A／DAT-IAT工藝設計中的若干問題

A／DAT-IAT工藝設計中的若干問題

摘要：從設計的角度出發(fā)，詳細論述了DAT-IAT工藝及前置厭氧反應器的DAT-IAT工藝(簡稱A／DAT-IAT)中沉淀／潷水時間、厭氧反應器體積、回流比、pH值、溫度、潷水器選擇及反應池數量等方面的問題。為使該工藝成功運行，建議沉淀和潷水時間分別為1h左右；厭氧反應器體積比為15％左右；內、外回流宜為200％和20％～30％；pH值為7～8；潷水設施采用旋轉式潷水器。

關鍵字：DAT-IATA／DAT-IAT工藝設計厭氧反應器

SomeQuestionsinA／DAT-IATProcessDesignAbstract：DetaileddiscussionsaremadefromthedesignpointofviewonthequestionswithDAT-IATprocessandA／DAT-IATprocess(aDAT-IATprocesswithpre-anaerobicreactor)，suchassettling／decantingtime，volumeofanaerobicreactor，refluxratio，pHvalue，temperature，selectionofdecantersandnamberofreactor，etc..Forthesuccessfuloperationofthesaidprocesses，itisrecommendedthatthesettlingtimeanddecantingtimeshouldbe1hourrespectively，thevolumetricratiooftheanaerobicreactorshouldbearound15％，theintemalrefluxandexternalrefluxshouldbe200％and20％～30％respectively，andthepHvalueshouldbe7～8，whilerotarydecantershouldbeusedforthedecantingfacility.

Keywords：DAT-IAT；A／DAT-IAT；processdesign；anaerobicreactorDAT-IAT(DemandAerationTank-IntermittentAerationTank)工藝，即連續(xù)進水、連續(xù)-間歇曝氣工藝，是一種適用于處理水量水質變化較大的污水處理新工藝，既有傳統(tǒng)活性污泥法的連續(xù)性和高效性，又具有SBR法的靈活性。1999年建成的天津經濟技術開發(fā)區(qū)污水處理廠(10×104m3／d)在國內首次采用了該工藝；采用該工藝的撫順三寶屯污水處理廠(25×104m3／d)于2001年底建成投產；本溪污水處理廠(22.5×104m3／d)采用前置厭氧反應器的DAT-IAT工藝，即A／DAT-IAT(Anaerobic／DemandAerationTank-IntermittentAerationTank)工藝，以加強生物除磷作用，目前已進入生產試運行階段。

由于A／DAT-IAT工藝系統(tǒng)是較新的處理工藝，我國現(xiàn)行的手冊、規(guī)范都沒有系統(tǒng)的設計參數。為了更合理地設計和運行A／DAT-IAT工藝，筆者根據試驗研究及對3座大型污水處理廠的實際運行結果提出了一些見解以供設計參考。1沉淀及潷水時間對系統(tǒng)的影響沉淀和排水階段時間不宜超過曝氣時間。試驗發(fā)現(xiàn)，周期為3h(0.5h曝氣，1.5h沉淀，1h潷水)工況時系統(tǒng)出水不穩(wěn)定、磷去除效果下降，并出現(xiàn)大塊污泥上浮現(xiàn)象。原因是IAT只經過很短的曝氣時段即進入長時間的沉淀和潷水時段，在此期間IAT池中發(fā)生反硝化反應，硝酸鹽被迫原為氮氣。它和混合液接觸降低了污泥密度，造成片狀污泥上浮，影響出水水質；而在潷水末期系統(tǒng)又處于厭氧狀態(tài)，磷又重新釋放到水中，使出水含磷量大大增加。另一方面，IAT池處于曝氣狀態(tài)時污泥回流泵回流的污泥量最大，此后在短時間內就在泵周圍形成空洞，只回流污水而沒有污泥，因此沉淀排水階段時間過長會使污泥沉積在IAT池中，進一步促進缺氧條件的形成，加速了污泥的上浮。

但沉淀和排水時間也不可太短。試驗同時發(fā)現(xiàn)，沉淀時間為0.5h時出水SS增加，出水水質難似達標；而排水時間為0.5h時造成單位時間內排水量太大，過急的出水流速會使①DAT池中的活性污泥快速涌向IAT池，造成DAT池中MLSS濃度急劇下降，同時擾動IAT中已沉降的污泥致使出水帶有大量絮狀體；②該工藝是連續(xù)進水工藝，流速過急會使在反應區(qū)內的擴散前沿迅速進入排水區(qū)，最終導致原污水“短路”，影響出水水質。因此，沉淀和潷水時間各為1h左右為宜。筆者認為處理典型城市污水采用4h(2h，lh，1h)周期比較合適，當進水COD負荷較高時可采用6h(4h，lh，1h)。2厭氧反應器體積的確定試驗時發(fā)現(xiàn)當厭氧反應器體積從占反應器總體積的6％增加到18％時，TP的去除率從83.3％提高到了90.2％，因為增加體積比就相當于延長了水力停留時間，無疑會使TP的去除率提高；但當體積比大于14％后，TP去除率的增長幅度較緩慢，原因是聚磷菌在反應器中停留時間過長，為了維持自身的生命活動，聚磷菌被迫進行內源呼吸進而釋放出相應的貯磷聚合物，這種釋放是不會提高TP的去除效果[1]。另外，厭氧反應器體積過大也會使基建投資相應增加。因此，A／DAT-IAT工藝中的厭氧反應器大小只要確保磷能充分釋放出來和達到出水水質指標要求即可。3回流比的確定A／DAT-IAT工藝回流由二部分組成：回流至厭氧反應器和回流至DAT池，分別為外回流、內回流。

天津開發(fā)區(qū)污水處理廠在國內首次采用DAT-IAT形式，設計平均ρ(MLSS)為5000mg／L(DAT池4500mg／L，IAT池5500mg／L)，并確定回流比為450％。但在實際運行過程中發(fā)現(xiàn)回流污泥泵動力消耗過大，污水處理廠難以承受，因此該廠目前運行時僅采用180％左右，但出水完全能達到國家污水排放標準。在設計撫順和本溪污水處理廠時吸取了上述經驗和教訓，ρ(MLSS)均采用4300mg／L，最大內回流比采用200％。

采用A／DAT-IAT工藝的本溪污水處理廠還存在外回流問題。從圖1可見[2]，外回流比在20％～30％時處理效果最佳?；亓髁枯^小無法保證厭氧反應器中的污泥濃度，也沒有足夠數量的聚磷菌，從而影響磷的釋放及除磷效果；當回流比較大時，雖然可提高厭氧反應器中的污泥濃度，但回流是與IAT池的曝氣階段同時進行的，回流液中的溶解氧和NOx--N濃度也相對提高，制約了磷的釋放。因此最終確定該處理廠的外回流為25％。4pH值的影響A／DAT-IATI藝有巨大的調節(jié)功能，尤其適合處理工業(yè)廢水比例較大的城市污水，但須調整pH值。從圖2可見，當pH值為2時，釋磷速率很快，在30min以內就基本上可達到最大值，此后水中的磷濃度基本保持該水平不再增加；當pH值為6時磷的釋放速率開始降低，釋放量也開始減少。在以上二種pH值時，雖然在厭氧段釋放了大量的磷，但在隨后的DAT池和IAT池中卻沒有出現(xiàn)磷的過量吸收，這可能是pH值降低時，導致細胞結構和功能損壞，細胞內聚磷酸鹽在酸性條件下被水解，從而導致快速釋放，即所謂的“自溶”現(xiàn)象。當pH值為7和8時磷的釋放速率進一步降低，隨著水力停留時間的延長緩慢釋放，同時釋放量較酸性情況下減少。并且在隨后的DAT池和IAT池中出現(xiàn)磷的過量吸收，出水中磷的含量完全達標，這完全符合傳統(tǒng)生物除磷的理論。當pH值為10時先出現(xiàn)磷的吸收然后才開始釋放，并且釋放速率和釋放量更少。但這不是生物過量除磷的結果，而是生成了磷酸鈣、磷酸鎂等沉淀物質。可以看出，只有當pH值為中性或弱堿性時，磷的厭氧釋磷量才和好氧攝磷量成正比。因此對于pH值不適合的工業(yè)廢水，處理前須預先調節(jié)，以便維持聚磷菌正常的能量平衡，提高除磷效率。在實際工藝運行過程中還需設置監(jiān)測和旁流裝置，以避免污泥中毒。5溫度的影響目前采用該工藝形式的3座大型污水處理廠都地處北方，南方尚無使用該工藝的處理廠。就溫度而言，這并沒使該工藝的優(yōu)點充分發(fā)揮，溫度對系統(tǒng)的影響很大，具體可以從對除磷、硝化及潷水器三方面來考慮。首先，溫度本身對生物除磷的影響并不大。無論是高溫還是低溫，生物除磷都能正常進行，但在低溫條件下聚磷菌的釋磷速率會大大減緩。故為保證除磷效果需延長厭氧區(qū)的停留時間，在北方使用該工藝時所需的反應池較大。其次，低溫對硝化作用的影響很大，不僅影響硝化菌的比增長速率，而且影響硝化菌的活性。當溫度低于4℃時，硝化菌的生命活動幾乎停止，使硝化作用無法進行，出水難以達標排放。最后，潷水器的主體部分暴露在外，冬天北方氣溫低，潷水時難于啟動，需要采取保溫措施。6潷水器的選擇天津開發(fā)區(qū)污水處理廠采用的是虹吸式潷水器，在運行過程中發(fā)現(xiàn)這種潷水器的潷水深度調節(jié)幅度較小，不能在潷水濃度變化大的情況下使用。因而后來在設計其它處理廠時改用旋轉式潷水器，它具有運行可靠、負荷大、潷水濃度行程大，潷水程序貼近IAT池運轉實際情況，潷水開始是從池內最上層清液開始等特點。7反應池數量的確定對于A／DAT-IAT反應池數量的確定須考慮以下因素：

①水量要求，主要考慮進入污水處理系統(tǒng)水量的變化因素，如大部分處理廠剛建成時水量達不到設計值，或因季節(jié)變化帶來的水量變化。污水處理系統(tǒng)要充分考慮在不同來水量情況下運行不同數量的反應池，因而可將系統(tǒng)設計為幾個系列(組)。

②A／DAT-IAT單池排水為間歇式，設計應盡量使整個系統(tǒng)排水連續(xù)均衡，減小沖擊負荷。如假定單池每周期為3h(1，1，1)，則每組為3個池，就可使得每組排水保持連續(xù)。8A／DAT-IAT主要參數總結實際運行經驗及設計要求，A／DAT-IAT系統(tǒng)主要設計與運行參數見表1。表1A／DAT--IAT主要設計參參數項目污泥負荷／（kgg[BOD55]）·kg-11[MLVSSS]·d--1)混合液縣浮固體的的質量濃底／／（·L-1）回收比／％泥齡／dDATIAT內回流外回流去除含碳有機物0.12500～450003500～55000100～40020～30>6～8硝化0.07～0.009>10硝化、反硝化0.07>12污泥同步好氧穩(wěn)定定0.05>209