分段進水多級A/O工藝的特點與問題

王舜和 郭淑琴 魏新慶

(天津市市政工程設(shè)計研究院，天津 300051)

分段進水多級A/O工藝的特點與問題

王舜和 郭淑琴 魏新慶

(天津市市政工程設(shè)計研究院，天津 300051)

介紹了分段進水多級A/O工藝的工藝原理與工藝特點，分析了影響該工藝設(shè)計的流量分配比、反應器分級數(shù)、污泥回流比等參數(shù)，并對該工藝在實際運行中存在的問題進行了探討，有利于A/O工藝的進一步研究應用。

分段進水，A/O工藝，污水處理，脫氮效率，污泥

A/O工藝屬城鎮(zhèn)污水處理廠生物處理工藝，應用廣泛。隨著我國污水處理標準的提高及對工藝研究的深入，A/O工藝也在不斷發(fā)展，衍生出多種變形工藝，其中分段進水多級A/O工藝近年來廣受關(guān)注。20世紀90年代，國外開始廣泛采用分段進水工藝用于新建和改造污水處理廠。我國學者也在持續(xù)關(guān)注這一工藝，在近十年時間里，國內(nèi)部分高校和設(shè)計院開展了深入研究，并逐步從理論試驗發(fā)展到實際工程，目前國內(nèi)已建有數(shù)座分段進水多級A/O反應池。國內(nèi)外的工藝試驗和工程應用結(jié)果表明，該工藝具有脫氮效率高、所需池容小、建設(shè)投資和運行費用省等特點，適用于各種規(guī)模污水廠的改造和新廠建設(shè)，是具有發(fā)展前途的污水處理新工藝。

1 工藝原理

分段進水多級A/O工藝由多個串聯(lián)A/O組成?；亓魑勰鄰氖锥诉M入，而污水則按一定比例從每個缺氧段進入，系統(tǒng)的污泥齡比相同池容的常規(guī)A/O工藝長。由于回流污泥分步稀釋，使反應池平均污泥濃度增加，而進入二沉池的水力負荷和固體負荷均沒有變化。工藝從缺氧段進水，為前一段好氧區(qū)的硝化液提供反硝化碳源，理論上無需硝化液回流系統(tǒng)即可實現(xiàn)脫氮功能(見圖1)。

2 工藝特點

2.1 脫氮效率提高

最初生物脫氮工藝采用的流程是先好氧池后缺氧池，在缺氧池中投加碳源，也稱為后置反硝化，但由于外加碳源成本過高現(xiàn)今已很少使用。現(xiàn)在主流的脫氮方式是前置反硝化工藝，將好氧池末端富含硝態(tài)氮的污水回流至前端，利用原污水中的碳源進行反硝化，以有效的節(jié)省外加碳源。前置反硝化節(jié)能、易操作，一直是脫氮的首選技術(shù)。但隨著排放標準日益嚴格，前置反硝化工藝也暴露出反硝化效率較低的問題。為獲得較高的脫氮率，必須增大內(nèi)回流比，但總有部分硝化液不能返回至前端進行反硝化，且大幅增加了電能的消耗。分段進水多級A/O工藝從形式上看，屬于后置反硝化的范疇，且碳源均來自于污水本身，理論上不需要設(shè)置內(nèi)回流。從脫氮方式上，除末端An段外，其他混合液均參與了反硝化過程，節(jié)省能耗的同時可獲得更高的反硝化率。工藝理論脫氮效率如下所示：

其中，N為段數(shù)；r為污泥回流比；R1為系統(tǒng)最后一段的內(nèi)回流比。

對比傳統(tǒng)工藝反硝化率計算公式：

其中，r為污泥回流比；R為內(nèi)回流比。

當采用四段A/O時工藝脫氮效率為87.5%(污泥回流比100%，無內(nèi)回流)，而采用傳統(tǒng)前置反硝化工藝時，在400%內(nèi)回流的情況下，脫氮效率也僅達到83%。

2.2 平均污泥濃度提高

由于污水分段進入反應池，回流污泥的稀釋被推遲，從空間上形成污泥濃度梯度，前幾段污泥濃度顯著高于常規(guī)活性污泥設(shè)計值，至流入二沉池時與常規(guī)工藝相同。這一特性使得生物反應池在污泥總量和二沉池固體負荷不變的情況下，在局部空間形成高污泥濃度、低底物濃度，降低污泥負荷，使污染物的降解更為徹底。達到相同處理效果可減少池體總?cè)莘e，節(jié)省投資。以四段A/O等比例進水為例，設(shè)回流污泥濃度8 000 mg/L，污泥回流比為100%，則各段污泥濃度見表1。

表1 各段污泥濃度 mg/L

系統(tǒng)平均污泥濃度達到5 076 mg/L，較相同情況下常規(guī)工藝4 000 mg/L提高約27%。

2.3 節(jié)能降耗

分段進水多級A/O工藝采用后置反硝化方式脫氮，取消了內(nèi)回流，帶來三方面好處：

1)避免了內(nèi)回流帶入的大量溶解氧，保證了缺氧區(qū)的處理效果，反硝化過程徹底，脫氮效率提高；2)節(jié)省了內(nèi)回流的能耗；3)從缺氧區(qū)進水充分利用污水中的碳源，對于低碳氮比的污水可顯著節(jié)省外加碳源。

3 工藝設(shè)計中的重要參數(shù)

3.1 流量分配比

3.2 反應器分級數(shù)

反應器分級數(shù)對系統(tǒng)設(shè)計影響很大，理論上在不增加內(nèi)回流的情況下，分級數(shù)越多，系統(tǒng)末端進水比例越低，脫氮效率越高。但分級數(shù)也不應過多，除增加管理難度外，還會造成HRT降低影響處理效果，工程中可選擇2段～5段。等比例進水情況下，反應池分級數(shù)與理論脫氮效率之間的關(guān)系如表2所示，可根據(jù)所需處理效率選取適宜的分級數(shù)。

表2 反應池分級數(shù)與理論脫氮效率的關(guān)系 %

3.3 污泥回流比

污泥回流比主要影響系統(tǒng)的平均污泥濃度，其數(shù)值與污泥濃度的關(guān)系如表3所示。

表3 污泥回流比與污泥濃度的關(guān)系 mg/L

從表3中所列數(shù)據(jù)可見，污泥回流比的增加可提升反應池內(nèi)整體污泥濃度，對生化反應有利，但污泥濃度也不是越高越好，需要考慮污泥沉降性能和二沉池的承受能力，實際工程中通常取值為50%～100%。

4 工藝設(shè)計的主要問題

4.1 交替缺氧好氧的工況

交替缺氧好氧是分段進水多級A/O工藝的特點，同時也對運行穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，在實際工程中必須最大程度減少好氧區(qū)攜帶到下一段缺氧區(qū)的DO含量，否則會嚴重影響缺氧區(qū)的處理效果。通?？刹捎萌N方法：1)空氣管路增加曝氣控制系統(tǒng)，通過末端DO反饋實時調(diào)整曝氣量，但設(shè)備投資較大；2)空氣管路采用漸減曝氣方式布置，在滿足供氧量的情況下，末端通過手動閥門控制曝氣量，方案較耗人力；3)在每段好氧池末端增設(shè)脫氣池，但會增加土建費用。推薦在工程投資較寬裕的時候采用方案1)，自動化程度較高，工程實際應用效果較好。

4.2 如何適應變化的水質(zhì)

本工藝形式上為多個A/O的串聯(lián)，每段A/O處理效果相互關(guān)聯(lián)，進水水質(zhì)較低或較高時都易發(fā)生處理效果逐級惡化的問題。而設(shè)計進水水質(zhì)往往與實際進水水質(zhì)不符，且運行時季節(jié)性變化也比較明顯，采用固定各段進水流量和池容的設(shè)計方法很難適應這一變化。因此在工程設(shè)計中，進水流量或池體容積應可調(diào)節(jié)，使工藝可根據(jù)不同工況靈活運行。通常在設(shè)計中可采用等量進水，設(shè)機動池調(diào)節(jié)池容，或采用各段進水流量可適當調(diào)節(jié)的方式實現(xiàn)。

4.3 影響生物除磷效果

由于工藝上沒有設(shè)置獨立的厭氧段，且污水經(jīng)交替缺氧好氧后出水，從流程上沒有為聚磷菌提供適宜的生存環(huán)境，使工藝的生物除磷效果不佳。

4.4 其他問題

工藝的管路系統(tǒng)復雜，且進水點多池形布置困難，為實現(xiàn)理想的處理效果，需要增加很多自控儀表，對運行管理水平要求較高。

5 設(shè)計總結(jié)

我國對分段進水多級A/O工藝的研究尚處于初級階段，但其工藝特點已在老廠改造和新廠建設(shè)中體現(xiàn)了較大的優(yōu)越性，若能在工程實踐的基礎(chǔ)上進一步深入研究，對工藝系統(tǒng)不斷優(yōu)化，該項技術(shù)在水環(huán)境治理中將會發(fā)揮積極的作用。

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Characteristics and problems of step feed A/O process

Wang Shunhe Guo Shuqin Wei Xinqing

(TianjinMuncipalEngineeringDesign&ResearchInstitue，Tianjin300051，China)

The paper introduces construction technology principles and technology features of step feed A/O process, analyzes its impacts upon flow distribution ration, reactor grading content and sludge back-flowing ratio and so on, and explores its application problems, which will be some help for A/O process technology application.

step feed, A/O technology, sewage treatment, nitrogen removal efficiency, sludge

1009-6825(2015)02-0113-02

2014-11-07

王舜和(1981- )，男，高級工程師； 郭淑琴(1964- )，女，教授級高級工程師； 魏新慶(1975- )，男，高級工程師

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