AA2O工艺处理低碳源城市污水的除磷脱氮效果周爱姣

第31卷在我国南方城市，雨水、地下水充沛，河湖密集，不同水体的水环境容量差异较大，加上城市管网系统建设滞后，雨污混接严重，城市污水厂收集的污水普遍存在BOD5浓度低，而氮磷含量相对较高的问题。大多数污水处理厂采用的都是A2/O工艺或其改良工艺，以达到同时除磷脱氮的目的。本文以某污水处理厂（A-A2/O）的实际运行为例，介绍了这种工艺的除磷脱氮效果，并指出其不足和改进措施。1工程概况1.1介绍南方某城市污水处理厂是一座在一级处理基础上扩建而成的规模为15万m3/d的城市二级污水厂，2005年建成，2006年6月开始试运行。由于排放水体的要求，出水水质略高于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，工程设计进、出水水质和见表1。1.2工艺流程现有工艺流程见图1，污水经原有一级处理设施后进入改良的A2/O工艺（A-A2/O）。为了保证进水水质浓度较低时的处理效果，在沉砂池和生物池间设置超越管，进水水质浓度较低时超越初沉池，以保证微生物生长所需的营养物质。经一级处理后的污水少部分（10%~20%）进入污泥反硝化区，大部分（80%~90%）进入厌氧区。好氧区的混合液回流至缺氧区，进行反硝化脱氮。为保证稳定的除磷效果，在生物除磷的基础上，采用化学除磷辅助设施。产生的剩余污泥经重力浓缩、带式压滤机脱水后外运。表1设计进水水质和排放标准Table1Designedwaterqualityofinfluentanddischargestandard项目BOD5CODSSNH4+-NTNTP设计进水水质(mg/L)≤13026018025353设计出水水质(mg/L)≤105010510.91一级A标准(mg/L)≤1050105151A-A2/O工艺处理低碳源城市污水的除磷脱氮效果周爱姣1，陶涛1，张太平2，张勇2（1.华中科技大学环境科学与工程学院，湖北武汉430074；2.武汉市水务集团，湖北武汉430015）摘要：文章以南方某污水处理厂的实际运行情况为例，介绍了A-A2/O工艺在处理低碳源城市污水的效果。运行结果表明，工艺对BOD5、COD、SS的去除效果良好，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。对于氮磷去除，出水NH4-N0.5mg/L，TN15mg/L，TP1.5mg/L，但TN平均去除率只有45%左右；TP大多数的去除率在30%~50%之间。造成这种结果的主要原因是碳源不足。为提高除磷脱氮效果，采取了投加PAC来辅助除磷，并提出了进一步的改进措施，供同行参考。关键词：A-A2/O工艺；城市污水；低碳源；除磷脱氮中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1003-6504(2008)12-0150-03RemovalEffectofNitrogenandPhosphorusofA-A2/OProcessonTreatingUrbanWastewaterwithLowCarbonZHOUAi-jiao1，TAOTao1，ZHANGTai-ping1，ZHANGYong2（1.SchoolofEnvironmentalScienceandTechnology，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China；2.WuhanWaterGroupCo.Ltd，Wuhan430015，China）Abstract：Basedonpracticalrunningdataofawastewatertreatmentplant，nitrogenandphosphorusremovaleffectofA-A2/Oprocessontreatingurbanwastewaterwithlowcarbonwasstudied.ResultsshowedthattheprocesswasefficientinremovalofBOD5，CODandSSandsatisfactorytoGradeAofnationaldischargestandardofGB18918-2002.EffluentconcentrationofNH4-N，TNandTPwerelessthan0.5mg/L，15mg/Land1.5mg/Lrespectively，withremovalefficiencyofTNandTPonly45%and30~50%duetonoenoughcarboninwastewater.Toimprovetheeffectofnitrogenandphosphorusremoval，PACwasusedandimprovedmeasureswereproposed.Itmaybeagoodreferencefordesigningandrunningofsimilarengineering.Keywords：A-A2/Oprocess；urbanwastewater；lowcarbon；phosphorousandnitrogenremoval收稿日期：2008-03-23；修回2008－05－27作者简介：周爱姣（1975-），女，讲师，博士研究生，主要从事水处理理论和技术的研究与应用，（电子信箱）[e-mail]。EnvironmentalScience&Technology第31卷第12期2008年12月Vol.31No.12Dec.2008DOI:10.19672/j.cnki.1003-6504.2008.12.038第12期2生物处理池设计参数及原理2.1设计参数A-A2/O生物池由污泥反硝化池、厌氧池、缺氧池和好氧池4个功能区合建而成，在污泥反硝化池、厌氧池、缺氧池设置水下搅拌器进行混合搅拌；好氧区为传统的廊道式样，采用微孔曝气器进行曝气，并防止污泥沉淀，末端投加PAC辅助除磷。全厂设生物池2座，单座设计流量为3125m3/h，污泥负荷0.13kgBOD5/kgMLSS·d，容积负荷0.42kgBOD5/m3·d，污泥浓度3.2g/L，污泥龄12d，内回流比为100%~300%，污泥回流比最大为100%，HRT=8.5h，其中污泥反硝化区停留时间0.5h，厌氧区停留时间1.0h，缺氧区停留时间1.5h，好氧区停留时间5.5h。主要设备见表2。2.2工艺原理A-A2/O生物池不同于普通的A2/O工艺的最大区别在于设置了污泥反硝化区，全部污泥回流至此，可以利用进水中的碳源进行污泥反硝化而脱氮。由于回流的活性污泥含水率很高，含有大量的经好氧池曝气后的硝酸盐氮，将部分进水与回流到污泥反硝化区的污泥混合，反硝化细菌利用进水中的碳源和其它营养物质在此进行缺氧反硝化，将硝酸盐氮转化为N2，可以大大降低进入厌氧区的硝酸盐氮浓度，减少对厌氧段释磷的影响，还可以起到生物选择，抑制丝状菌生长的作用。A-A2/O生物池中，厌氧区、缺氧区和好氧区仍然是相对独立的系统，各自的溶解氧浓度、污泥浓度及营养物质比例等保持适当的平衡，有利于具有不同功能的微生物的生长和繁殖，具有良好的除磷脱氮及去除有机物的功能。3工艺运行情况该厂实际进水水质如表3。由表3可知，实际进水水质BOD5长期维持比较低的状态，BOD5/COD较低，BOD5/TN4，TP浓度常超出设计值。系统对有机物的去除情况良好，尽管进水COD也常超出设计值，但出水COD稳定在30mg/L以下，BOD5稳定在10mg/L以下，SS均值在10mg/L以下，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。3.1脱氮效果及存在问题图2和图3分别为正常运行连续五周污水厂进、出水TN及TN去除率变化曲线和进、出水NH4+-N及NH4+-N去除率变化曲线。由图2可知，无论进水TN浓度如何变化，出水TN浓度均15mg/L，保持在9mg/L~15mg/L之间，达到GB18918-2002的一级A标准，但未稳定达到设计值。TN去除率在35%~70%之间，平均去除率在45%左右，尽管混合液回流比增至300%，减少排泥，延长污泥龄，去除率仍难以提高。通过分析，发现进水TN中，氨氮占90%，而出水TN中，NO3-N占90%以上，表2A-A2/O生物池主要设备Table2PrincipalequipmentsofA-A2/Obiologicaltank名称规格数量材料安装地点水下搅拌器Φ580n=336r/minN=6.2kW4套不锈钢污泥反硝化池水下搅拌器Φ2500n=32r/minN=3.4kW8套不锈钢厌氧池水下搅拌器Φ2500n=38r/minN=5.5kW8套不锈钢缺氧池管膜式微孔曝气器Q=8m3/个·h4220套橡胶好氧池淹没式循环泵Q=3125m3/hH=0.6m3台铸铁好氧池表3实际进水水质Table3Actualwaterqualityofinfluent项目BOD5CODSSNH4+-NTNTP实际进水水质(mg/L)44~154104~39350~31010.7~23.518.3~37.12.4~5.2实际平均进水水质(mg/L)8125518517.4233.6周爱姣，等A-A2/O工艺处理低碳源城市污水的除磷脱氮效果151第31卷说明硝化过程完全，而反硝化进行的不彻底。根据实际进水水质，BOD5/TN=3.5，污水经过污泥反硝化区和厌氧区后，这个比值将更低。而一般认为，当废水的BOD5/TN值4~6时，碳源才充足，实际的C/N比需求可高达8[1-3]。污水经过污泥反硝化区和厌氧区后进入缺氧区，可被微生物利用的碳源所剩无几，检测结果也表明，COD的最大表观去除率在厌氧段[4]，可达80%甚至更高，也就是说进入缺氧池的COD不足60mg/L。因此，系统中反硝化不彻底的主要原因是碳源不足，要进一步提高TN去除率，需补充碳源。但由原水固有的性质，处理水量又较大，外加碳源必然会增加成本，若在设计时，考虑缺氧池也可部分进水，反硝化菌就可直接利用进水中的碳源，将有利于TN的进一步提高。由图3可知，氨氮出水浓度≤0.5mg/L，去除率98%，优于GB18918-2002的一级A标准（5mg/L），也优于GB3838-2002《地表水环境质量标准》III类标准（1.5mg/L），表明硝化过程进行良好。但另一方面，过渡的硝化意味着能耗的增加，系统可在保证COD和氨氮达标的情况下，适当的减少曝气量，以防止污泥老化造成出水SS上升，也节省能耗。3.2磷去除效果及存在问题系统运行相对稳定时，通过生物除磷，平均出水TP浓度在1.5mg/L以下，但不够稳定，只有当进水TP浓度较高时，去除率才达到60%左右，大多数的去除率在30%~50%之间。通过加大排泥，减少泥龄后，TP的浓度仍难以达到1.0mg/L以下，见图4。图4为连续6周仅通过生物除磷，污水中TP的变化情况。图4的TP变化情况表明，尽管该系统优先保证聚磷菌对碳源的需求，也即聚磷菌在厌氧段吸收水中的易降解有机物并合成PHB及糖原以提供过量吸收磷的能量[2，5]，但还是由于碳源不足，生物除磷效果并不理想。为了进一步降低出水TP的浓度，采取了辅助化学除磷，在好氧区的末端投加聚合氯化铝（PAC），通过原有出水堰跌落水头的剧烈混合作用，实现除磷。在PAC的投加量为15mg/L时，出水TP浓度能稳定在1mg/L以下。图5为投加了聚合氯化铝后连续5周污水厂进、出水TP及TP去除率变化曲线。从图中可看出，辅助化学除磷后，系统的TP去除率可达到95%，除磷效果良好。4结语根据目前的处理状况，A-A2/O工艺用于低碳源城市污水处理，尽管出水水质已达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，但TN还不能稳定的达到设计值。从进一步提高出水水质和节能降耗的角度考虑，生物除磷脱氮的效果还可进一步提高，对该系统有以下结论和建议：（1）系统对氨氮去除效果良好，出水NH4+-N0.5mg/L，去除率达98%，优于GB3838-2002《地表水环境质量标准》II