沈陽(yáng)得利滿AO工藝升級(jí)為改良A2O工藝的可行性研究

趙蓉，鄭濤，孫晨，王思宇，郭鵬翔，田智勇*，向連城，李海波

1.國(guó)電東北環(huán)保產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司北部污水處理廠，遼寧 沈陽(yáng) 110035 2.環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012 3.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院城市水環(huán)境科技創(chuàng)新基地，北京 100012 4.中國(guó)建筑技術(shù)集團(tuán)有限公司，北京 100013

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沈陽(yáng)得利滿AO工藝升級(jí)為改良A2O工藝的可行性研究

趙蓉1，鄭濤1，孫晨2,3，王思宇2,3，郭鵬翔4，田智勇2,3*，向連城2,3，李海波2,3

1.國(guó)電東北環(huán)保產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司北部污水處理廠，遼寧 沈陽(yáng) 110035 2.環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012 3.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院城市水環(huán)境科技創(chuàng)新基地，北京 100012 4.中國(guó)建筑技術(shù)集團(tuán)有限公司，北京 100013

以國(guó)電東北環(huán)保產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司北部污水處理廠20萬(wàn)td沈陽(yáng)得利滿AO(SDAO)工藝為研究對(duì)象，通過(guò)將原SDAO工藝初沉池及污泥恢復(fù)區(qū)改造為厭氧區(qū)和預(yù)缺氧區(qū)的方式升級(jí)為改良A2O工藝，并考察了升級(jí)工藝的處理效果。結(jié)果表明：在進(jìn)水溫度為(12.2±0.5)℃，CODCrTN為4.0～6.0，CODCr、TN和TP濃度分別為200、35.9和3.05 mgL條件下，以醋酸鈉(折合CODCr為50 mgL)為外加碳源添加至進(jìn)水，改良A2O工藝出水的-N、TP濃度及CODCr分別為11.8、1.34、0.17和31.7 mgL；改良A2O工藝對(duì)CODCr和-N的去除率與原工藝相似，且均達(dá)到較好的去除效果；TN的去除率由35.5%提高至67.8%；原工藝不具備除磷功能，改良A2O工藝對(duì)TP的去除率達(dá)94.3%。SDAO工藝在未增設(shè)構(gòu)筑物的條件下完成了工藝的升級(jí)，升級(jí)后的改良A2O工藝實(shí)現(xiàn)了氮磷污染物的高效去除。

沈陽(yáng)得利滿AO(SDAO)工藝；改良A2O工藝；脫氮除磷；升級(jí)改造

隨著中國(guó)工業(yè)、農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，大量污染物排入自然水體，致使水體逐漸惡化。尤其是氮磷污染物過(guò)量排放導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題日益加劇，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水體污染防治的重視[1-4]。為防治由氮磷污染物引起的環(huán)境問(wèn)題，對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠排放氮磷污染物有更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。因此，大批市政污水處理廠亟需提標(biāo)改造，從而使污水處理廠出水水質(zhì)滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的要求，以減輕氮磷污染物帶來(lái)的環(huán)境壓力[5-7]。

A2O工藝被認(rèn)為是最簡(jiǎn)單的同步脫氮除磷工藝[8]，其涉及厭氧發(fā)酵、硝化、反硝化、釋磷和吸磷等多個(gè)生化反應(yīng)過(guò)程[9-10]。由于諸多的生化反應(yīng)很難在A2O工藝中得到兼顧，因此脫氮除磷過(guò)程不可避免地面臨一系列矛盾和沖突：反硝化菌與釋磷菌對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)；除磷過(guò)程排放的高含磷污泥與硝化菌世代周期的矛盾；回流污泥中攜帶的硝酸鹽對(duì)厭氧釋磷的影響等[8,10]。其中最為突出的矛盾是反硝化菌和釋磷菌對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)，尤其在處理低CODCrTN市政污水時(shí)，這一矛盾更為明顯[8]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

北部污水處理廠中試SDAO工藝及改良A2O工藝的流程如圖1和圖2所示。試驗(yàn)裝置由304不銹鋼加工而成。SDAO工藝初沉池、污泥恢復(fù)區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)和豎流二沉池的有效容積分別為1.615、0.831、1.164、2.769和1.070 m3；水力停留時(shí)間分別為2.88、1.49、2.08、4.95和1.91 h。為節(jié)約成本，改良A2O工藝的構(gòu)筑物由原SDAO工藝改造而成。初沉池和污泥恢復(fù)區(qū)分別改造為厭氧區(qū)和預(yù)缺氧區(qū)，其他反應(yīng)區(qū)不變(圖2)。改良A2O工藝預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)和豎流二沉池的水力停留時(shí)間分別為1.49、2.88、2.08、4.95和1.91 h。

圖1 SDAO工藝流程Fig.1 The schematic diagram of SDAO system

圖2 改良A2O工藝流程Fig.2 The schematic diagram of modified A2O system

為比較SDAO提標(biāo)改造前后污染物的去除效果，二者的操作條件相同：進(jìn)水流量為0.56 m3h；硝化液回流比為200%；污泥回流比為100%。控制SDAO工藝的污泥恢復(fù)區(qū)和好氧區(qū)DO濃度分別為0.4～0.8和1.8～2.5 mgL；控制污泥濃度為2 300～2 700 mgL。通過(guò)排放剩余污泥控制污泥齡，當(dāng)系統(tǒng)無(wú)外加碳源時(shí)，污泥齡控制在27～33 d；外加碳源時(shí)，污泥齡控制在17～23 d。

1.2 分析方法

1.3 試驗(yàn)用水和接種污泥

試驗(yàn)用水取自國(guó)電沈陽(yáng)北部污水處理廠市政管網(wǎng)進(jìn)水，進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。接種污泥取自SDAO污水處理系統(tǒng)的回流污泥。進(jìn)水CODCrTN為4～6，屬典型的低CODCrTN廢水；進(jìn)水溫度為(12.2±0.5)℃。

表1 試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)

Table 1 Influent characteristics of experiment mgL

表1 試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)

項(xiàng)目CODCrTN濃度NH+4-N濃度NO-3-N濃度TP濃度范圍148.5～280.329.7～39.722.4～37.60.21～0.762.44～3.80平均值213.936.028.30.483.08

1.4 運(yùn)行方式

中試試驗(yàn)裝置共運(yùn)行130 d，分為4個(gè)階段：階段1(第1～31天)，中試裝置運(yùn)行SDAO工藝，考察中試裝置與污水處理廠實(shí)際污水處理工藝性能的異同；階段2(第33～60天)，中試裝置運(yùn)行SDAO工藝并外加醋酸鈉作為補(bǔ)充碳源(折合CODCr為60～70 mgL)，考察SDAO工藝在碳源充足(CODCrTN為7.3)情況下對(duì)污染物的去除情況；階段3(第65～100天)，中試裝置運(yùn)行改良A2O工藝，考察該工藝在低CODCrTN條件下對(duì)污染物的去除效果，以及該工藝應(yīng)用于北部污水處理廠的適用性，其中預(yù)缺氧區(qū)和厭氧區(qū)的進(jìn)水比例為30%和70%；階段4(第104～130天)，中試裝置運(yùn)行改良A2O工藝，為進(jìn)一步改善對(duì)氮磷污染物的去除效果，添加醋酸鈉為補(bǔ)充碳源(折合CODCr為50 mgL)，預(yù)缺氧區(qū)和厭氧區(qū)的進(jìn)水比例同階段3。

2 結(jié)果與討論

2.1 SDAO工藝對(duì)污染物的去除效果

階段1進(jìn)水CODCrTN的平均值為5.5，屬典型的低CODCrTN市政廢水。階段2為彌補(bǔ)進(jìn)水碳源的不足，以醋酸鈉作為外加碳源，將進(jìn)水CODCrTN提升至7.3。SDAO工藝和改良A2O工藝對(duì)各污染物的去除效果如圖3所示。SDAO工藝未添加碳源和添加碳源時(shí)污染物沿程變化見(jiàn)圖4。

注：階段1，中試裝置運(yùn)行SDAO工藝；階段2，中試裝置運(yùn)行SDAO工藝并外加醋酸鈉作為補(bǔ)充碳源；階段3，中試裝置運(yùn)行改良A2O工藝；階段4，中試裝置運(yùn)行改良A2O工藝并外加醋酸鈉作為補(bǔ)充碳源。圖3 SDAO工藝和改良A2O工藝對(duì)和TP的去除效果Fig.3 Removal performance of CODCr, TN, -N and TP in the SDAO and modified A2O process

圖4 SDAO工藝未添加碳源和添加碳源時(shí)污染物的沿程變化Fig.4 Variations of pollutants in each zone of SDAO process without adding carbon source and with adding carbon source

SDAO工藝對(duì)TP的去除效果如圖3(d)和圖4所示。由圖3(d)和圖4可知，階段1和階段2中TP進(jìn)水濃度分別為3.17和3.07 mgL，出水濃度分別為3.15和2.64 mgL。階段2中醋酸鈉的加入對(duì)TP去除性能的改善不明顯。SDAO工藝中無(wú)厭氧區(qū)，而缺氧區(qū)-N對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)是造成該工藝除磷性能不理想的直接原因。

2.2 改良A2O工藝對(duì)污染物的去除效果

圖5 改良A2O工藝中未添加碳源時(shí)污染物的沿程變化Fig.5 Variations of pollutants in each zone of modified A2O process without adding carbon source

改良A2O工藝增設(shè)了預(yù)缺氧區(qū)和厭氧區(qū)，但是由于進(jìn)水有機(jī)物的缺乏，除磷效果依然無(wú)明顯改善〔圖3(d)〕。進(jìn)水、預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)和二沉池出水中的TP濃度分別為2.85、2.87、2.85、2.87、2.84和2.87 mgL(圖5)。進(jìn)水有機(jī)物的缺乏及部分預(yù)缺氧區(qū)中-N反硝化不完全而流入?yún)捬鯀^(qū)，導(dǎo)致改良A2O工藝中的厭氧區(qū)并無(wú)明顯的釋磷現(xiàn)象。

2.3 外加醋酸鈉碳源對(duì)改良A2O工藝去除污染物效果的影響

圖6 改良A2O工藝中添加碳源時(shí)污染物的沿程變化Fig.6 Variations of pollutants in each zone of modified A2O process with adding carbon source

由圖3(d)和圖6可知，階段4改良A2O工藝出水TP濃度為0.17 mgL，去除率達(dá)94.3%。添加醋酸鈉可明顯改善改良A2O工藝的除磷效果。進(jìn)水、預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)中TP濃度分別為3.02、2.41、10.7、4.17和0.11 mgL。階段4中厭氧區(qū)存在明顯的釋磷現(xiàn)象且除磷效果良好，原因如下：階段4預(yù)缺氧區(qū)出水-N濃度為0.45 mgL，厭氧區(qū)的-N濃度維持在較低水平，這使聚磷菌可充分利用進(jìn)水中的有機(jī)碳；70%的分段進(jìn)水進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)且進(jìn)水中添加醋酸鈉，使厭氧區(qū)碳源相對(duì)充足。

3 結(jié)論

(2)中試SDAO工藝的初沉池和污泥恢復(fù)區(qū)改造為厭氧區(qū)和預(yù)缺氧區(qū)后，污水處理系統(tǒng)對(duì)氮污染的處理性能得到明顯提升。TN出水濃度從24.4 mgL降至13.8 mgL，去除率從35.5%提高至59.4%。

(3)添加醋酸鈉(折合CODCr約為50 mgL)可明顯改善改良A2O工藝的除磷效果，改良A2O工藝的厭氧區(qū)出現(xiàn)了明顯的釋磷現(xiàn)象，并在隨后的好氧區(qū)TP被聚磷菌過(guò)量吸收。TP的出水濃度降至0.17 mgL，去除率提升至94.3%。

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Feasibility Study on Modified A2O Process to Upgrade and Reconstruct Shenyang Degremont Anoxic Oxic Process

ZHAO Rong1, ZHENG Tao1, SUN Chen2,3, WANG Siyu2,3, GUO Pengxiang4, TIAN Zhiyong2,3,XIANG Liancheng2,3, LI Haibo2,3

1.Guodian Shenyang North Wastewater Treatment Plant, Guodian Northeast China Environmental Protection Industry Group Co., Ltd， Shenyang 110035, China 2.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012, China 3.Department of Urban Water Environmental Research, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 4.China Building Technique Group Co., Ltd, Beijing 100013, China

Based on the 200 000 td Shenyang Degremont Anoxic Oxic process (SDAO) of Guodian Shenyang North Wastewater Treatment Plant, the primary settling tank and the sludge recovery zone in SDAO process were transformed to anaerobic zone and pre-anoxic zone in modified A2O process. The pollutants removal performances of the modified A2O process were investigated. The results showed that the modified A2O process effluent of TN,-N, TP and CODCrwas 11.8, 1.34, 0.17 and 31.7 mgL, when influent temperature, CODCrTN ratio, CODCr, TN and TP were around (12.2±0.5)℃, 4.0-6.0, 200 mgL, 35.9 mgL and 3.05 mgL with adding sodium acetate (CODCrof 50 mgL). Modified A2O process removal performance of CODCrand-N was similar to SDAO process. However, TN removal ratio in the modified A2O process could increase from 35.5% to 67.8% compared with the SDAO process. Moreover, TP removal ratio in the modified A2O process could increase to 94.3% by contrast with incompetent TP removal performance of SDAO process. In the condition without reconstruction of pre-anoxic zone and anaerobic zone, the upgrade was able to enhance nitrogen and phosphorus removal performance obviously.

Shenyang Degremont anoxic oxic (SDAO) process; modified A2O process; biological nutrients and phosphorus removal; upgrade and reconstruct

2016-04-20

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2012ZX07202-005，2013ZX07202-010)

趙蓉(1971—)，女，工程師，主要研究方向?yàn)樗廴究刂萍夹g(shù)，zhaorong.210@163.com

*通訊作者：田智勇(1978—)，男，研究員，博士，長(zhǎng)期從事水污染防治技術(shù)及難降解有機(jī)廢水的治理研究，hkytzy2008@163.com

X703.1

1674-991X(2016)06-0547-06

10.3969j.issn.1674-991X.2016.06.079

趙蓉，鄭濤，孫晨,等.沈陽(yáng)得利滿AO工藝升級(jí)為改良A2O工藝的可行性研究[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2016,6(6):547-552.

ZHAO R, ZHENG T, SUN C, et al.Feasibility study on modified A2O process to upgrade and reconstruct Shenyang Degremont anoxic oxic process [J].Journal of Environmental Engineering Technology,2016,6(6):547-552.