低溶氧控制在污水廠水質(zhì)提升的案例分析

文_龔向紅 樓仁有

1 義烏市水處理有限責(zé)任公司 2 義烏市水務(wù)建設(shè)集團(tuán)公司

浙江省強(qiáng)制性地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》DB33/2169-2018于2019年1月1日起實(shí)施，極大提升了污水廠出水指標(biāo)的控制要求。義烏市稠江污水廠通過(guò)增加碳源、除磷藥劑等投加設(shè)備、完善過(guò)程控制儀表等清潔排放改造，自2020年1月1日起，正式施行浙江地方標(biāo)準(zhǔn)。但在生產(chǎn)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)僅通過(guò)增加藥劑投入等措施達(dá)到提標(biāo)目的，與企業(yè)發(fā)展的節(jié)能增效理念相背離，無(wú)法達(dá)到資源最優(yōu)化。因此，稠江污水廠通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)化工藝控制開(kāi)辟了污水廠提標(biāo)的另一條科學(xué)路徑。

1 污水廠概況

1.1 基本情況

義烏市水處理公司稠江污水廠于2010年7月投運(yùn)，總占地面積約13.6萬(wàn)m2，設(shè)計(jì)日處理規(guī)模15萬(wàn)t，采用倒置AA0二級(jí)生物處理工藝（分點(diǎn)進(jìn)水多點(diǎn)回流式）+高效沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池，尾水達(dá)到國(guó)家一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，污泥處理工藝采用“污泥脫水＋污泥干化綜合利用” 的處置方案。該污水廠于2019年完成清潔排放改造，2020年1月試行浙江標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.1 工藝流程及進(jìn)出水水質(zhì)

稠江污水廠生物反應(yīng)池可以通過(guò)進(jìn)水渠道中的閘門開(kāi)啟位置決定采取AA0工藝或者倒置AA0工藝，基于AA0工藝的固有缺欠就是硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有機(jī)負(fù)荷、泥齡以及碳源需求上存在著競(jìng)爭(zhēng)性矛盾，很難在同一系統(tǒng)中同時(shí)獲得氮、磷的高效去除等考慮。由于總氮控制是污水廠運(yùn)行控制的難點(diǎn)，該廠從開(kāi)始運(yùn)行一直采用倒置AA0工藝。

該污水廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)根據(jù)用地分布和用地性質(zhì)，并參考《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》確定。出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

表1 稠江運(yùn)營(yíng)部設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

1.1.2 浙江標(biāo)準(zhǔn)情況

稠江污水處理廠清潔排放改造項(xiàng)目出水標(biāo)準(zhǔn)（表2）由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，提升至浙江省《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)DB33/2169-2018》和金華地方標(biāo)準(zhǔn)。

表2 排放標(biāo)準(zhǔn)情況

2 清潔排放改造及浙江標(biāo)準(zhǔn)試行存在問(wèn)題

該污水廠2017～2019年進(jìn)水量均值為14.4萬(wàn)m3/d，負(fù)荷率為96.1%，進(jìn)水B/C比約0.35，進(jìn)水生化性較好，但也存在進(jìn)水氨氮、總氮、總磷等部分時(shí)段超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)水量波動(dòng)較大等情況，出水總氮、總磷無(wú)法穩(wěn)定達(dá)到浙江標(biāo)準(zhǔn)排放。針對(duì)以上情況，該污水廠于2019年通過(guò)增加碳源投加系統(tǒng)、除磷藥劑投加系統(tǒng)，增加過(guò)程控制儀表，自控系統(tǒng)優(yōu)化等改造措施，完成了清潔排放改造，出水基本能達(dá)到浙江標(biāo)準(zhǔn)排放。

該清潔排放改造工程主要通過(guò)增加碳源、除磷藥劑等藥劑的額外投加來(lái)保障浙江標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)要求，全年將額外增加碳源投加230t，除磷藥劑2200t，極大地增加了污水處理廠的運(yùn)行費(fèi)用。

3 低溶氧工藝控制技術(shù)及效果分析

有研究表明，當(dāng)好氧區(qū)DO濃度從2.5mg/L降到1mg/L時(shí)，系統(tǒng)對(duì)于總氮的去除率有10%左右的提升，且系統(tǒng)在低溶氧條件下可穩(wěn)定運(yùn)行。鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)電耗一般占全廠電耗的60%左右，污水處理廠平均電耗與氣水比有著密切關(guān)系，在運(yùn)行中采用低溶解氧控制，可以避免能耗的浪費(fèi)。根據(jù)以上兩點(diǎn)，低溶氧運(yùn)行具有一定的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。

反硝化反應(yīng)的適宜溫度為20～40℃，低于15℃時(shí)，反硝化細(xì)菌的繁殖速度和代謝速率降都會(huì)降低。因此，在4～10月份（浙江標(biāo)準(zhǔn)總氮控制時(shí)段）溫度情況良好的條件下，通過(guò)工藝控制來(lái)提升總氮去除率是可行的。

根據(jù)清潔排放改造內(nèi)容和浙江標(biāo)準(zhǔn)試行存在問(wèn)題，結(jié)合稠江污水廠現(xiàn)有的可調(diào)節(jié)AAO工藝現(xiàn)狀，該污水廠采取對(duì)AAO生化池低溶氧狀態(tài)工藝控制，提升總氮的去除效果，在此基礎(chǔ)上對(duì)全倒置AAO工藝采取部分順置設(shè)置，強(qiáng)化總磷的去除效率，兩者結(jié)合，達(dá)到提升脫氮除磷效率的工藝控制思路。

3.1 低溶氧控制對(duì)于AAO池總氮去除效果分析

該污水廠選取A座AAO池（7.5萬(wàn)t/d）作為低溶解氧控制對(duì)比對(duì)象，其中A1、A2兩組（各3.75萬(wàn)t/d）生化池為對(duì)稱兩組，運(yùn)行工況及處理效果基本相同。 通過(guò)減小A1整體風(fēng)量，特別降低好氧段第三廊道，讓A1組在整體低溶氧，末端微溶氧（0.5mg/L）的環(huán)境下運(yùn)行，以生化池氨氮儀表數(shù)據(jù)為控制依據(jù)。A2組保持原運(yùn)行風(fēng)量和溶氧，末端溶解氧控制在2～3mg/L之間。

從4月3日至6月3日取樣對(duì)比兩組出水?dāng)?shù)據(jù)的差異，驗(yàn)證AAO池低溶氧運(yùn)行的污染物去除率影響,詳見(jiàn)圖1。

圖1 4月3日至6月3日A1、A2組對(duì)比出水情況

根據(jù)期間數(shù)據(jù)分析，單組低溶氧狀態(tài)的總氮的去處效果明顯提高，去除率從71.68%提升至77%，A1座出水總氮均值為8.23mg/L，COD、總磷、氨氮影響相對(duì)較少，這也與李炳榮等研究成果相一致。但氨氮對(duì)于溶解氧的控制反應(yīng)較為敏感，控制要求相對(duì)較高。低溶氧狀態(tài)對(duì)污染物的去除效果達(dá)到預(yù)期。

3.2 低溶氧狀態(tài)下，AAO池由全倒置改為局部順置的效果分析

根據(jù)低溶氧控制對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，將AAO池由全倒置改為局部順置運(yùn)行，即A座保持低溶氧全倒置運(yùn)行，B座保持低溶氧運(yùn)行，其中B1保持倒置，B2改為順置AAO，進(jìn)一步分析生化池A、B座脫氮除磷綜合效果。

根據(jù)圖2數(shù)據(jù)分析，B座進(jìn)行局部順置后，B座出水總磷去除率明顯提升，B座總磷比A座總磷低35.3%，B座總氮較A座總氮高11.7%，但是通過(guò)低溶氧運(yùn)行狀態(tài)，B座出水總氮均值為10.48mg/L，依然能達(dá)到浙江標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2 6月17日至11月6日A、B座出水總氮、總磷情況

3.3 低溶氧局部AAO順置的污水廠運(yùn)行總氮、總磷效果分析

從總出水情況來(lái)看，在A、B座進(jìn)行脫氮除磷優(yōu)勢(shì)工藝調(diào)整下，出水總磷、總氮能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，但隨著溫度的變化，總氮在10月份開(kāi)始呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，混合后出水值已開(kāi)始接近排放限值12mg/L。整體而言，在低溶氧的環(huán)境下，A座采用全倒置AAO工藝有利于總氮的去除，B座采用部分順置AAO工藝，有利于總磷的去除，兩者出水混合后，總出水能保證達(dá)標(biāo)排放。表3為稠江污水廠2019、2020年的4～10月出水總氮、總磷情況。

表3 稠江污水廠出水總氮、總磷情況表

在工藝控制過(guò)程中，低溶氧運(yùn)行狀態(tài)需要較高的控制精度，需要較高的調(diào)整頻率，稍有不慎容易由低溶氧狀態(tài)變?yōu)槿毖鯛顟B(tài)，影響出水水質(zhì)。同時(shí)，如遇長(zhǎng)時(shí)間雨水天氣，較難保持低溶氧環(huán)境。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

原清潔排放改造項(xiàng)目中當(dāng)出水總氮達(dá)到11mg/L時(shí)開(kāi)啟碳源投加，預(yù)計(jì)投加量5t/d。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年4～10月共計(jì)需投加碳源天數(shù)46d，預(yù)計(jì)投加碳源230t；出水總磷降至0.30mg/L，需投加除磷藥劑7306t（其中從0.35mg/L降至0.30mg/L需額外增加除磷藥劑2200t）。通過(guò)低溶氧局部順置AAO池工藝調(diào)整后，2020年實(shí)際投加碳源125t，除磷藥劑4915t，共節(jié)約藥劑費(fèi)用約168.8萬(wàn)元，產(chǎn)生了巨大經(jīng)濟(jì)效益。

表4 藥劑使用情況

5 結(jié)語(yǔ)

浙江標(biāo)準(zhǔn)是在國(guó)家一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的進(jìn)一步水質(zhì)提升，通過(guò)增加藥劑投加費(fèi)用是比較粗放型的提標(biāo)方式，義烏市稠江污水廠通過(guò)低溶氧控制并結(jié)合AAO池倒順置工藝調(diào)整，有效地提高了總氮、總磷的去處效果，極大地減少了藥劑投加費(fèi)用，確保污水廠出水能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，為污水廠的浙江標(biāo)準(zhǔn)改造提供了一條經(jīng)濟(jì)可行的工藝路徑。