濮陽市污水處理廠脫氮改造分析

肖培林，王俊嶺，魏淑美

（濮陽市污水處理廠，河南濮陽 457000）

濮陽市污水處理廠設(shè)計處理能力為10萬m3／d，工程于1999年開工建設(shè)，2002－12竣工驗收。設(shè)計在1998年，出水執(zhí)行GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，對總氮沒有要求，氨氮的質(zhì)量濃度要求不大于15 mg／L［1］，然而，2002年GB 18918—2002頒布執(zhí)行，出水總氮的質(zhì)量濃度要求不大于20mg／L。當(dāng)時污水處理廠實際處理水量約7.3萬m3／d，自建成投產(chǎn)后，化學(xué)需氧量（CODCr）、生化需氧量（BOD5）、懸浮物（SS）和總磷等指標(biāo)均能達標(biāo)，但總氮和氨氮有時超標(biāo)。

1 脫氮工藝改造

根據(jù)豫發(fā)改城市［2008］579 號文件的要求，濮陽市污水處理廠進行了脫氮工藝改造，工程由中國市政工程中南設(shè)計研究院進行設(shè)計，工程分2期進行。一期改造工程投資653.45萬元，于2009－06完工，出水指標(biāo)經(jīng)濮陽市環(huán)保局監(jiān)測達到改造要求。二期改造工程投資3 195.64 萬元。工程完成后，出水指標(biāo)中氨氮由原來的GB 18918—2002一級B 標(biāo)準(zhǔn)提升為一級A 標(biāo)準(zhǔn)，出水指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 改造前后出水指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Effluent quality standard of befove or after the reform

濮陽市污水處理廠采用具有脫氮除磷功能的A2／O 工藝。但由于少數(shù)企業(yè)偷排，造成實際進水水質(zhì)與設(shè)計值有一定差距，特別是總氮和氨氮高于設(shè)計值，相比之下BOD5偏低，即碳氮比值偏低，易造成出水總氮、氨氮超標(biāo)。

2 改造前進、出水水質(zhì)分析

濮陽市污水處理廠2003年～2008年運行數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 濮陽市污水處理廠2003年～2008年運行數(shù)據(jù)Tab.2 Operation data of Puyang City Sewage Treatment Plant（2003～2008）

2.1 進水水質(zhì)分析

根據(jù)濮陽市污水處理廠工程初步設(shè)計報告，進水的BOD5的質(zhì)量濃度為160mg／L；CODCr的質(zhì)量濃度為350mg／L；SS的質(zhì)量濃度為220 mg／L；氨氮的質(zhì)量濃度為30 mg／L；總磷的質(zhì)量濃度為2 mg／L［1］。

根據(jù)表2可知進水水質(zhì)有如下特點：BOD5，CODCr，SS年均值稍低于設(shè)計值，總體穩(wěn)定；總磷年均值高于設(shè)計值，總體比較穩(wěn)定；氨氮各年均值均都高于設(shè)計值，且呈遞增態(tài)勢；總氮各年均值均較高，且逐年遞增。

總之，進水水質(zhì)的最大特點是總氮、氨氮均較高，碳氮比值偏低。

2.2 出水水質(zhì)分析

根據(jù)表2，BOD5，CODCr，SS這3 項 指 標(biāo) 去 除率均較高，出水水質(zhì)達到GB 18918—2002一級B標(biāo)準(zhǔn)；2006年上半年以前，總氮、氨氮達到一級B標(biāo)準(zhǔn)；2006年下半年以來，總氮、氨氮去除效果較差。由于不斷優(yōu)化調(diào)整運行模式，2008－05 以來，氨氮已達到一級B標(biāo)準(zhǔn)，總氮去除率還有待提高；2006年上半年以前，總磷質(zhì)量濃度為1.0～2.5 mg／L，2006年下半年以后，總磷的質(zhì)量濃度一般小于1.0mg／L。

綜上分析，在現(xiàn)有進水水質(zhì)條件下，各指標(biāo)均可達到一級B標(biāo)準(zhǔn)；但氨氮不能達到一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 出水氮超標(biāo)的原因總結(jié)

1）進水總氮、氨氮濃度很高，超過設(shè)計值。

2）原設(shè)計按GB 8978—1996要求進行，對出水總氮沒有要求。目前要求的出水總氮濃度超過原設(shè)計的處理能力，生物處理池在新要求下存在缺陷。

3 脫氮改造工藝原理

為了使出水氨氮達到一級A 標(biāo)準(zhǔn)的要求。濮陽市污水處理廠制定出脫氮工藝改造方案。由于反硝化作用需要消耗碳源，減少進入好氧區(qū)的BOD5，有利于提高氨氮去除效果；總氮的去除則利用反硝化反應(yīng)。氮是藻類生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，容易引起水體的富營養(yǎng)化，因此，控制出水總氮是必要的。經(jīng)過好氧生物處理后的污水，大部分的氮在微生物的作用下被氧化成為硝酸鹽，反硝化菌在溶解氧濃度極低或缺氧情況下可以利用硝酸鹽中的氮作為電子受體，氧化有機物，將硝酸鹽中的氮還原成氮氣，從而完成污水的脫氮過程，稱為反硝化過程［2］；其能量來源于污水中的有機物碳源。

硝化過程有H＋產(chǎn)生，要消耗水中堿度，隨著消耗加大，污水的pH 值將下降至不能維持正常的硝化反應(yīng)。而反硝化反應(yīng)則伴隨有OH－產(chǎn)生，使硝化過程消耗的部分堿度得到補充。反硝化反應(yīng)的成功進行，可使出水總氮降低，從而降低能耗，回收堿度，有利于硝化反應(yīng)的進行。

影響反硝化過程的因素大致如下。

1）溫度 溫度對反硝化過程影響較大，低于15℃，反硝化反應(yīng)速率明顯降低；

2）pH 值 反硝化過程最適宜的pH 值范圍為7.0～7.5，污泥內(nèi)回流有利于保持反硝化段合適的pH 值；

3）溶解氧（DO） 反硝化反應(yīng)在缺氧條件下進行，一般認為，活性污泥中ρ（DO）≤0.5 mg／L 時，反硝化反應(yīng)才能正常進行；

4）碳源有機物 反硝化反應(yīng)是由異養(yǎng)型微生物完成的生化反應(yīng)，它們在溶解氧極低的條件下利用硝酸鹽中的氧作用電子受體，有機物作為碳源及電子供體；

5）碳氮比（一般用C／N 表示） C／N≥3.5 時才能進行有效脫氮，濮陽市污水中碳氮比值偏低；

6）反硝化菌對有毒物質(zhì)的敏感性比硝化菌低，與一般有毒物質(zhì)（如好氧異養(yǎng)菌）相同［3］。

4 進水水質(zhì)的技術(shù)性能分析

由表2，對進水水質(zhì)進一步分析可知：

1）進水BOD5，CODCr的質(zhì)量濃度與設(shè)計值接近，ρ（BOD5）／ρ（CODCr）＞0.45，說明污水生化性較好；

2）C／N≥2.86，能進行脫氮。如果進水碳氮比值偏低，生物脫氮所需碳源不夠充分，會影響總氮去除效果。

5 脫氮工藝改造設(shè)計方案

根據(jù)2008年當(dāng)時的進水水量及水質(zhì)情況，改造分二期進行。

5.1 一期改造

一期改造在現(xiàn)有的生物處理池上進行，使出水達GB 18918—2002一級A 標(biāo)準(zhǔn)，但由于延長停留時間、增大曝氣、增加回流量［4］，最終使處理規(guī)模由原來的10萬m3／d縮減為6萬m3／d。具體改造如下：

1）增加污泥內(nèi)回流泵（每溝2臺），原有內(nèi)回流控制門取消，對缺氧區(qū)與好氧區(qū)之間的池壁適當(dāng)改造，用于安裝污泥內(nèi)回流泵；

2）增加潛水推流器（每溝4臺），設(shè)置在好氧區(qū)中間走道板側(cè)邊，以提高工藝調(diào)度的靈活性；

3）從生物處理池進水管開口接支管至缺氧區(qū)。

構(gòu)筑物的改造情況見圖1和圖2。

圖1 改造前1，2號氧化溝工藝圖Fig.1 Process diagram of the No.1and No.2oxidation ditches before the transformation

圖2 一期改造后1，2號氧化溝工藝圖Fig.2 After the one period transformation No.1，No.2 oxidation ditch process diagram

一期改造后運行進、出水水質(zhì)見表3。

表3 一期改造后運行進、出水水質(zhì)Tab.3 Inlet and outlet water quality of after the first transformation

由表3數(shù)據(jù)可以看出，出水水質(zhì)中總氮和氨氮較改造前處理效果明顯提高。經(jīng)分析，有2個原因：一是進水中總氮和氨氮濃度有所降低，二是工藝改造起到作用。通過對構(gòu)筑物的改造使出水氨氮達GB 18918—2002一級A 標(biāo)準(zhǔn)（其他指標(biāo)達一級B標(biāo)準(zhǔn)），實現(xiàn)了工藝改造的目的。

5.2 二期改造

為使處理規(guī)模由6萬m3／d恢復(fù)至10萬m3／d，增建4萬m3／d生物處理池1 座；對現(xiàn)有鼓風(fēng)機房進行土建改造，新增1臺鼓風(fēng)機；對電氣、自控設(shè)備改造；對現(xiàn)有進水、污泥回流、鼓風(fēng)管道等進行改造。

新增生物處理池設(shè)計參數(shù)［5］如下。

設(shè)計規(guī)模：4萬m3／d；

有效容積：25 190m3（扣除隔墻后的凈容積）；

水力停留時間：15.12h；

污泥負荷：0.11kg／（kg·d）；

總污泥齡：19d；

混合液回流比：200%～300%；

污泥外回流比：50%～100%；

供氣量：160m3／min；

剩余污泥干質(zhì)量：5.2t／d。

采用改良型A2／O池型（見圖3），單座平面內(nèi)空尺寸為107.4m×40.8m，池內(nèi)水深6.0m，總高7.0m。

新生物處理池分為預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)4個部分。

預(yù)缺氧區(qū)內(nèi)設(shè)2 臺潛水?dāng)嚢杵?，額定功率為2.5kW；厭氧區(qū)內(nèi)設(shè)2臺潛水推流器，葉輪直徑為2 500mm，額定功率為4.3kW；缺氧區(qū)內(nèi)設(shè)5臺潛水推流器，額定功率為2.3kW；好氧區(qū)設(shè)7臺潛水推流器，額定功率為5.7kW。好氧區(qū)曝氣采用D215盤式微孔曝氣器，共設(shè)置3 570個。設(shè)混合液回流泵2 臺，處理能力為2 500 m3／h，揚程為0.5 m，額定功率為5.5kW。供氣管來自鼓風(fēng)機房，供氣管上設(shè)置可調(diào)節(jié)電動蝶閥1臺。

采用連續(xù)進水，連續(xù)曝氣。曝氣量可由設(shè)置于池內(nèi)的DO 儀反饋控制鼓風(fēng)機，調(diào)節(jié)供氣量。

二期工程于2011－03－16開工，2012－08－20進行試生產(chǎn)，試生產(chǎn)以來運行效果良好，各項工藝指標(biāo)均達到設(shè)計要求，2012－11－29進行了竣工驗收，濮陽市環(huán)保局對工程進行了環(huán)保驗收。

圖3 新增氧化溝工藝圖Fig.3 Process diagram of new the oxidation ditch

二期改造后試運行以來進、出水水質(zhì)見表4。

表4 二期改造后運行進出水水質(zhì)Tab.4 Inlet and outlet water quality after the second transformation

由表4數(shù)據(jù)可以看出，出水水質(zhì)中氨氮達到GB 18918—2002一級A 標(biāo)準(zhǔn)，其他指標(biāo)滿足一級B標(biāo)準(zhǔn)，達到了工藝改造的目的。

6 改造工程的效益分析

本次技術(shù)改造提高了城市污水治理效果，滿足了出水氨氮達GB 18918－2002 一級A 標(biāo)準(zhǔn)的要求，可減輕城市污水對下游水體的污染，改善城市的環(huán)境衛(wèi)生面貌，對提高人民生活質(zhì)量及健康水平起到積極作用，此次脫氮工藝改造具有明顯的社會效益和環(huán)境效益。

／References：

［1］ 楊孟進，陳漢平，李 虹，等.濮陽市污水處理廠工程初步設(shè)計［R］.武漢：中國市政工程中南設(shè)計研究院，1998.YANG Mengjin，CHEN Hanping，LI Hong，et al.Preliminary Design of the Sewage Treatment Plant Project in Puyang City［R］.Wuhan：Southern China Municipal Engineering Design＆Research Institute，1998.

［2］ 高廷耀，顧國維，周 琪.水污染控制工程（下冊）［M］.第3版.北京：高等教育出版社，2007.GAO Tingyao，GU Guowei，ZHOU Qi.Water Pollution Control Engineering（partⅡ）［M］.3rd ed.Beijing：Higher Education Press，2007.

［3］ 宗立遠.脫氮新方法研究［J］.河北工業(yè)科技，2007，24（4）：192－194.ZONG Liyuan.Study on a new denitrogenation technology［J］.Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2007，24（4）：192－194.

［4］ 路 娜，李 濤，李 偉，等.改良A2／O 工藝在城市污水中的應(yīng)用［J］.河北工業(yè)科技，2012，29（3）：176－179.LU Na，LI Tao，LI Wei，et al.Application of improved A2／O process in treatment of municipal sewage［J］.Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2012，29（3）：176－179.

［5］ 陳燕波，鎮(zhèn)祥華，石 偉，等.濮陽市污水處理廠脫氮改造工程方案設(shè)計［R］.武漢：中國市政工程中南設(shè)計研究院，2008.CHEN Yanbo，ZHEN Xianghua，SHI Wei，et al.The Puyang City Sewage Treatment Plant Denitrification Renovation Project Design［R］.Wuhan：Southern China Municipal Engineering Design ＆Research Institute，2008.