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改良A2/O分段进水工艺用于污水厂升级改造朱云鹏1，彭永臻1，2，王继苗3，黄东辉4，祝征圣3，赵勇4，王淑莹1，刘旭1(1．北京工业大学环境与能源工程学院，北京100124;2．哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090;3．青岛开投双元水务有限公司，山东青岛266109;4．江苏裕隆环保有限公司，江苏无锡214214)摘要:采用传统A2/O工艺处理市政污水时出水水质很难达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级A标准。青岛城阳污水处理厂采用改良A2/O分段进水工艺进行升级改造，通过分段进水的形式强化系统对原水中碳源的利用，提高对污染物的去除能力。运行结果表明，经改良后生物池对COD、NH+4－N和TN的去除率分别能够稳定维持在86．25%、95%和66%以上，最终出水平均值分别为38、1．57和13．56mg/L，满足一级A排放标准;对TP的去除率在81．40%以上，在深度处理时投加少量氯化铁进一步对磷进行去除，出水值也达到了一级A标准。经改良后，生物池出水水质在达到一级A标准的基础上每天可节省电耗约672kW·h。关键词:A2/O工艺;分段进水;升级改造;悬浮填料;一级A标准;节能降耗中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1000－4602(2012)07－0022－06基金项目:“十一五”国家科技支撑计划重点项目(2009BAC57B01);国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07317－007－105)ModifiedStep-feedA2/OProcessforUpgradeandReconstructionofWWTPZHUYun-peng1，PENGYong-zhen1，2，WANGJi-miao3，HUANGDong-hui4，ZHUZheng-sheng3，ZHAOYong4，WANGShu-ying1，LIUXu1(1．CollegeofEnvironmentalandEnergyEngineering，BeijingUniversityofTechnology，Beijing100124，China;2．CollegeofMunicipalandEnvironmentalEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150090，China;3．QingdaoKaitouShuangyuanWaterCo．Ltd．，Qingdao266109，China;4．JiangsuYulongEnvironmentalProtectionCo．Ltd．，Wuxi214214，China)Abstract:WhenthetraditionalA2/Oprocessisusedtotreatmunicipalwastewater，theeffluentqualitycanhardlymeetthefirstlevelAcriteriaspecifiedinDischargeStandardofPollutantsforMunici-palWastewaterTreatmentPlant(GB18918－2002)．Themodifiedstep-feedA2/OprocesswasadoptedforupgradeandreconstructionoftheQingdaoChengyangWWTP．Adoptingstep-feedingpatternsen-hancedthecarbonsourceuseandtheremovalefficiencyofpollutants．Theresultsshowedthattheremov-alratesofCOD，NH+4－NandTNinthebiologicaltankweremorethan86．25%，95%and66%，re-spectively，andtheaverageeffluentconcentrationswere38mg/L，1．57mg/Land13．56mg/Lrespec-tively，meetingthefirstlevelAcriteriadischargestandard．TheremovalrateofTPwasmorethan81．40%，andeffluentTPconcentrationsatisfiedthefirstlevelAcriteriadischargestandardafterthead-·22·第28卷第7期2012年4月中国给水排水CHINAWATER＆WASTEWATERVol．28No．7Apr．2012ditionofironchlorideintheadvancedtreatmentforphosphorusremoval．Atthesametime，thebiologicaltanksaved672kW·hofpowerconsumptionperday．Keywords:A2/Oprocess;step-feed;upgradingandreconstruction;suspendedcarrier;thefirstlevelAcriteria;energysavingandconsumptionreducing随着国家对污水排放标准的提高，脱氮除磷新工艺的研究、开发和工程应用越来越受到污水处理界的重视。20世纪90年代以来，国外学者将分段进水的概念应用于脱氮除磷系统，并对此进行了广泛的研究。目前在美国、日本、新西兰等国的污水处理厂中已经开始应用连续流分段进水A/O工艺处理市政生活污水，但在我国尚没有实际工程应用［1，2］。连续流分段进水A2/O工艺作为一种高效的生物脱氮除磷工艺，具有所需池容较小、脱氮效率高、抗冲击负荷能力强等优点，在我国已进行了广泛的试验研究。祝贵兵等［3］探讨了分段进水生物脱氮工艺设计参数的优化，与前置反硝化工艺相比，分段进水生物脱氮工艺可在总反应池容积减少的情况下保持较高的总氮去除率，流量分配比在温度、进水水质和水量变化较大的情况下影响系统的优化运行;王伟等［4～6］阐述了分段进水脱氮工艺的控制要点，并对进水流量分配比、段数、C/N值、污泥回流比、溶解氧等因素做了详细的研究;葛士建等［7］采用改良UCT分段进水工艺处理实际生活污水，建立了碳、氮、磷的物料衡算公式，并以稳态条件下的试验数据为基础分析了各指标的物料分布情况。这些系统性研究为分段进水A2/O工艺在工程中的应用奠定了理论基础。青岛城阳污水处理厂采用传统A2/O工艺，系统对TN和TP的去除率分别为27．2%和57．1%，出水水质达不到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级A标准。原A2/O工艺为单一污泥混合生长系统，此系统存在一些固有的缺陷，多种微生物混合生长势必会带来同步脱氮除磷的矛盾:自养菌和异养菌混合生长的泥龄矛盾、聚磷菌和反硝化菌竞争电子供体的矛盾等，这导致了传统A2/O系统的脱氮除磷效率不会很高。为提高系统的脱氮除磷性能，同时实现节能降耗，采用改良A2/O三段进水工艺对该厂进行升级改造，通过分段进水的方式提高系统对原水中碳源的利用率，强化系统的脱氮除磷能力，并通过投加悬浮填料来提高硝化性能［8，9］。1材料及方法1.1生物池进水水质与分析方法城阳污水处理厂进水中工业废水所占比例为60%。原水COD为174～555mg/L，BOD为44～240mg/L，TKN为29．34～52．18mg/L，NO－2－N为0．046～0．455mg/L，NO－3－N为0～6．44mg/L，TP为3．02～25．89mg/L，pH值为6．75～8．07。COD、BOD、NH+4－N、NO－2－N、NO－3－N、TN、MLSS等采用国家标准方法测定，TKN采用K9840凯氏定氮仪和HD4020凯氏定氮滴定系统测定，pH值采用WTW340i测定仪检测。选用江苏裕隆环保有限公司生产的YL－Ⅱ型(25mm×12mm)悬浮填料。该填料采用科学配方，在高分子材料中融合多种有利于微生物快速附着生长的微量元素，经过特殊工艺改性、构造而成，具有比表面积大、亲水性好、生物活性高、挂膜快、处理效果好、使用寿命长等优点。载体的比表面积＞500m2/m3，孔隙率＞95%，密度约为0．95g/cm3，适用温度为－35～65℃。1.2运行方式城阳污水处理厂原来采用传统A2/O工艺(两组池子)，处理水量为5×104m3/d，污泥回流比为100%，硝化液回流比为400%。改造后采用三段进水A2/O工艺运行，省却硝化液回流，在第二段和第三段好氧区中投加悬浮填料，工艺如图1所示。图1改良A2/O三段进水工艺示意Fig．1Schematicdiagramofmodifiedthree-feedA2/Oreactor调试分为两个阶段:第一阶段为2011年1月22日—3月14日(1～47d)，污泥回流比为78%，·32·．watergasheat．com朱云鹏，等:改良A2/O分段进水工艺用于污水厂升级改造第28卷第7期流量分配比不确定，在该阶段好氧区的悬浮填料在启动一周后大量堆积在拦截筛网前端，笔者称之为筛网堵塞;第二阶段为2011年3月15日—6月5日(48～109d)，于拦截筛网底部布置穿孔曝气管，以解决筛网堵塞问题，同时维持污泥回流比为78%、流量分配比为40∶30∶30。2运行结果分析2.1改造前的出水水质进水COD/TN值在4．9～16．2之间，平均为8．29，原水碳源相对充足，理论上可以满足生物脱氮除磷的需求。在升级改造前传统A2/O工艺的除污效果见表1(TN数据为2010年9月—2011年1月的统计值，其余为2010年的运行数据)。表1改造前传统A2/O工艺的除污效果Tab．1Pollutantsremovalbeforereconstruction项目CODNH+4－NTNTP去除率范围/%60．56～95．334．39～98．496．3～47．1817．65～74．4平均去除率/%81．584．727．257．1平均出水值/(mg·L－1)344．2320．851．89原A2/O工艺出水中的氨氮、总氮和总磷浓度偏高，缺氧结束时的NO－3－N值仍达8．1～10．22mg/L，说明系统中存在有机碳源利用不合理的问题。部分碳源在厌氧区和缺氧区被用来释磷以及反硝化脱氮，但大部分的有机碳源在好氧区被氧化分解，而没有被优先用于脱氮除磷，造成了碳源的极大浪费。而且回流污泥中含有一定量的硝酸盐，回流到厌氧区后利用进水中的VFA进行反硝化，从而使厌氧释磷所需碳源不足，影响了系统的充分释磷，进而导致好氧段吸磷不完全，使系统的除磷效率降低。传统A2/O工艺中出水NO－3－N浓度的高低取决于硝化液回流比的大小，对于前置反硝化工艺而言，要达到75%的TN去除率，污泥回流比和硝化液回流比分别应为100%、200%［10］，如要达到更高的TN去除率，需加大回流比，但过高的回流比会导致生物池中流态趋向于完全混合式，不利于对TN的去除。因此，本次改造的目的是提高系统的硝化能力并且强化系统对碳源的利用，同时达到节能降耗的目的。2.2改造后的运行情况2.2.1悬浮填料的流化状态在生物池的好氧区投加悬浮填料，为防止填料随出水流失，在曝气池的末端设置一道拦截筛网。但在实际工程中，由于推流式廊道较长，各点的曝气强度不均匀，造成靠近筛网的下游区域填料堆积现象严重，阻挡了泥水混合液的通过。孙广路等［11］把填料堆积称之为“岛屿”现象，并认为推流式廊道低填充率区段内的填料沿池长呈指数型分布，而在下游高填充率区段内填料有自发形成“岛屿”并长大、稳定的趋势。可见，廊道越长则填料的堆积作用越明显。季民等［12］认为反应器中的流态分布并不均匀，在流速较小的区域填料容易出现停滞和堆积，建议采取一定的导流措施来强制循环，如改进曝气装置的布置方式、将反应器池壁四角抹成斜面或内置导流板等，以使反应器内流态分布趋于均衡。张成林等［13］在其研究中采用导流板强制循