A／DAT-IAT工藝設(shè)計中的若干問題

A／DAT-IAT工藝設(shè)計中的若干問題

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

關(guān)鍵字：DAT-IATA／DAT-IAT工藝設(shè)計厭氧反應(yīng)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(jìn)水、連續(xù)-間歇曝氣工藝，是一種適用于處理水量水質(zhì)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(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠(10×104m3／d)在國內(nèi)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(chǎn)；本溪污水處理廠(22.5×104m3／d)采用前置厭氧反應(yīng)器的DAT-IAT工藝，即A／DAT-IAT(Anaerobic／DemandAerationTank-IntermittentAerationTank)工藝，以加強(qiáng)生物除磷作用，目前已進(jìn)入生產(chǎn)試運(yùn)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(shè)計參數(shù)。為了更合理地設(shè)計和運(yùn)行A／DAT-IAT工藝，筆者根據(jù)試驗研究及對3座大型污水處理廠的實際運(yùn)行結(jié)果提出了一些見解以供設(shè)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(jīng)過很短的曝氣時段即進(jìn)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(yīng)，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(zhì)；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(nèi)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(jìn)一步促進(jìn)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(zhì)難似達(dá)標(biāo)；而排水時間為0.5h時造成單位時間內(nèi)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(jìn)水工藝，流速過急會使在反應(yīng)區(qū)內(nèi)的擴(kuò)散前沿迅速進(jìn)入排水區(qū)，最終導(dǎo)致原污水“短路”，影響出水水質(zhì)。因此，沉淀和潷水時間各為1h左右為宜。筆者認(rèn)為處理典型城市污水采用4h(2h，lh，1h)周期比較合適，當(dāng)進(jìn)水COD負(fù)荷較高時可采用6h(4h，lh，1h)。2厭氧反應(yīng)器體積的確定試驗時發(fā)現(xiàn)當(dāng)厭氧反應(yīng)器體積從占反應(yīng)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(dāng)于延長了水力停留時間，無疑會使TP的去除率提高；但當(dāng)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(yīng)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(jìn)行內(nèi)源呼吸進(jìn)而釋放出相應(yīng)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(yīng)器體積過大也會使基建投資相應(yīng)增加。因此，A／DAT-IAT工藝中的厭氧反應(yīng)器大小只要確保磷能充分釋放出來和達(dá)到出水水質(zhì)指標(biāo)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(yīng)器和回流至DAT池，分別為外回流、內(nèi)回流。

天津開發(fā)區(qū)污水處理廠在國內(nèi)首次采用DAT-IAT形式，設(shè)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(yùn)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(yùn)行時僅采用180％左右，但出水完全能達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計撫順和本溪污水處理廠時吸取了上述經(jīng)驗和教訓(xùn)，ρ(MLSS)均采用4300mg／L，最大內(nèi)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。回流量較小無法保證厭氧反應(yīng)器中的污泥濃度，也沒有足夠數(shù)量的聚磷菌，從而影響磷的釋放及除磷效果；當(dāng)回流比較大時，雖然可提高厭氧反應(yīng)器中的污泥濃度，但回流是與IAT池的曝氣階段同時進(jìn)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(diào)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(diào)整pH值。從圖2可見，當(dāng)pH值為2時，釋磷速率很快，在30min以內(nèi)就基本上可達(dá)到最大值，此后水中的磷濃度基本保持該水平不再增加；當(dāng)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(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能損壞，細(xì)胞內(nèi)聚磷酸鹽在酸性條件下被水解，從而導(dǎo)致快速釋放，即所謂的“自溶”現(xiàn)象。當(dāng)pH值為7和8時磷的釋放速率進(jìn)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(dá)標(biāo)，這完全符合傳統(tǒng)生物除磷的理論。當(dāng)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(jié)果，而是生成了磷酸鈣、磷酸鎂等沉淀物質(zhì)?？梢钥闯?，只有當(dāng)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(yù)先調(diào)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(yùn)行過程中還需設(shè)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(jìn)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(yīng)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(dāng)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(jìn)行，出水難以達(dá)標(biāo)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(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)這種潷水器的潷水深度調(diào)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(shè)計其它處理廠時改用旋轉(zhuǎn)式潷水器，它具有運(yùn)行可靠、負(fù)荷大、潷水濃度行程大，潷水程序貼近IAT池運(yùn)轉(zhuǎn)實際情況，潷水開始是從池內(nèi)最上層清液開始等特點。7反應(yīng)池數(shù)量的確定對于A／DAT-IAT反應(yīng)池數(shù)量的確定須考慮以下因素：

①水量要求，主要考慮進(jìn)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(dá)不到設(shè)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(yùn)行不同數(shù)量的反應(yīng)池，因而可將系統(tǒng)設(shè)計為幾個系列(組)。

②A／DAT-IAT單池排水為間歇式，設(shè)計應(yīng)盡量使整個系統(tǒng)排水連續(xù)均衡，減小沖擊負(fù)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(shù)總結(jié)實際運(yùn)行經(jīng)驗及設(shè)計要求，A／DAT-IAT系統(tǒng)主要設(shè)計與運(yùn)行參數(shù)見表1。表1A／DAT--IAT主要設(shè)計參參數(shù)項目污泥負(fù)荷／（kgg[BOD55]）·kg-11[MLVSSS]·d--1)混合液縣浮固體的的質(zhì)量濃底／／（·L-1）回收比／％泥齡／dDATIAT內(nèi)回流外回流去除含碳有機(jī)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