二沉池反硝化浮泥产生机理及避免措施

杨青¹，甘树应²，刘遂庆¹
( 1.同济大学环境科学与工程学院，上海200092；2.上海市环境科学研究院，上海200235)

　　摘　要：分析了二沉池产生反硝化浮泥的影响因素和机理，提出了降低二沉池进水硝酸盐浓度、增加设计池深、减少污泥停留时间、增加进水溶解氧浓度等避免措施。结合某含氮废水处理工程探讨了如何对沉淀池进行改造以避免浮泥现象的发生。
　　关键词：二沉池；反硝化；浮泥现象
　　中图分类号：X703
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)10-0068-03

　　二沉池内由反硝化引起的浮泥现象在城市污水处理厂和工业废水处理站中普遍存在，其直接后果是增加了出水中的悬浮物含量，同时BOD、COD、TN、TP等指标的含量也相应增加，严重时还会造成污泥流失而使系统运行不稳定。

1　浮泥产生的影响因素

　　沉淀池底部的高固体浓度以及废(污)水需在池内停留一定时间(缺氧条件)增加了反硝化产生氮气的可能性。当氮气的溶解度超过临界值(一定水压下的饱和浓度)时就会释放出来。在泥水混合液向沉淀池底层压缩沉淀的过程中，氮气的饱和程度取决于水深(其增加会导致氮气溶解度增加)和反硝化反应(使氮气浓度增加)程度。在池中一定水深下，影响氮气浓度的因素有许多，泥水混合液中的氮气浓度达到临界值将会增加浮泥出现的几率。
1.1　氮气的溶解度
　　氮气在水中的溶解度取决于特定温度、压强下的气液相平衡，随着温度的升高水中氮气的饱和浓度将下降。在曝气池中，氧气的消耗导致气相中的氮组分所占比例增加，这促使液相中的氮组分也增加，最终气、液两相中的氮组分达到平衡。
1.2　停留时间
　　沉淀池中的污泥浓度高而DO低，这极大地促进了反硝化的进行，且停留时间越长产生的氮气越多。沉淀池的深度影响氮气的饱和浓度(随水深的增加饱和浓度相应增大)，因此沉淀池底部氮气的饱和浓度最高。在出水排出沉淀池的过程中，随着压力的减小氮气的饱和浓度将下降，这导致氮气释放出来而产生浮泥。
1.3　反硝化速率
　　沉淀池中的氮气主要是由反硝化产生的，而反硝化速率主要取决于四个因素：沉淀池进水的硝酸盐浓度、温度、可利用的碳源、沉淀池中的污泥浓度。
?　　　　　rV=rx×x
　　式中?rV——单位体积的反硝化速率
?　　　　rx——微生物的反硝化速率，是温度及可利用碳源的函数
?　　　　x——微生物浓度，是污泥浓度、沉淀池操作方式、SVI等的函数
　　对于有硝化工艺的活性污泥系统来说，到达沉淀池的碳源是缓慢降解的，因此反硝化速率相对较低。温度对反硝化过程有重要的影响^［1］，随着温度的升高则内源碳的反硝化速率将大幅上升。
1.4　进水溶解氧浓度
　　氧气对反硝化过程有抑制作用(O₂接受电子的能力远远高于NO₂^-和NO₃^-)，沉淀池进水中一定量的氧气将延迟反硝化过程和抑制沉淀池中氮气的产生。

2　避免二沉池浮泥的措施

2.1　优化运行
　　首先应尽可能地降低进入二沉池的硝酸盐浓度，这可通过将硝化过程控制在低负荷下运行或设置缺氧池(单独或合建)使反硝化在前序构筑物内完成来实现。另外，也可延长污泥龄以稳定污泥(降低活性部分)和可生化的有机质，从而降低沉淀池中的反硝化速率。
2.2 增加池深
　　温度对不同池深处氮气饱和浓度的影响见图1。

　　由图1可知，在水温较低的情况下由沉淀池深度增加所引起的饱和浓度差异较显著^［2］(深度为3.5m和5m时的饱和浓度相差近6mg/L)，但当水温上升到20℃以上时，其浓度的差异显著减小，在30℃时饱和浓度之差＜2mg/L。
　　随着沉淀池深度的增加，氮气的临界饱和浓度也相应增加，但在温度高时不足以抵消因水力停留时间延长而产生的那部分氮气，反而更易产生浮泥，故只能适当增加设计池深。
2.3　减少污泥停留时间
　　温度上升时反硝化速率上升是导致浮泥产生的主要原因。在不影响泥水分离效果的前提下，适当减少二沉池中的污泥停留时间以降低反硝化生成的氮气量，有助于解决由反硝化引起的浮泥问题。
2.4 增加进水溶解氧浓度
　　沉淀池进水中一定量的氧气将延迟反硝化过程，但氧气对大部分反硝化细菌本身却并不抑制，而且这些细菌呼吸链的一些成分甚至需要在有氧的情况下才能合成^［3］。当温度＞20℃时，进水中的溶解氧(浓度很低)对反硝化过程的延迟极为有限，试验中可投加H₂O₂作为氧源，但在工程上很难实现。
　　综上所述，在温度较低时采取增加二沉池池深、适当减少污泥停留时间及增加进水的溶解氧 浓度等措施来避免浮泥产生都是可行的，但当温度高时这些措施收效甚微，其原因一方面是水中氮气的饱和浓度明显下降，另一方面是硝化细菌活跃而使得硝化作用加强，造成沉淀池进水硝态氮浓度升高。

3　工程实例

　　某集团在生产聚合切片过程中产生萃洗废水3000m³/d，其主要污染物是己内酰胺且氨氮和有机氮的含量较高(总凯氏氮为120 mg/L左右)。该废水采用前置反硝化的A/O工艺处理，出水回流比和污泥回流比均为1∶1，其流程见图2。

　　沉淀池的进水量为9000m³/d，宜采用辐流式沉淀池，但刮泥机的维修保养复杂且投资费用大，而采用多斗竖流式沉淀池则可大大减小沉淀池的污泥斗深度，减少基建投资，同时使操作管理方便。沉淀池分两组，每组4池独立运行，沉淀时间为2.0h。
　　整个处理系统的出水NH₃-N为8～10mg/L，脱氮率为70%左右，但曝气池出水(二沉池进水)的NO₃^-浓度依然较高(20mg/L左右)。池内发生的反硝化反应导致沉淀池表面出现大面积的浮泥，不仅出水不达标，而且污泥流失严重。
　　针对二沉池表面的浮泥现象，笔者对二沉池进行了改造并调整了运行工况：在二沉池的泥斗部分增设曝气管，改二沉池为准SBR反应池，每组中的4个相对独立的沉淀池轮流沉淀和曝气，其改造后的运行工况见表1。
　　在二沉池的准SBR运行工况中，每池在曝气后进行沉淀，处于曝气工况的沉淀池不进行进水、排水和排泥等操作。通过此改造和调整，沉淀池的停留时间减小到原来的3/4。曝气提高了混合液中溶解氧的浓度，有效地减少了沉淀池中的死角，对污泥的反硝化起到了很好的抑制作用，同时将反硝化产生的氮气予以吹脱，降低了二沉池中氮气的浓度，很好地解决了二沉池的表面浮泥问题。另外曝气使水中的污染物进一步去除，提高了出水水质。改造前、后的出水水质变化见表2。

表1　改造后沉淀池的运行工况 沉淀池 2 h 2 h 2 h 2 h 1# 　 　 　 曝气 2# 曝气 　 　 　 3# 　 曝气 　 　 4# 　 　 曝气 　

表2　改造前、后出水水质变化　　　mg/L 项目 COD SS NH₃-N 改造前平均值 70 55 12 改造后平均值 40 10 11

4　结论

　　①氮气的溶解度、水力停留时间、沉淀池的反硝化速率、进水中的溶解氧浓度等是二沉池产生反硝化浮泥的影响因素。
　　②采取降低二沉池进水硝酸盐浓度、增加设计池深、减少污泥停留时间、增加进水溶解氧浓度等措施可避免浮泥现象的发生。?　③对沉淀池进行改造并按准SBR工艺运行，一方面避免了浮泥现象的发生，另一方面提高了出水的水质，具有推广价值。

参考文献：

　　［1］徐亚同.废水中氮磷的处理［M］.上海：华东师范大学出版社,1994.
　　［2］Mongen Henze,Rene Dupont,Peter Grau,et al.Rising sludge in secondary settlers［J］.Water Research，1993，27(2):231-236.
　　［3］李锋，朱南文，李树平，等.有氧情况下同时硝化/反硝化的反应动力学模式［J］.中国给水排水,1999,15(6):58-60.

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　　收稿日期：2002-05-09