高污泥濃度下A/A/O工藝及其改良工藝運(yùn)行效果對(duì)比

蔡曉璇，楊薇薇

（廣州市污水治理有限責(zé)任公司瀝滘污水處理廠，廣東廣州 510290）

近年來(lái)，水體富營(yíng)養(yǎng)化日益加重，脫氮除磷成為了污水處理工藝的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。A/A/O工藝作為一種能兼顧脫氮除磷的工藝，且流程簡(jiǎn)單，受到了廣泛的關(guān)注，其發(fā)展亦較為迅速。傳統(tǒng)的A/A/O工藝一直都存在脫氮與除磷之間的碳源競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題[1]，而改良A/A/O工藝針對(duì)這一情況，在設(shè)計(jì)上對(duì)進(jìn)水的配水點(diǎn)進(jìn)行了改良，以期達(dá)到更穩(wěn)定的脫氮除磷效果。

1 A/A/O工藝及改良A/A/O工藝的原理與特點(diǎn)

1.1 A /A/O工藝

1932 年脫氮工藝開(kāi)始被提出，經(jīng)過(guò)近50年的研究發(fā)展，1980年，Rabinowitz和Marais對(duì) Phoredox工藝的研究中,提出了傳統(tǒng)A/A/O工藝（如圖1所示）。傳統(tǒng)的A/A/O工藝流程簡(jiǎn)單，占地少，藥劑費(fèi)用省，處理效果好，具有脫氮除磷的效果，是一種深度二級(jí)處理工藝，如圖1所示。

該工藝在厭氧—好氧（A/O）除磷工藝中加缺氧池，將好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，以達(dá)到硝化脫氮的目的。

圖1 傳統(tǒng)A/A/O工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of Traditional A/A/O Process

①除磷：污水在厭氧狀態(tài)下，聚磷菌釋放出體內(nèi)的磷酸鹽，在好氧狀況下又過(guò)量吸收磷酸鹽，磷以剩余污泥的形式排出系統(tǒng)；

②脫氮：在缺氧段要控制（DO＜0.5 mg/L），在兼性反硝化菌的作用下，利用水中BOD作為氫供給體，將來(lái)自好氧池混合液中的硝酸鹽及亞硝酸鹽還原成氮?dú)庖莩龃髿猓_(dá)到脫氮的目的。

1.2 改良A/A/O工藝

傳統(tǒng)A/A/O工藝的內(nèi)在固有缺欠就是硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有機(jī)負(fù)荷、泥齡以及碳源需求上存在著矛盾和競(jìng)爭(zhēng)，很難在同一系統(tǒng)中同時(shí)獲得氮、磷的高效去除，阻礙生物除磷脫氮技術(shù)的應(yīng)用[2]。針對(duì)此種矛盾，南非約翰內(nèi)斯堡大學(xué)創(chuàng)立了Johannesburg（JHB）工藝，即改良 A/A/O 工藝（如圖 2所示），在傳統(tǒng)A/A/O工藝前增設(shè)了預(yù)缺氧池，二沉池的污泥回流至預(yù)缺氧池，利用進(jìn)水中的部分有機(jī)物去除硝態(tài)氮,以減輕硝酸鹽對(duì)厭氧段釋磷的影響,有 利于系統(tǒng)的除磷[3]。

圖2 改良A/A/O工藝流程圖Fig.2 Flow Chart of Improved A/A/O Process

生物池布置成按多點(diǎn)進(jìn)水的改良A/A/O工藝。該工藝在傳統(tǒng)A/A/O法的厭氧池之前設(shè)置回流污泥反硝化池（稱為預(yù)缺氧池），來(lái)自二沉池的回流污泥和33%左右的進(jìn)水進(jìn)入該池（另67%左右的進(jìn)水進(jìn)入?yún)捬醭兀Ａ魰r(shí)間30 min左右。微生物利用33%進(jìn)水中的有機(jī)物作為碳源進(jìn)行反硝化，去除回流污泥帶入的硝酸鹽，消除硝態(tài)氮對(duì)厭氧池磷的不利影響，保證除磷效果。該工藝的特點(diǎn)是把除磷、脫氮和降解有機(jī)物三個(gè)變化過(guò)程巧妙結(jié)合起來(lái)，在厭氧段和缺氧段為除磷和脫氮提供各自不同的反應(yīng)條件，在最后的好氧段提供共同的反應(yīng)條件，通過(guò)簡(jiǎn)單的組合，很好地解決了除磷脫氮的矛盾。該工藝相對(duì)成熟可靠，處理效果穩(wěn)定，對(duì)于管理水平較高、規(guī)模較大的城市污水處理廠比較適用。

圖3 瀝滘廠一期工程工藝流程圖Fig.3 Flow Chart of PhaseⅠin Lijiao Wastewater Treatment Plant

2 A/A/O工藝和改良A/A/O工藝在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 瀝滘污水處理廠概況

廣州市瀝滘污水處理廠于2004年投入運(yùn)行，一期工程采用改良A/O工藝設(shè)計(jì)，實(shí)際運(yùn)行中可以轉(zhuǎn)變?yōu)锳/A/O工藝運(yùn)行（處理流程圖如圖3所示），設(shè)計(jì)處理規(guī)模為2×105m3/d，出水達(dá)到《廣州市污水排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 4437—90）二級(jí)新（擴(kuò)）改標(biāo)準(zhǔn)；二期工程于2010年投入運(yùn)行，采用改良A/A/O工藝（處理流程圖如圖4所示），設(shè)計(jì)處理規(guī)模為3×105m3/d，出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。廠區(qū)接納的污水為以生活污水為主的城市污水。

圖4 瀝滘廠二期工程工藝流程圖Fig.4 Flow Chart of PhaseⅡin Lijiao Wastewater Treatment Plant

2.2 進(jìn)出水質(zhì)以及運(yùn)行參數(shù)

一期工程生化池設(shè)計(jì)污泥濃度值為3 500 mg/L，污泥負(fù)荷為 0.12～0.14 kg BOD5/kg MLSS·d，泥齡為8～12 d，污泥回流比為50%，混合液回流比為100%；二期生化池設(shè)計(jì)污泥濃度值為4 000 mg/L，污泥負(fù)荷為 0.12～0.14 kg BOD5/kg MLSS·d，泥齡為10～13 d，污泥回流比為100%，混合液回流比為100%。一二期工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1、表2所示。

表1 一期工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab.1 Design Water Quality of Influent and Effluent of PhaseⅠ

表2 二期工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab.2 Design Water Quality of Influent and Effluent of PhaseⅡ

2.3 一、二期工程運(yùn)行效果對(duì)比分析

一、二期工程自投入運(yùn)行以來(lái)，一直都正常運(yùn)行。南方污水處理廠普遍都會(huì)遇到碳源不足而導(dǎo)致脫氮除磷效率下降的難題，張國(guó)寧等[4]的研究指出，對(duì)活性污泥系統(tǒng)進(jìn)行定MLSS控制和定回流比控制，是最優(yōu)的控制策略。為了在生產(chǎn)運(yùn)行中取得更佳的脫氮除磷效果，從2013年2月份開(kāi)始，污水廠開(kāi)始進(jìn)行摸索最優(yōu)控制污泥濃度的試驗(yàn)，逐步提高污泥濃度，2月份到7月份的平均污泥濃度如表3所示。2013年1月下旬，根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)行情況，調(diào)整一期生產(chǎn)線的工藝運(yùn)行方式，開(kāi)啟混合液回流泵，按照A/A/O工藝運(yùn)行。一期工程污泥回流比為50%，二期工程污泥回流比為100%，混合液回流比均約為100%，在進(jìn)水水質(zhì)相同的情況下，將2013年2月到7月一、二期工程高污泥濃度運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，具體數(shù)據(jù)如表4所示。

從表4中的數(shù)據(jù)可以看出，在進(jìn)水水質(zhì)相同的情況下，在運(yùn)行污泥濃度均高于設(shè)計(jì)值時(shí)，A/A/O工藝和改良A/A/O工藝的出水水質(zhì)良好，均達(dá)到了出水排放標(biāo)準(zhǔn)。CODCr和BOD5的去除率均達(dá)到了90%以上，說(shuō)明在有機(jī)物的去除上兩者的效率基本相當(dāng)。從表4和圖5中可以看出，兩種工藝對(duì)氨氮的去除效果上差別也不大，去除效率均在98%以上，說(shuō)明兩種工藝均保持著較高的硝化速率。

表3 2013年2月到7月一、二期生化池平均污泥濃度值Tab.3 Average Sludge Density of the Biochemical Pool of PhaseⅠand PhaseⅡfrom Feb.to July in 2013

表4 一、二期工程進(jìn)出水指標(biāo)平均值及去除率Tab.4 Average Value and Removal Rate of Parameter of Effluent of PhaseⅠand PhaseⅡ

圖5 氨氮去除率Fig.5 Removal Rate of Ammonia Nitrogen

圖6 TN去除率Fig.6 Removal Rate of Ammonia Nitrogen

從表4和圖6可以看出，兩種工藝的TN去除效率有所差異，改良A/A/O工藝TN去除率比A/A/O工藝平均高了5.5%，污泥回流比為100%的改良A/A/O工藝的反硝化脫氮效果優(yōu)于污泥回流比為50%的A/A/O工藝。這說(shuō)明，污泥回流比適當(dāng)增大，可以增加系統(tǒng)的反硝化脫氮效率。孫孝龍等[5]的研究表明，改良A/A/O工藝的預(yù)缺氧段有較強(qiáng)的脫氮作用，其脫氮作用占整個(gè)系統(tǒng)氮去除率的15.11%。在高污泥濃度下運(yùn)行，改良A/A/O工藝的脫氮效率同樣優(yōu)于A/A/O工藝。

圖7 TP去除率Fig.7 Removal Rate of Total Phosphorus

圖7和表4中的數(shù)據(jù)表明，兩種工藝對(duì)TP的去除效率基本相當(dāng)，改良A/A/O工藝每月平均TP去除率略高于A/A/O工藝。

圖8 出水TP濃度的變化Fig.8 Range of Total Phosphorus in Effluent

圖8顯示，在進(jìn)水水質(zhì)完全相同的情況下，A/A/O工藝生化池污泥濃度平均值為4 200 mg/L左右，改良A/A/O工藝生化池污泥濃度平均值為5 200 mg/L左右時(shí)，出水TP的濃度隨著進(jìn)水水質(zhì)的變化，從波動(dòng)幅度來(lái)看，A/A/O工藝高于改良A/A/O工藝，也就是說(shuō)改良A/A/O工藝在高污泥濃度下運(yùn)行時(shí)對(duì)磷的去除效果較A/A/O工藝穩(wěn)定，抗沖擊負(fù)荷的能力較好。在改良A/A/O工藝的預(yù)缺氧段，微生物利用33%左右的進(jìn)水中的有機(jī)物進(jìn)行反硝化脫氮作用，減少了回流污泥硝態(tài)氮對(duì)后續(xù)厭氧池聚磷菌的釋磷的抑制作用，保證了除磷效果[6]。

兩種工藝在瀝滘污水處理廠的生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用表明，對(duì)于以生活污水為主的城市污水，使用此兩種工藝，當(dāng)生化池污泥濃度高于設(shè)計(jì)值時(shí)，在相同的進(jìn)水水質(zhì)下，兩者對(duì)污水中有機(jī)物的去除率均達(dá)到了較高的水平，CODCr、BOD5去除率在90%以上，氨氮的去除率在98%以上，而TP的去除率在80%以上，TN的去除率在60%以上，完全達(dá)到了出水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。在能耗上，高污泥濃度時(shí)鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行單耗一期工程平均值為0.083 9 kW·h/m3，二期工程為0.068 4 kW·h/m3，相比正常污泥濃度運(yùn)行時(shí)，2012年一期工程鼓風(fēng)機(jī)單耗平均值為0.087 5 kW·h /m3，二期工程為 0.070 7 kW·h /m3，從數(shù)據(jù)上可以看出在生化池高污泥濃度時(shí)，兩種工藝在運(yùn)行時(shí)鼓風(fēng)機(jī)能耗上與往年相比并沒(méi)有升高，反而相對(duì)小幅度下降。

3 結(jié)論

（1）A/A/O 工藝和改良 A/A/O 工藝兩者均兼具脫氮除磷功能，在污水廠的生產(chǎn)應(yīng)用中較好地發(fā)揮了作用，運(yùn)行穩(wěn)定，取得了良好的有機(jī)物去除效果。

（2）在高污泥濃度條件下運(yùn)行，兩種工藝均取得了較為穩(wěn)定的脫氮除磷效果，由于較高的污泥回流比例和預(yù)缺氧池的存在，改良A/A/O工藝的脫氮效率高于A/A/O工藝，且在相同進(jìn)水水質(zhì)下，前者的除磷效果相對(duì)比后者更加穩(wěn)定。

（3）在高污泥濃度條件下運(yùn)行，兩種工藝的鼓風(fēng)機(jī)能耗并沒(méi)有顯著提高，且相對(duì)出現(xiàn)了小幅度下降，即若生化池污泥濃度控制高于設(shè)計(jì)值時(shí)，依然可以在鼓風(fēng)機(jī)能耗相對(duì)穩(wěn)定的情況下運(yùn)行，并取得良好的出水水質(zhì)。

［1］陳曦,戴興春,黃民生,等.DHB和OUR在A2/O系統(tǒng)監(jiān)控中的作用[J].凈水技術(shù),2008,27(1):29-31,53.

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［3］劉懷英,王升陽(yáng),李燕敏.約翰內(nèi)斯堡工藝的工程實(shí)踐[J].環(huán)境工程,2009,27(6):54-56.

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