中小城市環(huán)境工程污水處理A-A2/O工藝應(yīng)用研究

初海濱

（煙臺(tái)市生態(tài)環(huán)境局海陽分局，山東 煙臺(tái) 265100）

引言

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市生產(chǎn)及居民生活污水排放量持續(xù)增長，與此同時(shí)，我國的城市污水年處理量和處理率也保持較快增長速度。住建部發(fā)布的《2021年城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年報(bào)》公布的數(shù)據(jù)顯示（見表1），我國污水排放量由2017年的492.39億m3上升至2021年的625.08億m3；城市污水處理廠也由2017年的2 209座增長至2021年的2 827座；污水處理廠日處理能力由2017年的1.57億m3/d增長至2021年的2.08億m3/d；污水年處理量由2017年的465.49億m3增長至2021年的611.90億m3；污水處理率由94.54%增長至97.89%。2021年，山東省污水排放量為36.46億m3，建成城市污水處理廠229座，處理能力為1 444萬m3/d，污水處理總量為35.88億m3，處理率為98.41%，處理率高于全國平均水平，為城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)做出了積極貢獻(xiàn)。

表1 我國歷年城市污水處理情況

1 中小城市水環(huán)境污染特征分析

中小城市是我國城鎮(zhèn)體系的重要組成部分，也是中國式現(xiàn)代化重要的基礎(chǔ)性戰(zhàn)場(chǎng)。截至2020年，我國2 634個(gè)中小城市行政區(qū)域面積為879.39萬平方千米，常住人口為11.9億人，地區(qū)生產(chǎn)總值為75.79萬億元，分別約占全國的91.6%、84.47%和74.77%。2021年煙臺(tái)市廢水排放總量為31 551.9萬噸，其中工業(yè)廢水排放量為7 199.6萬噸，生活污水排放量為24 295.1萬噸，全市污水集中處理率達(dá)98%。與大城市相比，中小城市水環(huán)境污染呈現(xiàn)出如下特征。

1.1 城市污水以生活污水為主

中小型城市多為居住、商貿(mào)和工業(yè)混雜于一體的綜合性城市，與大城市不同，其排放的污水主要以城市生活污水為主，工業(yè)污水占比較小。例如，2021年煙臺(tái)市城市污水中，生活污水占全部污水量的77%。從污水水質(zhì)來看，生活污水占比較大的城市，水環(huán)境中的污染物SS為150～220 mg/L、COD為240～310 mg/L、BOD為100～160 mg/L。少部分工業(yè)發(fā)達(dá)的中小型城市，其周邊聚集著印染、造紙、制革、精細(xì)化工等產(chǎn)業(yè)，其廢水的污染物結(jié)構(gòu)及規(guī)模會(huì)受到產(chǎn)業(yè)影響。

1.2 污水排放系統(tǒng)混流

與大城市、特大城市擁有較為完善的雨污分流管網(wǎng)不同，中小城市受城市發(fā)展、物力財(cái)力及技術(shù)等限制，存在雨污混流現(xiàn)象。在雨季多發(fā)季節(jié)或地下水位上升時(shí)，雨水大量涌入污水管網(wǎng)，降低了污水污染物濃度。雨污混流也使得生活污水收集率較低，很多污水未經(jīng)處置直接排入水體。總之，城市生活污水雨污混流導(dǎo)致水質(zhì)變化大，不利于后期生化處理。

1.3 水質(zhì)影響因素復(fù)雜

我國地域廣袤，城市氣候因素、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和生活習(xí)慣都存在較大差異，使得城市生活污水的水質(zhì)差異大，影響水質(zhì)的因素眾多。例如，在水資源充沛、炎熱及經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市，城市污水納污能力強(qiáng)；而一些水資源豐富的中小型城市用水量大，排水量也大，生活污水中的污染物含量低。此外，城市居民生活有其相應(yīng)的規(guī)律性特征，如城市污水排放量和污染物含量晝夜變化大、水質(zhì)波動(dòng)大等，其對(duì)城市污水處理工藝及流程的需求也不盡相同。

2 中小城市水污染治理技術(shù)的應(yīng)用

中小型城市環(huán)境工程中的污水處理技術(shù)有活性污泥工藝、化學(xué)處理工藝、物理處理工藝、生物膜處理工藝等。不同工藝技術(shù)有各自的實(shí)用性特點(diǎn)及處理效果。本文以某城市污水處理廠為例，其城市污水具有較低的C/N比特征，污水處理工藝選擇A-A2/O工藝，按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）[1]設(shè)計(jì)，在A2/O（厭氧-缺氧-好氧）傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上增加脫氮除磷系統(tǒng)，在A2/O厭氧池前增設(shè)一個(gè)預(yù)缺氧池，使10%左右原水、回流污泥進(jìn)入預(yù)缺氧池，利用反硝化去除回流污泥中的硝酸鹽。A-A2/O工藝流程見圖1。

2.1 工藝參數(shù)

某城市污水處理廠A-A2/O工藝流程（見圖1），在缺氧池、好氧池之外增設(shè)厭氧池，具體步驟為：10%污水進(jìn)入污泥反硝化池→90%污水進(jìn)入?yún)捬醭亍形鬯?jīng)過厭氧池→經(jīng)過缺氧池→經(jīng)過好氧池→循環(huán)→經(jīng)過二沉池→出水。A-A2/O工藝是在傳統(tǒng)A2/O工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行改良升級(jí)。該污水處理廠A-A2/O工藝設(shè)計(jì)日均流量為6.5萬m3/d；設(shè)計(jì)水溫均值為15 ℃[2]；混合液懸浮固體濃度BOD5負(fù)荷為0.125 kg/d；BOD5容積負(fù)荷設(shè)計(jì)為0.415 kg/（m3·d）；ρ（混合液懸浮固體濃度）=3.2 g/L；泥齡為15 d；總停留時(shí)間為10 h；污泥反硝化停留時(shí)間為0.5 h；厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)停留時(shí)間分別為1.5 h、2.0 h、7.0 h。每gMLSS氨氮硝化速率為25 mg/d；每gMLSS硝酸鹽氮反硝化速率為22 mg/d；最大曝氣量為15 000 m3/h；最大V（氣）/V（水）為5.2/1。

2.2 工藝特點(diǎn)

該污水處理廠污水處理工藝是從傳統(tǒng)的A2/O工藝改良而來，在厭氧池前添加了回流污泥反硝化池，并選用分段進(jìn)水方式，使90%原水直接進(jìn)入?yún)捬醭兀?0%原水及二沉池回流污泥進(jìn)入預(yù)反硝化池。原水中有機(jī)物作為反硝化碳源，可去除硝酸鹽，降低硝酸鹽對(duì)污水厭氧釋磷的影響，確保改良工藝達(dá)到預(yù)期除磷效果，滿足生物除磷及反硝化需求。90%原水與污泥反硝化段出水混合產(chǎn)生較高的有機(jī)負(fù)荷，能夠顯著抑制絲狀菌生長，也利于聚磷菌絮體增殖，控制污泥膨脹。在厭氧條件下，聚磷微生物體內(nèi)Poly-P釋放生成能量，產(chǎn)生的能量將原水中SCFAs合成為聚-β-羥基-PHB。好氧段硝態(tài)氮被曝氣池中的混合液回流帶至缺氧段，達(dá)到反硝化脫氮效果。

2.3 分析方法

采用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定COD、NH3-N、TN、NO3--N，在曝氣池中選取污泥混合液500 mL，為減輕污水中殘余COD的影響，用蒸餾水洗泥4次，并加入500 mL污水處理廠原水進(jìn)行分析。

3 處理效果

3.1 COD去除效果

本文選擇污水處理廠2021年7～10月污水及處理效果進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)詳見表2。從表2可知，經(jīng)A-A2/O工藝處理后的出水水質(zhì)中，COD平均濃度＜50 mg/L，平均去除率達(dá)71.9%，氣溫的逐步降低對(duì)A-A2/O工藝處理COD的效果影響不大[3]，原水中BOD5/COD為0.34，污水可生化性較差，不利于COD的去除。

表2 某污水處理廠2021年7～10月COD去除情況

3.2 NH3-N及TN去除效果

根據(jù)污水處理廠的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，原水中氨氮濃度低，為進(jìn)一步提升處理效果，降低處理能耗，混合液回流比為50%。其處理氨氮、總氮效果見表3。

表3 某污水處理廠2021年7～10月NH3-N、TN去除情況

從表3可知，A-A2/O工藝處理污水中的氨氮，去除率始終在70%以上，平均去除率為86.13%，溫度不影響污水中的氨氮處理效果，處理率不斷增長，主要是由于該污水處理廠污泥清除周期長，7～10月四個(gè)月間僅排泥2次，污泥齡增長利于污水中的硝化菌生長。從表3可知，A-A2/O工藝處理污水中的總氮效果不夠理想，去除率總體偏低，主要是由于混合液回流比小（50%），影響總氮去除效果[4]。水溫也是影響污水中總氮處理效果的又一重要因素。

3.3 TP去除效果

從表4可知，A-A2/O工藝處理污水中的總磷，受到溫度的影響較大[5]，可見污水處理廠除磷效果的降低，主要原因是排泥不及時(shí)，但污泥排泥過于頻繁又會(huì)影響污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

表4 某污水處理廠2021年7～10月TP去除情況

4 結(jié)論

中小型城市生活污水處理工藝的選擇應(yīng)結(jié)合實(shí)際，A-A2/O工藝處理低濃度廢水，在排泥正常情況下，COD、NH3-N的平均去除率可達(dá)71.9%、86.13%，去除效率不高，同時(shí)回流比較低，反硝化效果未達(dá)預(yù)期，總磷處理效果較差。采用A-A2/O工藝且分段進(jìn)水，使原水中一部分有機(jī)物回流，減少了碳源消耗，提升了反硝化效率，同時(shí)降低硝酸鹽對(duì)厭氧釋磷的影響，提升了總磷處理效果。總之，針對(duì)中小型城市污水特點(diǎn)，選用A-A2/O工藝處理低濃度污水效果較好，具有積極的現(xiàn)實(shí)推廣意義。