倒置式A2O工艺在南方城市污水处理厂的运用

2008·6CitiesandTownsConstructioninGuangxi★★技术推广与应用★★摘要：本文通过南宁市江南污水处理厂的工艺运行实例，分析了南方城市污水的特点，探讨了实际工程中倒置式A2O工艺在南方城市污水处理厂的的控制运用。关键词：南方城市污水处理倒置式A2O工艺[中图分类号][TU992.3][文献标识码]A我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐。去年以来，全国上下加强了节能减排工作，国务院发布了加强节能工作的决定，制定了促进节能减排的一系列政策措施。随着节能减排工作的推进，城市污水处理厂成为了每个中小型以上城市所必备的一项市政工程项目。随着我国新的《污水综合排放标准》的颁布实施，强化生物除磷脱氮技术在新建的污水处理厂工程中获得了广泛的使用。其中倒置式A2O工艺以其高效的除磷脱氮特点，成为了较多新建城市污水处理厂使用的一种工艺。然而，由于我国南方城市存在着进水水质浓度低的显著特点，在对倒置式A2O工艺的运用上不同于其他地区。1南方城市污水水质情况南方城市人均生活用水量大，其中洗涤、淋浴用水量占80%左右，加之南方城市雨水较多，而且排水系统多为合流制，使得城市污水浓度较低。此外，地下水渗入排水管内，化粪池的不合理设置，也是造成南方城市污水浓度低的原因。南宁市位于北回归线南侧，地处广西西南部，是典型的亚热带城市。长夏无冬，气温高，降水多，日照适中，雨热同季。技术人员对南宁市江南污水处理厂的进水水质进行化验检测，平均数据统计如表1所示。[文章编号]1672-7045(2008)06-0073-04○李家龙丘静2007年9月2007年10月2007年11月2007年12月2008年1月平均值COD（mg/l）174186195197144179BOD5（mg/l）76.290.877.580.368.778.7SS（mg/l）9784821248695TP（mg/l）2.572.602.803.322.922.84TN（mg/l）24.626.026.328.629.026.9NH3-N（mg/l）20.021.422.124.223.522.2表1南宁市江南污水处理厂进水水质统计表设计进水水质实际进水平均值设计出水水质COD(mg/l)40017960BOD5(mg/l)18078.720SS(mg/l)2309520TP(mg/l)52.841.5TN(mg/l)4026.920NH3-N(mg/l)3022.28表2南宁市江南污水处理厂设计进水与实际进水对比值倒置式A2O工艺在南方城市污水处理厂的运用72732008·6★★技术推广与应用★★CitiesandTownsConstructioninGuangxi表2中数据显示：江南污水处理厂的实际进水水质与设计进水水质相差很大，特别是实际进水COD不到设计进水COD的一半。对于生物除磷脱氮来说，足够的碳源是保证生物除磷脱氮顺利进行的必要保障，增加碳源就等于增加了除磷脱氮的可生化性。2江南污水处理厂概况南宁市江南污水处理厂规划设计总规模为96万吨/日。现在已投入使用的一期工程日处理量为24万吨，采用倒置式A2O工艺进行生化二级处理，出水水质达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级B标准。主体构筑物主要有进水泵房、细格栅、旋流沉砂池、初沉池、曝气池、鼓风机房、二沉池、消毒渠、最终出水井、污泥浓缩脱水机房、变电房等。厂内主要仪器设备大多从国外引进，具有国际先进水平。生产工艺控制实现现场手动控制、单元集中控制和全厂自动控制三级控制，是广西第一座拥有除臭系统的环保型城市污水处理厂。全厂处理工艺流程图如图1所示：3倒置式A2O工艺3.1除磷脱氮原理倒置式A2O工艺呈A2（缺氧）/A1（厌氧）/O（好氧）的布置形式。每区宽均为12.5m，缺氧区长46m，厌氧区长24m，好氧区总长140m。设计总水力停留时间9小时，设计总泥龄13.6天。由于进水中C/P、C/N普遍较低，在进水渠道内通过调整叠梁闸，使70%～90%来水通过进水渠道首先进入厌氧区，10%～30%原水进入缺氧区。在缺氧区里利用10%来水中的有机物与回流污泥进行反硝化反应，将回流污泥中的硝态氮去除，既消除了硝态氮对后续厌氧区的不利影响，也达到了脱氮的作用。在厌氧区里，污泥厌氧放磷，合成PHB（聚β羟基丁酸）。在好氧区里，有机污染物被污泥中的细菌分解为二氧化碳和水；PHB好氧分解，聚磷菌增殖吸磷，此段中的吸磷量远大于厌氧区中的放磷量，吸收磷的污泥以剩余污泥的形式排放达到除磷的目的；运用硝化菌进行硝化反应，将污水中的氨氮氧化为硝态氮进入回流污泥中，在缺氧区中分解。3.2工艺调整后除磷效果的比较在南宁市江南污水处理厂运行初期，技术人员按照设计参数运行。经过一段时间的运行，技术人员通过化验数据总结得出：由于进水浓度远低于设计进水浓度，若按照设计参数运行除磷效果差：总磷的处理率为25.5%，进水总磷为2.47mg/l，出水总磷为1.84mg/l，没有达到排放标准；总氮处理率略高于总磷的处理率，为31.6%，进水总氮为23.3mg/l，出水总氮为15.9mg/l，已经达到排放标准。为了解决出水总磷偏高的问题，技术人员对工艺进行一些调整。3.2.1增加剩余污泥的排放量由于除磷是依靠剩余污泥的排放而达到的，当除磷效果不好的时候，我们首先想到的是增加剩余污泥的排放量。但是通过一段时间高强度排放剩余污泥后，技术人员通过化验数据分析发现这项工艺调整并没有加大磷的处理率。由此证明，剩余污泥中含磷量很低，原水中大部分的磷还停留在水体中。技术人员分析磷大部分停留在水体中的原因有两个：①由于已经吸收磷的剩余污泥在二沉池厌氧引起放磷；②聚磷菌在好氧区没有增殖吸磷。为了找出引起问题的真正原因，在二沉池进水口处取样，沉淀后取其上清液进行总磷的检测。结果发现上清液总磷与二沉池出水总磷相差无几。由此证明，引起问题的真正原因是聚磷菌在好氧区没有增殖吸磷。针对这个问题，技术人员再次对工艺进行调整。3.2.2调整曝气池溶解氧在调整曝气池溶解氧的过程中，将好氧区出口处溶解氧控制从图1南宁市江南污水处理厂处理流程图74752008·6CitiesandTownsConstructioninGuangxi★★技术推广与应用★★1.5mg/l调整到5mg/l，以此观察在不同溶解氧的条件下磷的去除率有什么变化。通过观察发现溶解氧变化时，除磷率都没有明显的变化。由此说明，聚磷菌在好氧区增殖少了一个必要条件，那就是储存在聚磷菌体内的能量物质PHB。在倒置式A2O工艺除磷脱氮原理的介绍中已经讲到PHB的合成与降解，作为一种能量的储存于释放过程，在聚磷菌的放磷和吸磷过程中起着十分重要的作用。PHB是聚磷菌在完全厌氧状态下厌氧合成的，因此，所要控制的重点是厌氧区。3.2.3减少回流量考虑到造成厌氧区不完全厌氧的主要原因是因为缺氧区没有将硝态氮消耗殆尽，硝态氮中的化合态氧引起了厌氧区不完全厌氧，因此技术人员直观地首先减少了回流量。但是经过观察发现：减少回流量以后，不仅没有提高除磷率，还因为二沉池的污泥没有及时回流造成污泥厌氧放磷。因此，应保持回流量，通过提高缺氧区中硝态氮的去除率降低进入厌氧区的硝态氮。3.2.4减少初沉池运行时间减少初沉池运行时间，调整缺厌氧进水比。由于缺氧区中的反硝化反应需要原水中的碳源，加上南方城市的普遍原因，进入曝气池的COD较设计值低得多。为了解决进水碳源低的问题，技术人员通过调整初沉池的运行，减少了初沉池的运行时间。这一举措虽然增大了除磷效率，但是效果还不是很明显。本着尽量增加缺氧区碳源的原则，技术人员提出将缺氧区的进水比由原来的10%调整至30%甚至40%。这样，大量碳源参与反硝化，提高了缺氧区的脱氮效率，从而减少了厌氧区进水的硝酸盐浓度，进而可改善厌氧区的绝对厌氧环境。这样的举措对于聚磷菌的厌氧放磷，合成PHB都是充分的利好条件。实践证明，大缺氧区进水比提高后，除磷效率明显提高。3.2.5超越初沉池在参考了国内相似工艺的污水处理厂的运行经验后，技术人员提出：倒置式A2O工艺可以承受高浓度进水。南宁市江南污水处理厂进水浓度平均为180mg/l，是在该处理系统可承受的范围之内的，如果将预处理出水超越初沉池直接进入曝气池，不仅可以满足除磷脱氮的碳源需求，还可以减轻运营费用。经过实践证明，超越初沉池后除磷效果得到了更明显改善。4经验总结4.1几种工艺调整后对比分析技术人员对几种工艺调整后的水质做了对比分析。几种工艺调整后水质分析图如图2、图3所示。从对比图中，可以得到以下结论：（1）当减少初沉池运行后，总磷与总氮的去除率明显提高。说明提高对曝气池进水的碳源对生物除磷脱氮有明显效果。当进水COD/TP超过80的时候，除磷率明显提高。因此，要求较高除磷率一定要将进水COD/TP尽量提高。如果在实际运行中，超越初沉池仍然达不到此比值时，可通过外加碳源实现。（2）从总磷、总氮去除率的对比图中（图3）明显看到，除磷脱氮在工艺控制上的确是一对矛盾。当加大缺氧区进水比使得总磷处理率提高时，除氮率陡然下降。虽然可以找图2工艺调整对碳源比的影响对比图图3工艺调整对总磷、总氮去除率的影响74752008·6★★技术推广与应用★★CitiesandTownsConstructioninGuangxi到让除磷脱氮效率相当的运行参数，但是笔者认为提高除磷率还是提高脱氮率取决于污水处理厂实际进水水质。值得一提的是南宁市江南污水处理厂进水中总氮较低，在几次工艺调整中，虽然总氮的处理率有下降的情况，但是出水总氮仍然达标。所以在江南污水处理厂的实际工艺运用中，技术人员在保证出水总氮达标的情况下仍然倾向于总磷高处理率的工艺运用。从几次的工艺调整经验得出，对于南方城市污水低浓度的情况，倒置式A2O工艺可超越初沉池运行，以提高曝气池的进水浓度，加大曝气池的进水碳源。而在倒置式A2O工艺的控制上，应将缺氧区进水比控制在30%～50%，尽量在缺氧区完成反硝化，从而保证厌氧区绝对的厌氧状态。4.2运行参数及存在问题在运行过程中，经过反复实验得到适合的运行参数，如表3所示。在运行过程中，技术人员发现此运行模式尚存在一些问题以待改进：（1）由于超越初沉池运行，所以进入曝气池的污水浮渣较多，水体表面观感不太好，这样会加重二沉池浮渣收集器的工作负荷。这个问题可以通过人工清除暂时解决。（2）在设计中，由于考虑曝气池使用的是倒置A2O工艺，进水首先进入缺氧区或厌氧区。为了避免缺氧区进水携带太多溶解氧，所以选择使用旋流式沉砂池。但是实践证明，技术人员通过旋流沉砂池与曝气沉砂池的比较得出旋流沉砂池除砂率较低、除油率较低。如果超越初沉池运行，将会将污水中未处理的大量砂粒带入曝气池，加大了对曝气池搅拌器、曝气盘的磨损，也会造成污泥泵房的积砂。但是由于南方城市污水含油量低，所以除油率低不会影响出水含油量的达标。所以，如果新建污水处理厂在考虑取消初沉池的同时，应考虑选择除砂效果较好的沉砂池。5结束语生物除磷脱氮技术是目前正在深入研究的课题。倒置式A2O工艺是目前除磷脱氮效果较好的一种工艺。笔者通过反复的工艺变化实验，得出了适合于南方城市低浓度污水处理的工艺运行参数。只要在日常的运行管理中，技术人员根据实际情况掌握好各种因素对工艺除磷脱氮的影响并加以控制，也可以让低浓度废水实现较高除磷率。除磷脱氮在对泥龄的要求上本身是一对矛盾体，技术人员可通过工艺调整找到适合本厂进水水质的运行参数，保证出水总磷、总氮的达标排放。参考文献[1]高廷耀，顾国维.水污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，1999.[2]朱亮，张文妍.水处理工程运行与管理[M].北京：化学工业出版社，2004.（作者单位：南宁市江南污水处理厂，广西南宁530031）进水水质COD（mg/l）BOD5(mg/l)SS(mg/l)TP(mg/l)TN(mg/l)NH3-N(mg/l)19969.1541.99189.4运行参数曝气池好氧区出口DO(mg/l)缺氧区ORP(mv)