氣浮-A2O-化學除磷-S自養反硝化在山岳型景區污水處理中的應用

李 響，程維奇，吳 慧

(黃山風景區污水處理管理站，安徽 黃山 245899)

1 引言

隨著國家對文旅事業的大力扶持，山岳型景區的游客量逐年提升，同時景區的生活污水亦隨之大量增加。因此，滿足景區旅游接待需求，優化和提升污水治理水平，確保景區污水治理達標排放成為了環境保護部門和管理人員需重點解決的問題。山岳型景區污水主要為游客的生活污水，但又區別于城鎮生活污水。主要表現在：水質水量的波動大，C/N較低，油脂高、SS高、冬季氣溫較低，規劃使用面積較小等。對某山岳景區污水站改造案例，分析了其在同類型水處理技術適用性和可行性，以期在同類污水處理工作中提供理論和技術參考。

某山岳景區污水處理站始建于2008年，出水執行《污水綜合排放標準(GB8978-1996)》一級標準[1]，出水水質前期運行效果較好，后期一直未能達標排放。隨著游客的增加，用水量提升，該單位決定對其進行提標改造。

2 污水處理站改造前現狀及問題

2.1 污水處理站改造前數據監測

該污水站管理單位對其進行了檢測。具體參數如下：

2019年1月22日、4月10日、7月23日、10月3日這4個季度對該污水處理設施開展了水質采樣和檢測，檢測項目有化學需氧量COD、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、總氮(TN)。檢測結果見表1。

表1 某污水站水質檢測結果

2.2 污水處理站改造前工藝

該污水站污水經格柵和氣浮裝置預處理后，進入生化系統“水解酸化池+好氧池”工藝，再經沉淀池后排放。設計工藝流程：進水→格柵→調節池→氣浮池→水解酸化池→好氧池→沉淀池→砂濾→消毒池→出水(圖1)。

2.3 污水處理站現場評述

經現場調查資料顯示，目前該站雖正常運轉，但出水水質時常不能達到原設計標準。目前主要存在的問題有：

(1)設備運行情況。 調節池：污水提升泵和攪拌器未連續運行，且調節池偏小，因此調節池未能有效發揮對進水的水質和水量的調節功能，造成調節池表面積累大量的浮渣，對后續氣浮和生物處理單元造成不利影響。

圖1 某站污水工藝流程

氣浮裝置：氣浮裝置運行方式為白天運行、晚上停運、季節性工作。冬季時因溫度過低導致設備結冰、釋放器堵塞而無法正常使用。

后處理設施：消毒設施故障，且缺少進行后置化學除磷的接觸過濾設施和污泥脫水設施。

(2)進水出水水質濃度高。 該片區目前產生的污水主要來自于賓館和旅游公廁及員工生活區的廢水，雖然各酒店賓館均設置有污水預處理設施，由于運行維護不到位，導致預處理設施淤塞，失去該有的隔油除渣功能，大量的餐廚垃圾直接進入污水處理站，直接導致污水處理站進水水質偏高，處理成本加大。現出水水質只能滿足《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級排放標準，需進一步提標改造。

(3)糞渣進入調節池。 當用水量大的時候，各單位設置的化糞池不能起到良好的截留糞渣的作用，導致糞渣隨著污水流入調節池中，影響出水水質。

(4)污水停留時間過短。 沉淀池表面負荷較大，無法滿足停留要求，導致污水停留時間過短，影響處理效果，且無污泥回流系統和內回流系統。

(5)污水處理站部分設備損壞嚴重。 曝氣機部分損壞、曝氣設施偏小，外循環回流泵損壞、污水管老化嚴重、板框壓濾機故障、部分電磁閥故障、COD在線監測儀損壞、流量計故障、溶氧儀故障、液位計故障，無法正常運行，需檢修或更換。無硝化液回流系統、無三級處理設施，站內監控設施全部損壞，污水站進出水水質監測不到位。

(6)生化系統處理問題。 經了解，該污水處理站中好氧池中填料使用時間過長，一直未更換，導致出水水質未達到排放標準。生物處理單元設備連續運行方式，包括：進水泵、曝氣機、硝化液回流泵、污泥回流泵。剩余污泥未及時排出系統，沒有按照系統運行的需要進行定期排放。造成系統內的污泥出現老化現象，降解活性大幅降低。曝氣設施曝氣量偏小，導致曝氣量不足；未設置深度處理系統。

(7)站點晝夜溫差較大。 該片區的餐飲廢水和生活污水處理系統處在海拔1700 m以上，區域環境條件比較特殊，平均溫度低，晝夜溫差大，在較低的溫度條件下微生物活性相對偏低，污染物去除效率不高，而且山上污水的有機物濃度和SS含量高，排放相對比較集中，導致出水氨氮指標不穩定。

3 污水處理站改造工藝

2020年對該污水站進行了提標升級改造，改造后出水執行城鎮污水廠污染物排放標準(GB18918-2002)一級A標準[2]，處理水量450 m3/d。具體工藝見圖2。

由圖2所示，根據某污水站的地理特征及污水特性得出污水處理站改建工程的工藝流程，即自動格柵→調節池→厭氧池→缺氧池→生物接觸氧化池→豎流沉淀池→混凝沉淀池→反硝化生物濾池→消毒→出水。

新建一座化糞池，收集來自賓館、旅游公廁、員工生活區等排污單位的污水，以增加前端各排污單位預處理效果差的問題。然后污水經過格柵后進入調節池，在調節池段，增設氣攪系統，采用電磁閥控制不定時開啟，攪動調節池，使水質均和。廢水中的難溶性有機物和含氮雜環化合物大部分得到了轉化和降解，為后續的處理提供易于氧化分解的有機底物，即提高了廢水的可生化性。

來自調節池的污水進入氣浮池，氣浮池中主要處理大量的油脂和SS。氣浮池的出水進入厭氧池中，大分子有機物在厭氧池中被水解酸化，污水在厭氧條件下反硝化、污泥釋放磷；厭氧后的污水自流進入缺氧池，在缺氧池內污水和好氧池回流的硝化液在缺氧的條件下進行反硝化反應，它是以厭氧酸化后的有機物作為電子供體，以好氧反應器出水回流液中的NO3-N和NO2-N為電子受體，將NOX-N還原成氣態氮釋出，同時將有機物降解，并產生堿度的過程[3～5]。缺氧池需要加入碳源，本項目選用工業葡萄糖作為碳源。

圖2 污水處理工藝流程

缺氧池出水進入生物接觸氧化池進行好氧生化反應，分解有機物，氨氮進行硝化，并利用細菌吸收磷。在該階段，大量異養菌在好氧條件下，降解水中高濃度的BOD5，同時自身不斷的繁殖，當廢水中可降解的有機物消耗殆盡時，自養的硝化菌取代異氧菌成為優勢菌種。一般情況下，先是亞硝化菌將NH3-N轉化為NO2-N，然后再由硝化菌進一步轉化為NO3-N[6～9]。設計時為了滿足生化需求，可通過膜片式微孔曝氣器來增加廢水中的溶解氧，為微生物提供氧和對混合液進行攪拌，由于曝氣的吹脫作用，NH3-N及易揮發的有機物也會被部分去除；由于生物脫氮反應中伴隨著pH值的變化，理論上每1 g的NH3-N完全硝化要消耗7.14 g堿度(以CaCO3計)。

生物接觸氧化池出水進入豎流沉淀池，豎流沉淀池主要的作用是將A-A-O工藝產生的污泥回流至厭氧池端。

混凝沉淀池主要用來分離好氧池出來的泥水混合物以及除磷，分離出的活性污泥部分作為回流污泥返回前段厭氧池，污泥回流比60%，剩余部分作為生化過程中產生的剩余污泥送至污泥處理系統。

由于A-A-O工藝處理后的污水總氮無法達標，所以在二沉池后又設置了反硝化生物濾池以保證出水總氮達標。

過濾后出水通過紫外消毒器產生的紫外線消毒，消毒出水通過規范化排污口達標外排。氣浮渣和剩余污泥送入污泥池，采用疊螺污泥脫水機進行污泥脫水，干泥外運，濾液返回至污水調節池。

4 工程運行

4.1 污泥培養馴化

本站點A2O池的污泥培養馴化菌種采用市場上購買的好氧菌和厭氧菌進行培養，投加量按照有效池容每1 m3水量投加0.25 kg。直接將好氧池和厭氧池用提升泵抽滿，然后按照比例投加菌種，開啟曝氣機、潛水攪拌機、內回流泵等進行悶曝和厭氧反應。3～5 d生化池會有明顯的污泥生長。污泥培養期間采用污泥沉降比SV判斷污泥沉降性能，并記錄30 min后的SV。

在調試和運行中，發現污泥濃度一直無法得到提高，NH3-N無法有效降低，經過分析，主要原因為進水COD的濃度偏低，氨氮偏高，污泥生長需要有機物作為營養物質。通過在缺氧池投加工業葡萄糖的方式，污泥濃度明細身高，通過檢測達到3000 mg/L，好氧池NH3-N明細降低，達到0.5 mg/L左右。

4.2 除磷單元

本站點除P單元主要有氣浮、生化池和后端的絮凝沉淀池，考慮到該站點進水COD偏低，SS較高，為了確保后續單元缺氧池脫氮對碳源的消耗，氣浮池采取不加藥的啟動模式，從而能大量降低SS的同時，又能減少碳源的流失。所以本站點的主要除P單元為絮凝沉淀池。

結合廢水特點，選用PAC+PAM、PFS+PAM進行組合除P和產泥對比。結果表明選用PFS+PAM效果最佳，但是后續S自養反硝化濾池對進水pH值要求嚴格，PFS投加控制不好則無法滿足后續要求，根據現狀，在保證出水穩定的條件下，采取PAC+PAM組合可滿足除P的要求，同時滿足后續處理單元。

4.3 S自養反硝化濾池單元

山岳型景區污水處理的難點之一為TN的處理，常規的處理工藝為外加碳源，外加碳源雖對脫氮有一定的效果，但是處理成本高，且不適合山岳型景區的污水。主要原因為：一是山岳型景區污水波動較大，對精準外加碳源的投加量要求難度大；二是山岳型景區所有物資均為人挑肩扛，運行成本相對城鎮高出很多；三是外加碳源會增加剩余污泥的產生。

硫自養反硝化反應機理為無機化能營養型、光能營養型的硫氧化細菌在缺氧或厭氧條件下利用還原態硫作為電子供體，通過對還原態硫進行氧化獲取能量，同時以硝酸鹽為電子受體，將其還原為氮氣，利用無機碳合成細胞，從而實現自養反硝化過程[10～12]。其還原態硫的氧化過程和硝酸鹽的還原過程如下[13～15]：

(1)

以硫鐵礦為電子供體的自養反硝化計量學公式：

(2)

以硫鐵礦為電子供體的自養反硝化計量學公式：

(3)

(4)

總反應式如下：

(5)

該污水站采用S自養反硝化濾池處理后端的硝酸鹽，通過半年的運行，脫氮效果好，出水水質清澈，TN低于排放要求以下，且運行費用遠低于外加碳源。但在運行中也需注意一些要求：①pH值控制在7左右；②溫度控制在25 ℃左右；③根據運行效果定期進行反沖洗處理剩余污泥。

5 運行效果及討論

本工程于2021年8月份完工，并進入調試階段，經過半年的試運行，系統運行穩定，各項指標達到城鎮污水廠污染物排放標準(GB18918-2002)一級A標準。具體出水水質情況見表2。

本項目設計規模為450 m3/d，進水水質特點是有機物、NH3-N等含量較高。經過處理后出水水質穩定達到《城鎮污水廠污染物排放標準(GB18918-2002)一級A標準》。

表2 污水處理效果

6 結論

實際運行證明，作為一種高效處理技術，采用氣浮-A2O-化學除磷-S自養反硝化處理山岳型景區污水可達到預期設計要求。氣浮可以處理大量的油脂和SS，A2O可以處理污水中的有機污染物和將氨氮硝化，化學除磷可以處理生化系統中無法處理的P，S自養反硝化可穩定的進行反硝化，除去污水中的TN。各項出水指標均滿足《城鎮污水廠污染物排放標準(GB18918-2002)一級A標準》，可用作中水回用等。該案例工藝啟動周期短，運行維護簡單，可為同類型污水處理提供參考。