A2/O工藝在城市生活污水處理中的應(yīng)用

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摘要：隨著城市污水處理事業(yè)的不斷進(jìn)步，越來越多的工藝被運(yùn)用到城市污水處理當(dāng)中。本文以某污水處理廠為例，介紹了A2/O工藝在城市生活污水處理中的應(yīng)用，闡述了A2/O工藝的設(shè)計(jì)參數(shù)，論述了該工藝的污水處理效果及影響處理效果的因素，得出了一些有益的結(jié)論，為A2/O工藝的推廣應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：污水處理；A2/O工藝；效果；影響因素；去除率

近年來，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市人口也不斷增長，與之而來的就是污水排放的明顯增加。因此，污水處理廠的建設(shè)也應(yīng)運(yùn)而生，越來越多的工藝運(yùn)用于城市污水處理廠工程當(dāng)中。A2/O工藝具有較好的除磷脫氮效果，而且成本不高，對于解決城市污水處理廠運(yùn)行中所面臨的出水水質(zhì)不好、成本高、能耗高等問題具有現(xiàn)實(shí)意義，對于新建污水處理廠的設(shè)計(jì)也將具有重要指導(dǎo)意義。

1 工程概況

某城市污水處理廠是一座規(guī)模為5萬t/d的城市二級污水處理廠。采用A2/O工藝，如圖1所示。構(gòu)筑物由4組工藝組成，生物反應(yīng)池為傳統(tǒng)的推流廊道式，采用微孔曝氣方式。建成初期采用螺壓脫水機(jī)處理污泥，后經(jīng)改造采用離心脫水機(jī)處理污泥，含水率≤80%的污泥，進(jìn)行外運(yùn)衛(wèi)生填埋處置。

圖1 污水處理廠工藝流程

1.1 進(jìn)出水量、水質(zhì)特性

該污水處理廠以處理城市污水為主，而生活污水占70%，污水經(jīng)處理后排入水體，其設(shè)計(jì)進(jìn)出水水量、水質(zhì)情況見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

1.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

該污水處理廠，單組外型尺寸為37.00m×31.50m。每2組共用一個(gè)污泥回流提升泵房。每組生物反應(yīng)池共設(shè)9個(gè)廊道，首尾順次相接。南北向2道.尺寸為31.50m×2.00m，為厭氧段；東西向7道，尺寸為33.00m×4.50m，前兩道半為缺氧段，后面為好氧段。每組池子的詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)為：進(jìn)入生物反應(yīng)池BOD5的質(zhì)量濃度約為150mg/L；污泥的質(zhì)量濃度為0.35g/L；污泥負(fù)荷率為0.15kg/（kg.d）；好氧污泥齡為21d；有效水深為4.5m；好氧區(qū)水力停留時(shí)間為6.2h；單組反應(yīng)器體積為5151m3；厭氧：缺氧：好氧（容積比）=1：2.25：5.57；產(chǎn)泥率為0.31kg/kg；單池剩余污泥量為1050kg/d；單池標(biāo)準(zhǔn)需氧量為5916kg/d；單池最大供氣量為143m3/min。

1.3 分析方法

進(jìn)水取水點(diǎn)為沉砂池進(jìn)水處，為自動(dòng)采樣儀每2H采等體積水樣混合的綜合水樣，水樣保存溫度為4℃，出水為該污水廠排放口的瞬時(shí)水樣。

2 結(jié)果與討論

2.1 工藝運(yùn)行凈化水質(zhì)效果

該污水處理廠收集處理市區(qū)及街區(qū)的生活污水和少量工業(yè)廢水。管網(wǎng)輻射區(qū)域，老城區(qū)屬于合流制管網(wǎng)，隨降雨干旱季節(jié)交替，造成來水水量隨季節(jié)變化很大，4-11月份，降水較多，來水水量在5.0～6.0萬t/d變化，處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，12月，次年1-3月份，降水較少，來水水量在4.2萬～5.0萬t/d范圍變化，由于來水以生活污水為主，且無毒，進(jìn)水的可生化性較好，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。出水COD、BOD5、SS、NH4+-N、TN、TP等水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱：B標(biāo)準(zhǔn)）的要求。根據(jù)該污水處理廠日化驗(yàn)報(bào)表顯示，出現(xiàn)TN單項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)的現(xiàn)象。

2.2 各影響因素分析

溫度是影響活性污泥微生物的增殖速度和活性，就硝化細(xì)菌而言，其最適宜的生長溫度為25～30℃，當(dāng)溫度小于15℃時(shí)硝化速度明顯下降，而其活性也大幅度降低。該污水處理廠進(jìn)、出水水溫變化情況如圖2所示，出水水溫較進(jìn)水高0.1～0.4℃。全年水溫在10～30℃范圍內(nèi)變化，最高水溫出現(xiàn)在每年的7-9月，接近30℃，最低水溫出現(xiàn)在12月和次年的1-2月份，低于15℃。根據(jù)表2統(tǒng)計(jì)的該污水處理廠進(jìn)、出水水質(zhì)月平均值情況，出水水質(zhì)在隨水溫的季節(jié)變化過程中，均達(dá)到排放要求，但水質(zhì)出現(xiàn)波動(dòng)，突出表現(xiàn)在出水NH4+-N濃度變化。2010年1月份，出水NH4+-N月平均值較其他月份高，達(dá)到4.77mg/L，根據(jù)該廠日化驗(yàn)報(bào)表顯示，該月份進(jìn)水NH4+-N為25～35mg/L，與其他月份變化不大，出水NH4+-N<15mg/L，但5～15mg/L出現(xiàn)16d，其中8～15mg/L出現(xiàn)3d，出水NH4+-N濃度變化較為明顯。該月份平均水溫11.7℃，較其他月份略低，極低溫度影響NH4+-N的去除效果。但該污水處理廠出現(xiàn)極低溫度（<12℃）的頻率較低，持續(xù)時(shí)間段，低溫不成為該污水處理廠穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素。

圖2 水溫變化情況

污泥負(fù)荷是A2/O工藝中重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，污泥負(fù)荷由公式（1）表示。

N=QS/XV （1）

式中：Q為污水流量，m3/d；S為BOD濃度，mg/L；X為混合液懸浮固體濃度，mg/L；V為生物池容積，m3。

該污水處理廠污泥濃度控制在3000～4000mg/L，污泥齡在20～28D左右。2009年、2010年，進(jìn)水BOD5主要在80～200mg/L范圍內(nèi)變化，出水BOD5為8～20mg/L，污泥負(fù)荷變化范圍約為0.055～0.170kg/（kg·d）。雖然多數(shù)時(shí)間低于0.15kg/（kg·d）設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷，處于低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行，但這兩年間沒有出現(xiàn)諸如絲狀菌性污泥膨脹、污泥老化等異常現(xiàn)象，月平均出水COD、BOD5濃度變化范圍為26～51mg/L、8～13mg/L，對有機(jī)污染物的去除效果較好。

根據(jù)該廠日化驗(yàn)報(bào)表記錄，該污水處理廠進(jìn)水、出水TN、TP變化如圖3、圖4所示。TN、TP的變化范圍主要集中在20～45mg/L和2.0～4.5mg/L，少量天數(shù)超過上述范圍。出水TN、TP的變化范圍主要集中在6.0～20mg/L和0.4～1.5mg/L，該污水處理廠A2/O工藝對TN、TP均有較好的去除效果。由圖3、圖4可以看出，季節(jié)性水溫變化，水質(zhì)變化對出水TN、TP濃度變化沒有明顯影響。

圖3 進(jìn)水、出水TN變化情況

圖4 進(jìn)水、出水TP變化情況

該污水處理廠運(yùn)行過程中，為了實(shí)現(xiàn)較好的同步脫氮除磷效果，污泥濃度控制在3000～4000mg/L，好氧池出口溶解氧濃度控制在2.0～3.5mg/L。氮負(fù)荷、磷負(fù)荷計(jì)算參照公式（1），計(jì)算氮負(fù)荷及磷負(fù)荷，則TN負(fù)荷變化范圍約0.012～0.030kg/（kg·D），該污水處理廠氮負(fù)荷在上述范圍內(nèi)變化時(shí)對氮的去除效果影響不明顯。該污水處理廠進(jìn)水TP變化范圍為2.0～4.5mg/L，則磷負(fù)荷約為0.001～0.004kg/（kg·D），總磷的去除效果仍然很好。因此認(rèn)為，氮負(fù)荷、磷負(fù)荷在上述范圍內(nèi)變化，對該污水處理廠除磷脫氮效果及整體運(yùn)行沒有明顯影響，獲得較好的除磷脫氮效果。

2.3 可生化性（BOD5/C）、碳氮比（COD/TN）、碳磷比（COD/TP）情況

該污水處理廠來水以生活污水為主，BOD5/COD在0.3～0.5范圍變化，可生化性較好，可為生物脫氮、除磷過程提供電子供體，保障脫氮除磷過程的正常進(jìn)行。國內(nèi)外試驗(yàn)研究結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水ρ（COD）/ρ（TP）>20且ρ（COD）/ρ（TN）>6時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)高效脫氮除磷的效果。也有研究表明，按理論計(jì)算，ρ（COD）/ρ（TN）在4左右時(shí)基本能滿足反硝化需要，但是為了提高反硝化速度，同時(shí)又能滿足除磷需要的碳源，因此需ρ（COD）/ρ（TN）>4。2009-2010年，該污水廠進(jìn)水COD/TN、COD/TP、TN去除率、TP去除率的月平均變化情況見圖5。

圖5 進(jìn)水COD/TN、COD/TP、TN、TP

去除率的月平均變化情況

由圖5可知，進(jìn)水月平均ρ（COD）/ρ（TP）>60，且ρ（COD）/ρ（TN）>7，在沒有外加碳源情況下，為實(shí)現(xiàn)高效脫氮除磷提供了充足的碳源，碳源為其電子供體。由表2可知：2009-2010年連續(xù)24個(gè)月中，出水TN、TP濃度的月平均值變化范圍分別是4.87～19.06mg/L、0.22～1.29mg/L，均達(dá)到或優(yōu)于B標(biāo)準(zhǔn)的要求。其中出水ρ（TN）月平均值≤10mg/L的月份比例為70%，出水ρ（TP）月平均值≤0.5mg/L的月份比例為54%，去除TN、TP的效果很好。

2.4 對其他水質(zhì)指標(biāo)去除情況

污水處理廠對進(jìn)水、出水中重金屬離子濃度進(jìn)行了抽檢，進(jìn)水、出水中均檢出了Pb、Fe、Cd、Ni、Cr、Cu、Mn等重金屬離子。由于進(jìn)水中重金屬離子濃度本身較低，不存在重金屬離子超標(biāo)排放的可能，但進(jìn)水經(jīng)處理后，對重金屬離子仍有去除效果。由于重金屬離子不可為生物所降解，廢水中去除部分的重金屬離子則是轉(zhuǎn)移至污泥中。該污水處理廠對活性污泥進(jìn)行中重金屬離子含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：Pb、Fe、Cd、Ni、Cr、Cu、Mn等重金屬離子在活性污泥中的含量分別達(dá)72，4704，11，46，211，47，209，153mg/kg。

2.5 污泥產(chǎn)量、產(chǎn)泥率情況

該污水處理設(shè)置初沉池，排放污泥包括初沉池污泥、剩余活性污泥兩部分，采用離心機(jī)脫水、衛(wèi)生填埋處理。

3 結(jié)束語

該污水處理廠的污水來源主要為生活污水，進(jìn)行了針對性的設(shè)計(jì)，采用A2/O工藝，出水水質(zhì)穩(wěn)定，獲得較好的除磷脫氮效果。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，A2/O工藝在運(yùn)行過程中，不同程度的受到進(jìn)水的溫度、可生化性、碳氮比、碳磷比，以及碳負(fù)荷、氮負(fù)荷、磷負(fù)荷、重金屬離子富集等因素的影響，但對出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放沒有明顯的影響。當(dāng)水溫低于12℃時(shí)，表現(xiàn)為該A2/O工藝對氨氮的去除率降低，出水氨氮濃度上升。實(shí)踐證明，在進(jìn)行污水處理廠工藝選擇時(shí)，A2/O工藝將是理想的選擇。

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