多段多級AO工藝在某水質(zhì)凈化廠改造工程中的應(yīng)用研究

江 文，丁正華

(深圳市楠柏環(huán)境科技有限公司，廣東 深圳 518000)

1 概述

原水質(zhì)凈化廠1994年建成，設(shè)計(jì)規(guī)模為3萬m3/d，采用氧化塘處理工藝。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)的一級B標(biāo)準(zhǔn)。為改造原水質(zhì)凈化廠周邊環(huán)境，減小現(xiàn)有污水處理廠處理負(fù)荷，亟需對原水質(zhì)凈化廠進(jìn)行提標(biāo)改造。鑒于多段多級AO工藝較好的脫氮除磷能力且技術(shù)成熟，提標(biāo)改造工程在工藝遴選時(shí)，采用了“多段多級AO+高密度沉淀池”處理工藝[1]，多級AO工藝與除磷效果好的磁混沉淀工藝相結(jié)合，保證出水指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。本次提標(biāo)改造工程出水CODcr、BOD5、NH3-N、TP、DO 5個指標(biāo)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中的Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、TN≤10 mg/L和SS≤6 mg/L(優(yōu)于一級A標(biāo)準(zhǔn))，其余指標(biāo)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)，投入運(yùn)行后出水水質(zhì)能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2 設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)出水質(zhì)

該水質(zhì)凈化廠改造工程項(xiàng)目分兩期建設(shè)，為半地下式結(jié)構(gòu)，一期設(shè)計(jì)規(guī)模5萬m3/d，二期設(shè)計(jì)規(guī)模5萬m3/d，設(shè)計(jì)進(jìn)出水質(zhì)詳見表1。

表1 進(jìn)出水水質(zhì)表

3 主要改造內(nèi)容及設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 水質(zhì)凈化廠改造方案和工藝設(shè)計(jì)

本次提標(biāo)改造工程在用地范圍拆除原水質(zhì)凈化廠構(gòu)筑物及設(shè)備后，在該用地上新建所有構(gòu)筑物，污水處理廠加蓋建設(shè)上蓋公園，改造后的工藝流程圖見圖1。

圖1 改造工程工藝流程圖

3.1.1 污水處理工藝設(shè)計(jì)

該水質(zhì)凈化廠改造工程污水處理采用“多級 AO 活性污泥法+高密度沉淀池”為主導(dǎo)的處理工藝。多級AO工藝不僅能節(jié)省占地面積、投資以及運(yùn)行費(fèi)用，而且提高了脫氮除磷效率[2]，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。同時(shí)也節(jié)省了碳源，在進(jìn)水碳源較低時(shí)分段進(jìn)水補(bǔ)充缺氧池的碳源[3]，回流量設(shè)置較少或者基本不用回流。如果再輔以化學(xué)除磷，可滿足高標(biāo)準(zhǔn)出水要求。

3.1.2 深度處理工藝設(shè)計(jì)

除磷方式選擇采用生物除磷+化學(xué)除磷，設(shè)計(jì)采用高密度沉淀池進(jìn)行深度處理，進(jìn)一步去除SS和總磷。出水消毒工藝則采用紫外線消毒+投加次氯酸鈉，在紫外消毒渠進(jìn)口段投加次氯酸鈉，確保糞大腸桿菌群數(shù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

3.1.3 污泥處理工藝

污泥處理采用“離心濃縮+板框壓濾脫水”的組合工藝，污泥高效脫水至含水率≤60%以下后外運(yùn)，由特許經(jīng)營者進(jìn)行無害化處置。

3.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

生化池設(shè)一座，設(shè)計(jì)尺寸65.6 m×65.0 m×8.8 m，分東、西兩組，設(shè)計(jì)規(guī)模5萬m3/d，池型按三級A/O工藝布置，第1段、第2段、第3段容積比控制為1:1.3:1.6，缺氧區(qū)、好氧區(qū)總?cè)莘e比控制為1:1，污泥平均負(fù)荷0.05 kgBOD5/(kgMLSS·d)，總氮平均負(fù)荷0.02 kgTN/(kgMLSS·d)，污泥泥齡12.8 d，水力停留時(shí)間14.5 h，內(nèi)回流比0%～300%，外回流比75%。

高密度沉淀池設(shè)1座分2組，設(shè)計(jì)單組處理能力為5萬m3/d，近期使用一組。高密度沉淀池采用磁混沉淀技術(shù)，由快混池、磁粉混合池、絮凝池、斜板沉淀池組成。設(shè)計(jì)停留時(shí)間依次為1.7 min、1.7 min、3.9 min、22 min。

4 改造工程的運(yùn)行效果

該水質(zhì)凈化廠改造工程調(diào)試后期和正常運(yùn)行時(shí)的實(shí)際進(jìn)出水質(zhì)如表2所示。

表2 正產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)出水質(zhì)表

1)在調(diào)試期只有TN不能連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，經(jīng)過調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，投加外加碳源后，調(diào)試后期已能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；正常投入運(yùn)行后一周內(nèi)，所有指標(biāo)均能連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2)由于多級AO工藝各段污泥負(fù)荷基本相同，缺氧、好氧交替進(jìn)行，污泥產(chǎn)生量相對于傳統(tǒng)A2/O工藝有所減少。生化池MLSS設(shè)計(jì)值為3 000 mg/L，污泥齡為12.8 d，因此理論污泥量為7.97 tDS/d，而實(shí)際運(yùn)行時(shí)，污泥產(chǎn)生量少于理論污泥量，投產(chǎn)運(yùn)行后的近1個月的日平均污泥量約為7.56 tDS/d。

5 運(yùn)行過程中出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的原因分析

5.1 設(shè)置合適的污泥回流比

污泥回流比主要影響生物系統(tǒng)對總磷和總氮的去除，在等比例分段連續(xù)進(jìn)水的條件下，選取具有代表性的污泥回流比參數(shù)(即R=0.75，1，1.25，1.5)試驗(yàn)，調(diào)整污泥回流比，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，通過分析多級多段AO系統(tǒng)的總氮和總磷去除率，研究污泥回流比(R)對系統(tǒng)性能的影響?？偟涂偭兹コ式Y(jié)果表明，隨著污泥回流比增大，生物處理系統(tǒng)的總氮去除率提高，總磷去除率卻下降。但污泥回流比增大，會相應(yīng)增加動力消耗和運(yùn)行費(fèi)用，因此在運(yùn)行控制時(shí)，綜合考慮各種因素，污泥回流比一般取50%～70%，本系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)調(diào)整污泥回流比為70%。

5.2 合理控制各級池內(nèi)溶解氧

本系統(tǒng)設(shè)置精確的曝氣量調(diào)節(jié)，控制各池溶解氧。在采用等比例分段連續(xù)進(jìn)水的條件下，調(diào)整缺氧區(qū)和好氧區(qū)，好氧區(qū)溶解氧降低時(shí)，COD和總磷去除率并未下降，但總氮去除率變化明顯。當(dāng)好氧區(qū)DO控制在2.0 mg/L以上時(shí)，不發(fā)生同步硝化反硝化，因此總氮去除率低，當(dāng)好氧區(qū)DO下降到0.6 mg/L時(shí)，同步硝化反硝化現(xiàn)象明顯，總氮去除率較高。綜合考慮各種因素，多級AO工藝中的DO設(shè)置如下：最后一級的好氧區(qū)DO濃度控制在1.5～2 mg/L，其余各級控制在 0.5～1.2 mg/L，從好氧區(qū)末端進(jìn)入第一級缺氧區(qū)的DO濃度控制在0.2～0.3 mg/L。

5.3 較高的污泥平均濃度

確定生物池內(nèi)合理的MLSS是提高脫氮除磷效果，保證生物處理系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要參數(shù)。多級AO工藝生物池內(nèi)形成了由高到低的污泥濃度梯度，池內(nèi)的平均污泥濃度也較一般活性污泥法高，脫氮除磷菌群增殖速度快，數(shù)量多，在活性污泥中占比也增大，從而提高了脫氮除磷效率，提升了出水水質(zhì)。要提高生物池MLSS，就要增大污泥回流量；需要降低時(shí)，就要增大剩余污泥量，綜合考慮各種因素，本系統(tǒng)控制MLSS在3 500～4 500 mg/L，污泥回流比取70%。

5.4 進(jìn)水量配比可調(diào)控

生化池各級進(jìn)水流量分配比例應(yīng)考慮各級缺氧區(qū)進(jìn)水量能夠提供上一級好氧區(qū)的硝酸鹽完全反硝化所需的碳源。第一級進(jìn)水量滿足釋磷反應(yīng)，以及回流污泥中的硝酸鹽反硝化所需的碳源后，最后一級進(jìn)水流量應(yīng)盡可能小，以確保出水總氮較低。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、出水水質(zhì)及進(jìn)水量進(jìn)行流量分配，一般可采用等負(fù)荷流量分配和流量分配系數(shù)法，也可根據(jù)試驗(yàn)或者類似工程進(jìn)行流量分配。本工程參考類似工程和結(jié)合調(diào)試運(yùn)行數(shù)據(jù)，確定進(jìn)水流量比為0.5:0.3:0.2，在該進(jìn)水配比下，總氮處理效果較好，水質(zhì)變化時(shí)，亦可適當(dāng)調(diào)整進(jìn)水流量比。

6 結(jié)論及建議

本提標(biāo)改造工程選用“多級 AO 活性污泥法+高密度沉淀池”，在調(diào)整好運(yùn)行參數(shù)后，實(shí)際出水能穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)，部分指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)值。因?yàn)槎嗉堿O系統(tǒng)生物池內(nèi)平均污泥濃度高，各級池內(nèi)有機(jī)物分布均勻，反硝化菌競爭少，好氧區(qū)硝化液可直接進(jìn)入缺氧區(qū)，脫氮除磷效果很好，尤其適合碳源不足的城市混流污水的處理。最后，結(jié)合本水質(zhì)凈化廠運(yùn)行情況，有以下幾點(diǎn)建議。

1)如需進(jìn)一步提高本工藝的除磷脫氮效果，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況合理分配各段進(jìn)水比例，特別是當(dāng)進(jìn)水COD較低時(shí)，必須根據(jù)實(shí)際情況判斷各段的碳源實(shí)際需求，并進(jìn)行合理調(diào)整，如有必要還需要外加碳源。

2)當(dāng)?shù)谌魏醚醭谼O值較高時(shí)，須降低外回流比，一方面可保持缺氧池DO在較小值，另一方面也可增加聚磷菌能有效利用碳源的濃度，促進(jìn)P的充分釋放，有助于提高生化池除磷效果。

3)當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物濃度較小導(dǎo)致缺氧池碳源不足或者進(jìn)水氨氮偏高時(shí)，可及時(shí)補(bǔ)充外加碳源或關(guān)閉后2段進(jìn)水，提高脫氮效果[4]。