種。圖1（b）中的硅藻土表面和未投加到系統中的硅藻土比較，孔徑分布不均勻，且硅藻土有一半的表面覆蓋著一層凸起的粘膜狀物質，分析認為可能該覆蓋物的下面有微生物菌種，該粘膜物是微生物分泌所致，在該粘膜狀物質的內表面會形成一個缺氧環境，這樣就實現了在好氧系統中存在著一個同時反硝化的過程，使整個系統的脫氮效率得到一定的提高。

1.2 試驗方法

A／O＋硅藻土強化脫氮工藝將硅藻土加入生化池的末端，通過泵的高速混合后送入硅藻土水處理池進行澄清分離，硅藻土與活性污泥形成硅藻污泥通過回流系統進行前段生化池，這樣通過一段時間的循環，整個生化系統也充滿了硅藻污泥。

圖1 硅藻土鏡檢

1.3 實驗裝置

中試試驗裝置見圖2－a至圖2－b所示。各池體尺寸及有效容積見表1所示。主要設備包括攪拌泵、污泥回流泵、進水泵、鼓風機等。

表1 試驗裝置各池尺寸一覽表

1.4 試驗原水

中試試驗進水取自污水廠沉砂池出水，試驗進水水質如表3所示，屬于典型的生活污水水質，BOD5／CODcr＝0.42，可生化性良好。

表3 試驗進水水質

1.5 執行標準

本研究項目執行GB18918－2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》表1 1級A標準。

2 A／O＋硅藻土強化脫氮工藝試驗

該階段的研究主要通過監測CODcr，NH3－N， TN等幾個指標，考察生化工藝在添加硅藻土后對城市生活污水的處理效果變化，同時比較生化工藝添加硅藻土前的出水水質情況以及研究不同硅藻土投加量對系統處理效果的影響。

2.1 去除污水中污染物效果試驗

為了確定投加硅藻土前后的處理效果，在監測CODcr的時候，從第8天開始投加硅藻土，在監測NH3－N、TN的時候，從第20天開始投加硅藻土。試驗結果如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 投加硅藻土前后CODcr的去除效果

圖4 投加硅藻土前后NH3－N的去除效果

圖5 投加硅藻土前后TN的去除效果

2.2 投加量對污水處理效果的影響試驗

為了確定投放多少硅藻土才能使系統達到最佳的處理效果，進行了硅藻土投加量與處理效果試驗。試驗結果見圖6、圖7、圖8。

2.3 試驗結果分析

（1）去除效果

圖6 硅藻土投加量對CODcr的影響

圖7 硅藻土投加量對NH3－N的影響

圖8 硅藻土投加量對TN的影響

從實驗結果可以看出，當從第九天開始向系統添加硅藻土后，出水COD迅速降低，出水穩定在25 mg／L左右，去除率也從開始的75%左右提高到90%。從第二十一天后，我們向系統連續投加硅藻土后，出水NH3－N除了加入硅藻土的初始幾天后都能穩定達到一級A標準，出水NH3－N介于0.176～2.54mg／L之間，均值為1.27mg／L，平均去除率為93.4%；出水TN除了加入硅藻土的初始幾天不穩定外，從加入硅藻土后的第四天開始出水都能穩定達到一級A標準，出水TN均值為7.10mg／L，平均去除率為78.1%。

（2）硅藻土最佳投放量

分析實驗結果得出，隨硅藻土投加量增加，系統出水CODcr去除率也增加，但系統出水NH3－N和TP的去除率均在硅藻土投放量為40ppm時達到最大值，并且TN的去除率在硅藻土投放量超過40ppm以后呈下降趨勢。綜合考慮各污染物去除效果，認為硅藻土的最佳投放量為40ppm。

3 結 論

（1）該工藝的噸水直接運行成本大約為0.4元，而傳統A／O、AAO、氧化溝運行成本達到噸水0.6～0.8元，甚至達到1元，按日處理廢水規模一萬噸計算，每年可少支出91.25萬元到273.75萬元。按照實際進出水濃度計算，每年約可以減少氨氮40噸，有效抑制水體惡化，對維持地區乃至流域生態平衡具有積極作用。節能減排為目前國家所倡導的政治任務，大力減少污水中污染物排放量，使得環境容納余量加大，為新建企業騰出空間，對就業、經濟發展具有積極意義。

（2）硅藻土投加會增加系統的污泥量，增加約10%左右；但硅藻土投加生化系統后形成的生物硅藻污泥可以改善污泥的沉降性能，使污泥沉降速度變快，從而可提高沉淀池表面負荷，減少沉淀池尺寸。

（3）AO＋硅藻土強化脫氮工藝可應用于污水處理廠的新建和改擴建工程。對于新建污水廠，能夠降低構筑物體積，節省占地和造價；對于改擴造污水廠工程，可以實現在不改變原有構筑物，不新建后續構筑物的前提下，通過向原有生化系統中投加硅藻土來提高處理效率或擴大處理規模，達到擴大處理規模或提標改造的要求。

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