沈陽得利滿AO工藝升級為改良A2O工藝的可行性研究

趙蓉，鄭濤，孫晨，王思宇，郭鵬翔，田智勇*，向連城，李海波

1.國電東北環保產業集團有限公司北部污水處理廠，遼寧 沈陽 110035 2.環境基準與風險評估國家重點實驗室，中國環境科學研究院，北京 100012 3.中國環境科學研究院城市水環境科技創新基地，北京 100012 4.中國建筑技術集團有限公司，北京 100013

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沈陽得利滿AO工藝升級為改良A2O工藝的可行性研究

趙蓉1，鄭濤1，孫晨2,3，王思宇2,3，郭鵬翔4，田智勇2,3*，向連城2,3，李海波2,3

1.國電東北環保產業集團有限公司北部污水處理廠，遼寧 沈陽 110035 2.環境基準與風險評估國家重點實驗室，中國環境科學研究院，北京 100012 3.中國環境科學研究院城市水環境科技創新基地，北京 100012 4.中國建筑技術集團有限公司，北京 100013

以國電東北環保產業集團有限公司北部污水處理廠20萬td沈陽得利滿AO(SDAO)工藝為研究對象，通過將原SDAO工藝初沉池及污泥恢復區改造為厭氧區和預缺氧區的方式升級為改良A2O工藝，并考察了升級工藝的處理效果。結果表明：在進水溫度為(12.2±0.5)℃，CODCrTN為4.0～6.0，CODCr、TN和TP濃度分別為200、35.9和3.05 mgL條件下，以醋酸鈉(折合CODCr為50 mgL)為外加碳源添加至進水，改良A2O工藝出水的-N、TP濃度及CODCr分別為11.8、1.34、0.17和31.7 mgL；改良A2O工藝對CODCr和-N的去除率與原工藝相似，且均達到較好的去除效果；TN的去除率由35.5%提高至67.8%；原工藝不具備除磷功能，改良A2O工藝對TP的去除率達94.3%。SDAO工藝在未增設構筑物的條件下完成了工藝的升級，升級后的改良A2O工藝實現了氮磷污染物的高效去除。

沈陽得利滿AO(SDAO)工藝；改良A2O工藝；脫氮除磷；升級改造

隨著中國工業、農業的不斷發展，大量污染物排入自然水體，致使水體逐漸惡化。尤其是氮磷污染物過量排放導致的環境問題日益加劇，引起了國內外學者對水體污染防治的重視[1-4]。為防治由氮磷污染物引起的環境問題，對城鎮污水處理廠排放氮磷污染物有更嚴格的標準。因此，大批市政污水處理廠亟需提標改造，從而使污水處理廠出水水質滿足GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準的要求，以減輕氮磷污染物帶來的環境壓力[5-7]。

A2O工藝被認為是最簡單的同步脫氮除磷工藝[8]，其涉及厭氧發酵、硝化、反硝化、釋磷和吸磷等多個生化反應過程[9-10]。由于諸多的生化反應很難在A2O工藝中得到兼顧，因此脫氮除磷過程不可避免地面臨一系列矛盾和沖突：反硝化菌與釋磷菌對碳源的競爭；除磷過程排放的高含磷污泥與硝化菌世代周期的矛盾；回流污泥中攜帶的硝酸鹽對厭氧釋磷的影響等[8,10]。其中最為突出的矛盾是反硝化菌和釋磷菌對碳源的競爭，尤其在處理低CODCrTN市政污水時，這一矛盾更為明顯[8]。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

北部污水處理廠中試SDAO工藝及改良A2O工藝的流程如圖1和圖2所示。試驗裝置由304不銹鋼加工而成。SDAO工藝初沉池、污泥恢復區、缺氧區、好氧區和豎流二沉池的有效容積分別為1.615、0.831、1.164、2.769和1.070 m3；水力停留時間分別為2.88、1.49、2.08、4.95和1.91 h。為節約成本，改良A2O工藝的構筑物由原SDAO工藝改造而成。初沉池和污泥恢復區分別改造為厭氧區和預缺氧區，其他反應區不變(圖2)。改良A2O工藝預缺氧區、厭氧區、缺氧區、好氧區和豎流二沉池的水力停留時間分別為1.49、2.88、2.08、4.95和1.91 h。

圖1 SDAO工藝流程Fig.1 The schematic diagram of SDAO system

圖2 改良A2O工藝流程Fig.2 The schematic diagram of modified A2O system

為比較SDAO提標改造前后污染物的去除效果，二者的操作條件相同：進水流量為0.56 m3h；硝化液回流比為200%；污泥回流比為100%。控制SDAO工藝的污泥恢復區和好氧區DO濃度分別為0.4～0.8和1.8～2.5 mgL；控制污泥濃度為2 300～2 700 mgL。通過排放剩余污泥控制污泥齡，當系統無外加碳源時，污泥齡控制在27～33 d；外加碳源時，污泥齡控制在17～23 d。

1.2 分析方法

1.3 試驗用水和接種污泥

試驗用水取自國電沈陽北部污水處理廠市政管網進水，進水水質見表1。接種污泥取自SDAO污水處理系統的回流污泥。進水CODCrTN為4～6，屬典型的低CODCrTN廢水；進水溫度為(12.2±0.5)℃。

表1 試驗進水水質

Table 1 Influent characteristics of experiment mgL

表1 試驗進水水質

項目CODCrTN濃度NH+4-N濃度NO-3-N濃度TP濃度范圍148.5～280.329.7～39.722.4～37.60.21～0.762.44～3.80平均值213.936.028.30.483.08

1.4 運行方式

中試試驗裝置共運行130 d，分為4個階段：階段1(第1～31天)，中試裝置運行SDAO工藝，考察中試裝置與污水處理廠實際污水處理工藝性能的異同；階段2(第33～60天)，中試裝置運行SDAO工藝并外加醋酸鈉作為補充碳源(折合CODCr為60～70 mgL)，考察SDAO工藝在碳源充足(CODCrTN為7.3)情況下對污染物的去除情況；階段3(第65～100天)，中試裝置運行改良A2O工藝，考察該工藝在低CODCrTN條件下對污染物的去除效果，以及該工藝應用于北部污水處理廠的適用性，其中預缺氧區和厭氧區的進水比例為30%和70%；階段4(第104～130天)，中試裝置運行改良A2O工藝，為進一步改善對氮磷污染物的去除效果，添加醋酸鈉為補充碳源(折合CODCr為50 mgL)，預缺氧區和厭氧區的進水比例同階段3。

2 結果與討論

2.1 SDAO工藝對污染物的去除效果

階段1進水CODCrTN的平均值為5.5，屬典型的低CODCrTN市政廢水。階段2為彌補進水碳源的不足，以醋酸鈉作為外加碳源，將進水CODCrTN提升至7.3。SDAO工藝和改良A2O工藝對各污染物的去除效果如圖3所示。SDAO工藝未添加碳源和添加碳源時污染物沿程變化見圖4。

注：階段1，中試裝置運行SDAO工藝；階段2，中試裝置運行SDAO工藝并外加醋酸鈉作為補充碳源；階段3，中試裝置運行改良A2O工藝；階段4，中試裝置運行改良A2O工藝并外加醋酸鈉作為補充碳源。圖3 SDAO工藝和改良A2O工藝對和TP的去除效果Fig.3 Removal performance of CODCr, TN, -N and TP in the SDAO and modified A2O process

圖4 SDAO工藝未添加碳源和添加碳源時污染物的沿程變化Fig.4 Variations of pollutants in each zone of SDAO process without adding carbon source and with adding carbon source

SDAO工藝對TP的去除效果如圖3(d)和圖4所示。由圖3(d)和圖4可知，階段1和階段2中TP進水濃度分別為3.17和3.07 mgL，出水濃度分別為3.15和2.64 mgL。階段2中醋酸鈉的加入對TP去除性能的改善不明顯。SDAO工藝中無厭氧區，而缺氧區-N對碳源的競爭是造成該工藝除磷性能不理想的直接原因。

2.2 改良A2O工藝對污染物的去除效果

圖5 改良A2O工藝中未添加碳源時污染物的沿程變化Fig.5 Variations of pollutants in each zone of modified A2O process without adding carbon source

改良A2O工藝增設了預缺氧區和厭氧區，但是由于進水有機物的缺乏，除磷效果依然無明顯改善〔圖3(d)〕。進水、預缺氧區、厭氧區、缺氧區、好氧區和二沉池出水中的TP濃度分別為2.85、2.87、2.85、2.87、2.84和2.87 mgL(圖5)。進水有機物的缺乏及部分預缺氧區中-N反硝化不完全而流入厭氧區，導致改良A2O工藝中的厭氧區并無明顯的釋磷現象。

2.3 外加醋酸鈉碳源對改良A2O工藝去除污染物效果的影響

圖6 改良A2O工藝中添加碳源時污染物的沿程變化Fig.6 Variations of pollutants in each zone of modified A2O process with adding carbon source

由圖3(d)和圖6可知，階段4改良A2O工藝出水TP濃度為0.17 mgL，去除率達94.3%。添加醋酸鈉可明顯改善改良A2O工藝的除磷效果。進水、預缺氧區、厭氧區、缺氧區和好氧區中TP濃度分別為3.02、2.41、10.7、4.17和0.11 mgL。階段4中厭氧區存在明顯的釋磷現象且除磷效果良好，原因如下：階段4預缺氧區出水-N濃度為0.45 mgL，厭氧區的-N濃度維持在較低水平，這使聚磷菌可充分利用進水中的有機碳；70%的分段進水進入厭氧區且進水中添加醋酸鈉，使厭氧區碳源相對充足。

3 結論

(2)中試SDAO工藝的初沉池和污泥恢復區改造為厭氧區和預缺氧區后，污水處理系統對氮污染的處理性能得到明顯提升。TN出水濃度從24.4 mgL降至13.8 mgL，去除率從35.5%提高至59.4%。

(3)添加醋酸鈉(折合CODCr約為50 mgL)可明顯改善改良A2O工藝的除磷效果，改良A2O工藝的厭氧區出現了明顯的釋磷現象，并在隨后的好氧區TP被聚磷菌過量吸收。TP的出水濃度降至0.17 mgL，去除率提升至94.3%。

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Feasibility Study on Modified A2O Process to Upgrade and Reconstruct Shenyang Degremont Anoxic Oxic Process

ZHAO Rong1, ZHENG Tao1, SUN Chen2,3, WANG Siyu2,3, GUO Pengxiang4, TIAN Zhiyong2,3,XIANG Liancheng2,3, LI Haibo2,3

1.Guodian Shenyang North Wastewater Treatment Plant, Guodian Northeast China Environmental Protection Industry Group Co., Ltd， Shenyang 110035, China 2.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012, China 3.Department of Urban Water Environmental Research, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 4.China Building Technique Group Co., Ltd, Beijing 100013, China

Based on the 200 000 td Shenyang Degremont Anoxic Oxic process (SDAO) of Guodian Shenyang North Wastewater Treatment Plant, the primary settling tank and the sludge recovery zone in SDAO process were transformed to anaerobic zone and pre-anoxic zone in modified A2O process. The pollutants removal performances of the modified A2O process were investigated. The results showed that the modified A2O process effluent of TN,-N, TP and CODCrwas 11.8, 1.34, 0.17 and 31.7 mgL, when influent temperature, CODCrTN ratio, CODCr, TN and TP were around (12.2±0.5)℃, 4.0-6.0, 200 mgL, 35.9 mgL and 3.05 mgL with adding sodium acetate (CODCrof 50 mgL). Modified A2O process removal performance of CODCrand-N was similar to SDAO process. However, TN removal ratio in the modified A2O process could increase from 35.5% to 67.8% compared with the SDAO process. Moreover, TP removal ratio in the modified A2O process could increase to 94.3% by contrast with incompetent TP removal performance of SDAO process. In the condition without reconstruction of pre-anoxic zone and anaerobic zone, the upgrade was able to enhance nitrogen and phosphorus removal performance obviously.

Shenyang Degremont anoxic oxic (SDAO) process; modified A2O process; biological nutrients and phosphorus removal; upgrade and reconstruct

2016-04-20

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07202-005，2013ZX07202-010)

趙蓉(1971—)，女，工程師，主要研究方向為水污染控制技術，zhaorong.210@163.com

*通訊作者：田智勇(1978—)，男，研究員，博士，長期從事水污染防治技術及難降解有機廢水的治理研究，hkytzy2008@163.com

X703.1

1674-991X(2016)06-0547-06

10.3969j.issn.1674-991X.2016.06.079

趙蓉，鄭濤，孫晨,等.沈陽得利滿AO工藝升級為改良A2O工藝的可行性研究[J].環境工程技術學報,2016,6(6):547-552.

ZHAO R, ZHENG T, SUN C, et al.Feasibility study on modified A2O process to upgrade and reconstruct Shenyang Degremont anoxic oxic process [J].Journal of Environmental Engineering Technology,2016,6(6):547-552.