低溶氧控制在污水廠水質提升的案例分析

文_龔向紅 樓仁有

1 義烏市水處理有限責任公司 2 義烏市水務建設集團公司

浙江省強制性地方標準《城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準》DB33/2169-2018于2019年1月1日起實施，極大提升了污水廠出水指標的控制要求。義烏市稠江污水廠通過增加碳源、除磷藥劑等投加設備、完善過程控制儀表等清潔排放改造，自2020年1月1日起，正式施行浙江地方標準。但在生產運行中發現僅通過增加藥劑投入等措施達到提標目的，與企業發展的節能增效理念相背離，無法達到資源最優化。因此，稠江污水廠通過技術創新、優化工藝控制開辟了污水廠提標的另一條科學路徑。

1 污水廠概況

1.1 基本情況

義烏市水處理公司稠江污水廠于2010年7月投運，總占地面積約13.6萬m2，設計日處理規模15萬t，采用倒置AA0二級生物處理工藝（分點進水多點回流式）+高效沉淀池+纖維轉盤濾池，尾水達到國家一級A標準，污泥處理工藝采用“污泥脫水＋污泥干化綜合利用” 的處置方案。該污水廠于2019年完成清潔排放改造，2020年1月試行浙江標準。

1.1.1 工藝流程及進出水水質

稠江污水廠生物反應池可以通過進水渠道中的閘門開啟位置決定采取AA0工藝或者倒置AA0工藝，基于AA0工藝的固有缺欠就是硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有機負荷、泥齡以及碳源需求上存在著競爭性矛盾，很難在同一系統中同時獲得氮、磷的高效去除等考慮。由于總氮控制是污水廠運行控制的難點，該廠從開始運行一直采用倒置AA0工藝。

該污水廠設計進水水質根據用地分布和用地性質，并參考《污水綜合排放標準》《污水排入城鎮下水道水質標準》確定。出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A標準（表1）。

表1 稠江運營部設計進出水水質

1.1.2 浙江標準情況

稠江污水處理廠清潔排放改造項目出水標準（表2）由《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準，提升至浙江省《城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準DB33/2169-2018》和金華地方標準。

表2 排放標準情況

2 清潔排放改造及浙江標準試行存在問題

該污水廠2017～2019年進水量均值為14.4萬m3/d，負荷率為96.1%，進水B/C比約0.35，進水生化性較好，但也存在進水氨氮、總氮、總磷等部分時段超設計標準，進水量波動較大等情況，出水總氮、總磷無法穩定達到浙江標準排放。針對以上情況，該污水廠于2019年通過增加碳源投加系統、除磷藥劑投加系統，增加過程控制儀表，自控系統優化等改造措施，完成了清潔排放改造，出水基本能達到浙江標準排放。

該清潔排放改造工程主要通過增加碳源、除磷藥劑等藥劑的額外投加來保障浙江標準的水質要求，全年將額外增加碳源投加230t，除磷藥劑2200t，極大地增加了污水處理廠的運行費用。

3 低溶氧工藝控制技術及效果分析

有研究表明，當好氧區DO濃度從2.5mg/L降到1mg/L時，系統對于總氮的去除率有10%左右的提升，且系統在低溶氧條件下可穩定運行。鼓風曝氣系統電耗一般占全廠電耗的60%左右，污水處理廠平均電耗與氣水比有著密切關系，在運行中采用低溶解氧控制，可以避免能耗的浪費。根據以上兩點，低溶氧運行具有一定的技術和經濟可行性。

反硝化反應的適宜溫度為20～40℃，低于15℃時，反硝化細菌的繁殖速度和代謝速率降都會降低。因此，在4～10月份（浙江標準總氮控制時段）溫度情況良好的條件下，通過工藝控制來提升總氮去除率是可行的。

根據清潔排放改造內容和浙江標準試行存在問題，結合稠江污水廠現有的可調節AAO工藝現狀，該污水廠采取對AAO生化池低溶氧狀態工藝控制，提升總氮的去除效果，在此基礎上對全倒置AAO工藝采取部分順置設置，強化總磷的去除效率，兩者結合，達到提升脫氮除磷效率的工藝控制思路。

3.1 低溶氧控制對于AAO池總氮去除效果分析

該污水廠選取A座AAO池（7.5萬t/d）作為低溶解氧控制對比對象，其中A1、A2兩組（各3.75萬t/d）生化池為對稱兩組，運行工況及處理效果基本相同。 通過減小A1整體風量，特別降低好氧段第三廊道，讓A1組在整體低溶氧，末端微溶氧（0.5mg/L）的環境下運行，以生化池氨氮儀表數據為控制依據。A2組保持原運行風量和溶氧，末端溶解氧控制在2～3mg/L之間。

從4月3日至6月3日取樣對比兩組出水數據的差異，驗證AAO池低溶氧運行的污染物去除率影響,詳見圖1。

圖1 4月3日至6月3日A1、A2組對比出水情況

根據期間數據分析，單組低溶氧狀態的總氮的去處效果明顯提高，去除率從71.68%提升至77%，A1座出水總氮均值為8.23mg/L，COD、總磷、氨氮影響相對較少，這也與李炳榮等研究成果相一致。但氨氮對于溶解氧的控制反應較為敏感，控制要求相對較高。低溶氧狀態對污染物的去除效果達到預期。

3.2 低溶氧狀態下，AAO池由全倒置改為局部順置的效果分析

根據低溶氧控制對比試驗結果，將AAO池由全倒置改為局部順置運行，即A座保持低溶氧全倒置運行，B座保持低溶氧運行，其中B1保持倒置，B2改為順置AAO，進一步分析生化池A、B座脫氮除磷綜合效果。

根據圖2數據分析，B座進行局部順置后，B座出水總磷去除率明顯提升，B座總磷比A座總磷低35.3%，B座總氮較A座總氮高11.7%，但是通過低溶氧運行狀態，B座出水總氮均值為10.48mg/L，依然能達到浙江標準要求。

圖2 6月17日至11月6日A、B座出水總氮、總磷情況

3.3 低溶氧局部AAO順置的污水廠運行總氮、總磷效果分析

從總出水情況來看，在A、B座進行脫氮除磷優勢工藝調整下，出水總磷、總氮能穩定達標，但隨著溫度的變化，總氮在10月份開始呈現上升趨勢，混合后出水值已開始接近排放限值12mg/L。整體而言，在低溶氧的環境下，A座采用全倒置AAO工藝有利于總氮的去除，B座采用部分順置AAO工藝，有利于總磷的去除，兩者出水混合后，總出水能保證達標排放。表3為稠江污水廠2019、2020年的4～10月出水總氮、總磷情況。

表3 稠江污水廠出水總氮、總磷情況表

在工藝控制過程中，低溶氧運行狀態需要較高的控制精度，需要較高的調整頻率，稍有不慎容易由低溶氧狀態變為缺氧狀態，影響出水水質。同時，如遇長時間雨水天氣，較難保持低溶氧環境。

4 經濟性分析

原清潔排放改造項目中當出水總氮達到11mg/L時開啟碳源投加，預計投加量5t/d。根據統計，2019年4～10月共計需投加碳源天數46d，預計投加碳源230t；出水總磷降至0.30mg/L，需投加除磷藥劑7306t（其中從0.35mg/L降至0.30mg/L需額外增加除磷藥劑2200t）。通過低溶氧局部順置AAO池工藝調整后，2020年實際投加碳源125t，除磷藥劑4915t，共節約藥劑費用約168.8萬元，產生了巨大經濟效益。

表4 藥劑使用情況

5 結語

浙江標準是在國家一級A標準基礎上的進一步水質提升，通過增加藥劑投加費用是比較粗放型的提標方式，義烏市稠江污水廠通過低溶氧控制并結合AAO池倒順置工藝調整，有效地提高了總氮、總磷的去處效果，極大地減少了藥劑投加費用，確保污水廠出水能穩定達標排放，為污水廠的浙江標準改造提供了一條經濟可行的工藝路徑。