城市污水處理AOE工藝的調試和研究

彭明江，鄭體剛

(1.成都工業學院 機電工程系，成都 610031;2.成都科雅污水處理有限公司，成都 610200)

城市生活污水處理廠核心工藝采用法國得利滿公司的AOE生物脫氮工藝，即缺氧區(A)—好氧區(O)—內源反硝化區(E)組成的廢水生物處理系統，能夠較徹底地去除氮。AOE工藝在國內的應用越來越普遍，是AO工藝的改進型和重要類別。在“溶解氧對AO工藝脫氮效果的影響和控制方法研究”科研項目中調試運行并研究了AOE工藝這一新型的污水處理生物脫氮工藝［1］，分析總結該工藝在污水處理中的運行狀況和工藝參數控制對脫氮的影響，對生物脫氮技術改進和發展具有較重要的參考價值和啟示意義。本文就AOE工藝調試運行的特點和效果以及優化溶氧運行參數做具體介紹，并就其機理進行分析和探討。

1 工藝概況

1.1 設計進出水水質

該工程主要處理城市生活污水，也包括部分工業污水，出水作為中水，經專用輸水管道，向成都市南河上游補充生態和景觀用水的不足，其設計進出水水質見表1。

表1 設計進出水水質

1.2 工藝介紹

城市污水經格柵截留漂浮物和渣物后，用泵提升進入鐘式曝氣沉砂池，通過周期性的曝氣、沉砂、提砂去除污水中比重較大的無機顆粒。污水再流入初次沉淀池，去除部分懸浮物后進入AOE生物曝氣池。AOE工藝中A區是缺氧反硝化區，O區是好氧降解有機物和硝化區，E區是兼氧狀態下的內源反硝化區。E區置于A、O區之后，通過控制恰當的溶氧條件，可繼續進行硝化，另外，在有機物含量較低的情況下，以微生物內源呼吸作為能量來源進行反硝化，同時發生硝化和反硝化，對進一步脫除氮有促進的作用。AOE工藝是對傳統AO工藝的一種發展和改進。同時，由于E區的內源呼吸作用，對污泥減量化也有一定作用。曝氣池混合液在二次沉淀池中沉淀，上清液經接觸池間歇性加氯后，部分出水經砂濾池回用，作為廠區綠化和沖洗水，其余進入城市中水回用管道。其工藝流程見圖1。

1.3 AOE生物曝氣池設計參數和配套設備

AOE工藝設計參數見表2。AOE曝氣池配套設備如下:在每座曝氣池O區的末端設有2臺回流泵，將混合液回流到A區，E區末端設回流污泥泵房，將二沉池排出的活性污泥回流至曝氣池A區。混合液回流比按200%，污泥回流比按100%。O區布有DP230P型微孔曝氣頭，采用連續曝氣方式，E區采用小氣泡曝氣頭，為間歇曝氣方式。A區和E區各設1臺水下攪拌器，用于均合混合液，避免出現短流。

表2 AOE曝氣池工藝參數

圖1 污水處理工藝流程

2 AOE工藝的啟動和調試運行

2.1 啟動

培養活性污泥以及系統的啟動是十分重要的階段。活性污泥的培養分2個階段:靜態培養階段和動態培養階段。在靜態培養階段，維持悶曝液位到一定高度，持續悶曝，靜沉一段時間后，更換池內上清液，經過數次周期操作后，即可轉入下一階段。動態培養階段采用連續進水并逐步增大進水流量，持續曝氣，同時做好化驗分析工作，檢測各環節的水質和混合液微生物相的變化，分析培養效果。經過2～3個月的培養，MLVSS達到2 g/L左右，污泥絮體生物相出現大量活躍原生動物，特別是自由活動鐘蟲較多，污泥活性很好，處理水量達標，出水水質穩定，活性污泥培養和系統啟動成功。

圖2 AOE工藝試運行期間運行效果

2.2 調試運行

調試運行，通過控制曝氣量，使O區溶氧保持在2～4 mg/L左右，A區溶氧在0.5 mg/L左右，E區溶解氧控制在不同的值，考察其硝化、反硝化效果，回流比按設計要求，保持運行時間近一個月。該階段主要是在正常進水水量、水質的情況下，考察系統特點和去除效果。AOE工藝是以生物脫氮為主要特點的水處理工藝，在調試運行中著重考察該工藝對各形態氮的去除效果，同時也考察了有機物和磷酸鹽的去除效果(圖2)。

從圖2可以看出，AOE工藝在穩定運行中，對C、N有很好的去除效果，對P有一定的去除作用。出水CODCr的平均值為34.3 mg/L，氨氮和凱氏氮的平均值分別為3.09 mg/L和5.96 mg/L，這3種成分都為還原態，出水中的低濃度說明了AOE工藝的生物氧化過程進行得較徹底，這與該工藝較長的水力停留時間，特別是后置E區的過氧化作用有關。從圖2(d)中可見，出水中的硝酸鹽維持在很低的水平，平均值為0.32 mg/L，這說明了反硝化進行得很徹底。生物氧化過程產生的絕大部分硝態氮通過A、E區的反硝化作用被去除。傳統AO工藝O區的混合液出流必然將部分硝態氮帶入出水(不管O區的回流比多大)，實際上從節約能耗和投資的角度不可能采用太大的回流比，而AOE工藝補充的E區能將剩余的硝態氮進一步去除，是對傳統AO工藝的一種優化。此外，圖2(e)還可看出，該工藝對磷酸鹽有一定的去除作用，這可能與不同分區溶氧的變化有關系。由于進水磷酸鹽的濃度較低，去除作用不是很明顯。

3 E區的調試和機理分析

3.1 E區的調試

E區是該工藝的獨特之處，在試運行中，我們通過調試來優化E區的脫氮效果。由于該區中同步發生硝化和內源反硝化，如何維持同步硝化和反硝化并提高其效率，由此提高總氮的去除率，是調試研究的目的。同步硝化和反硝化的影響因素有污泥絮體結構、污泥濃度、溶氧、F/M、C/N、pH等，在這些因素中溶氧是重要的影響因素［2］，同時在大規模污水處理工程中，最直接和可行的方法是控制溶氧。調試中采用控制曝氣時間和調整氣閥開度的方式來控制溶解氧，溶氧在一定的范圍內波動。將E區溶氧分別控制在0.5～1.0，1.5～2.0，2.0～2.5，2.5～3.0的范圍內維持一段時間，觀察對氨氮、硝態氮和總氮的去除效果，評價溶氧對脫氮的影響。

3.2 溶氧對E區脫氮的影響及其機理分析

內源呼吸條件下，氨氮、硝態氮、BOD、溶氧濃度在活性污泥絮體內的分布如圖3。DO濃度在向污泥絮體內部擴散時不斷下降，氨氮濃度由于硝化作用而下降。硝態氮由于硝化和反硝化作用而先升后降。BOD由于內源呼吸引起的細胞死亡自溶，釋放出有機物，同時為缺氧區的反硝化所利用，呈先上升后下降的趨勢。

圖2 AOE工藝試運行期間運行效果(續)

圖3 內源呼吸條件下污泥中溶氧和基質濃度變化

圖4 不同溶氧下E區對氮的去除

圖4為不同溶氧下，O區出流中各形態氮經E區后的去除率。由于E區是內源呼吸區，溶氧對各形態氮去除率的影響有其特點，應結合特定環境來分析。溶氧增加會提高氨氮的硝化率，但圖4中氨氮的去除率隨溶氧上升中有短暫的下降，隨后再上升。這可能與該溶氧值下，細胞自溶加速，釋放出有機氮，同時有機氮氧化分解為無機氨氮，氨氮生成速率暫時接近硝化速率有關。反硝化與電子供體和溶氧有關，必須要有足夠的有機物作為電子供體，同時溶氧值要盡可能低，使硝態氮成為電子受體。由于E區是內源呼吸區，污水中可生化降解有機物濃度很低，在低溶氧下，反硝化所需電子供體很少，反硝化率很低。隨著溶氧的提高，細胞加速自溶釋放出有機物，同時由于氧的傳質限制，污泥絮體內同時存在好氧區和缺氧區［3］，為反硝化創造了條件，使反硝化率上升達到最大值。當溶氧再提高，氧能穿透污泥絮體，反硝化所需的缺氧條件不再存在，反硝化率迅速下降。圖4體現的趨勢與上述推測完全一致，隨溶氧增加，硝酸鹽氮的去除率先上升，在2.3 mg/L左右內源反硝化率達到最大，隨后迅速下降接近0。總氮的去除率與反硝化率直接相關，從圖4中可見二者是一致的。通過調試研究，發現將溶氧控制在2～2.5 mg/L的范圍內，可以使E區的總氮去除率最大化，該值對優化運行有重要作用。以上分析表明，E區能去除一定的氨氮和硝態氮，對脫氮有積極的輔助作用。

4 結論

1)AOE工藝是AO工藝的發展，有利于克服傳統AO工藝去除硝態氮不徹底的缺點和較徹底去除氮。

2)AOE工藝的調試運行表明，有機物和氮得到了較徹底的去除，其出水各項指標優良，CODCr和T-N平均值分別長期保持在30 mg/L和10 mg/L以下，不僅優于國家標準，也優于設計要求。同時，該工藝對P有一定的去除作用。該工藝運行和處理效果穩定，對進水水質的變化有較強的抗擊能力。

3)E區處于內源呼吸階段，硝化和反硝化有其特點。細胞內源呼吸自溶釋放有機物為反硝化提供電子供體和能量。溶氧對E區同步硝化和反硝化脫氮有重要影響。溶氧值在2～2.5 mg/L內對內源反硝化最有利，此時總氮去除率最高。研究表明E區對脫氮有積極的輔助作用。

通過城市污水處理工程AOE工藝的成功啟動運行和專題研究，考察了該工藝的特點和效果，探討了AOE工藝的脫氮機理，特別是E區內源呼吸條件下同步硝化和反硝化機理，得出了合理的溶氧控制參數，優化了運行，該研究對污水處理脫氮具有一定的啟示意義。

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