奧貝爾氧化溝工藝改造成AAO工藝的反硝化脫氮實(shí)例分析

閆法龍

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)生活污水處理分公司，山西 大同 037001)

1 奧貝爾氧化溝工藝與AAO工藝介紹

1.1 奧貝爾氧化溝工藝介紹

奧貝爾氧化溝一般由3條同心圓或橢圓形渠道組成，各渠道之間相通，污水在厭氧池與回流污泥混合后進(jìn)入外渠道，由外渠道依次進(jìn)入中間渠道和內(nèi)渠道，在各渠道循環(huán)達(dá)數(shù)十次到數(shù)百次，最后經(jīng)中心島出水堰板流出至二沉池。奧貝爾氧化溝在各渠道橫跨安裝有曝氣轉(zhuǎn)碟給活性污泥提供足夠的溶解氧，同時(shí)具有推流攪拌作用，以維持渠道內(nèi)污水的循環(huán)及活性污泥的懸浮狀態(tài)。因轉(zhuǎn)碟上下游存在一定的溶解氧梯度，在同一渠道內(nèi)可形成交替好氧-缺氧-厭氧的條件，能夠較高程度地發(fā)生同時(shí)硝化反硝化，在不設(shè)內(nèi)回流的情況下具有較好的脫氮效果。在3條渠道系統(tǒng)中，由外到內(nèi)，第一渠的容積占總?cè)莘e的50%～55%，溶解氧控制在0 mg/L～0.5 mg/L，主要生物氧化過程和80%的脫氮過程在第一渠道內(nèi)完成；第二渠的容積占總?cè)莘e的30%～35%，溶解氧控制在1.0 mg/L，起過渡區(qū)的作用，發(fā)揮外渠道或內(nèi)渠道的強(qiáng)化作用；第三渠的容積占總?cè)莘e的15%～20%，溶解氧控制在2.0 mg/L，保證BOD5的去除率和最終的除氮。氧化溝工藝污泥齡長，負(fù)荷低，排出的剩余污泥得到高度穩(wěn)定，剩余污泥量也較少，同時(shí)因氧化溝型工藝具有流程簡單、運(yùn)行管理方便、出水穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、便于管理等優(yōu)點(diǎn)，是我國應(yīng)用廣泛的工藝之一。

1.2 AAO工藝介紹

AAO工藝是厭氧/缺氧/好氧工藝的簡稱，污水與回流污泥首先進(jìn)入?yún)捬醭兀嫘詤捬醢l(fā)酵細(xì)菌將污水中的大分子不溶性有機(jī)物水分解成小分子的水溶性的有機(jī)物，將可生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為低分子發(fā)酵中間產(chǎn)物，提高污水的可生化性，同步伴隨氨化和硝化反應(yīng)，聚磷菌在厭氧池進(jìn)行磷的釋放，產(chǎn)生的能量供好氧的聚磷菌在厭氧環(huán)境中維持生存，隨后污水進(jìn)入缺氧池，硝化菌將污水中的氨氮轉(zhuǎn)變成硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮，反硝化菌利用好氧池回流混合液帶來的硝酸鹽或亞硝酸鹽與污水中可生物降解的碳源發(fā)生反硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氮?dú)鈴乃幸绯?，達(dá)到去除總氮的目的，同時(shí)因碳源參與了反硝化反應(yīng)，有機(jī)物的去除得到了強(qiáng)化。之后污水進(jìn)入好氧池，聚磷菌過量攝取污水中的溶解磷，通過剩余污泥排放的形式降低污水中溶解磷的濃度，同時(shí)通過氧化和硝化作用進(jìn)一步降低污水中有機(jī)物和氨氮的濃度。

AAO工藝的優(yōu)點(diǎn)是厭氧、缺氧、好氧獨(dú)立運(yùn)行，不同的生物反應(yīng)器運(yùn)行環(huán)境受其他反應(yīng)器的影響較小，可以達(dá)到同時(shí)去除有機(jī)物、脫氮和除磷多重目的，設(shè)置了內(nèi)回流，脫氮效果好于其他活性污泥法工藝。

2 原奧貝爾氧化溝工藝在實(shí)際運(yùn)行中存在的問題

經(jīng)過多年氧化溝運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，氧化溝工藝在運(yùn)行過程中存在很多問題，導(dǎo)致出水水質(zhì)不穩(wěn)定，波動(dòng)較大。

1) 流速不均及污泥沉積問題。受表曝設(shè)備吃水深度限制，氧化溝上部流速較大，底部流速較小甚至沒有流速，致使渠道底部積泥嚴(yán)重(有時(shí)積泥厚度達(dá)池深的三分之一以上)，大大減少了氧化溝的有效容積，降低了氧化溝池容利用效率，隨著積泥程度的增加，處理效果也逐步降低。

2) 出水總氮不穩(wěn)定問題。受轉(zhuǎn)碟充氧曝氣調(diào)節(jié)能力的限制，氧化溝各渠道溶解氧并不能按照設(shè)計(jì)數(shù)值進(jìn)行控制，尤其是外渠道很難形成交替好氧缺氧的環(huán)境，使反硝化過程不能穩(wěn)定的進(jìn)行，導(dǎo)致總氮去除率低；又由于氧化溝沒有內(nèi)回流，內(nèi)渠道中大量的沒有進(jìn)行反硝化反應(yīng)的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮進(jìn)入二沉池隨出水外排，也是造成氧化溝總氮去除率不高的原因。

3) 能耗高的問題。由于表曝設(shè)備兼具供氧與攪拌功能，為避免污泥沉積不得不開啟全部表曝設(shè)備，在造成能耗偏高的同時(shí)，還存在氧化溝溶解氧過高導(dǎo)致的過曝現(xiàn)象。

4) 冬季表面泡沫及結(jié)冰問題。由于進(jìn)水中帶有油脂，處理系統(tǒng)不能完全有效地將其除去，部分油脂富集于污泥中，經(jīng)表曝設(shè)備充氧攪拌，產(chǎn)生大量泡沫；泥齡偏長，污泥老化，也易產(chǎn)生泡沫。特別是進(jìn)入冬季，低溫下污水的粘滯系數(shù)增大，產(chǎn)生的泡沫無法破碎，極易結(jié)冰，導(dǎo)致氧化溝近50%的表面被厚厚的冰層覆蓋，嚴(yán)重影響氧化溝工藝運(yùn)行感官，除冰過程中還存在一定的安全隱患。

5) 污泥膨脹問題。氧化溝中污泥負(fù)荷過高、溶解氧濃度不均等易引發(fā)絲狀菌性污泥膨脹。

3 工藝改造方案

經(jīng)調(diào)研對(duì)比各污水處理工藝優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合兄弟廠不同工藝實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)環(huán)保對(duì)脫氮要求的提高，決定采用脫氮效率更高的AAO工藝，具體改造方案如下：

1) 將厭氧池和氧化溝改造為AAO生物除磷脫氮工藝。以原有厭氧池為A段，氧化溝改造成A-O池。

2) 外溝2/3區(qū)域設(shè)置為缺氧區(qū)，1/3區(qū)域設(shè)置為選擇區(qū)(根據(jù)出水氨氮、總氮濃度自由切換好氧、缺氧運(yùn)行狀態(tài))，中溝與內(nèi)溝改造為好氧區(qū)。

3) 增加內(nèi)回流系統(tǒng)，好氧池混合液回流至缺氧池，設(shè)計(jì)內(nèi)回流比為200%，提高整個(gè)工藝脫氮效果。

4) 采用鼓風(fēng)機(jī)曝氣方式，好氧區(qū)底部增加盤式曝氣系統(tǒng)，保證溶解氧含量及曝氣均勻。

5) 外溝、中溝和內(nèi)溝設(shè)置潛水推進(jìn)器，保持污水環(huán)流狀態(tài)，避免污泥沉積。

6) 改造碳源投加系統(tǒng)，碳源投加點(diǎn)由厭氧池起點(diǎn)更改至缺氧池起點(diǎn)，提高反硝化反應(yīng)碳源利用效率。

7) 改造化學(xué)除磷系統(tǒng)，除磷劑投加點(diǎn)由二沉池進(jìn)水管道更改至好氧池出口，充分利用水力條件，強(qiáng)化磷的去除效果。

8) 封堵不必要的氧化溝連接孔，保證AAO各反應(yīng)器的獨(dú)立狀態(tài)。

4 改造前后出水總氮對(duì)比

該廠2020年8月完成工藝改造并投入運(yùn)行，9月出水調(diào)試合格，為了使改造前后總氮去除率具有可比性，選取2019年11月～2020年1月和2020年1月～2021年1月兩個(gè)運(yùn)行周期進(jìn)出水總氮數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體見表1。

表1 總氮去除率對(duì)比表

由表1可知，在負(fù)荷率、碳源投加量、進(jìn)水總氮濃度等因素基本相同的情況下，改造后與改造前相比，即使在反硝化菌最不活躍的冬季總氮去除率仍提高了10%左右，出水總氮數(shù)據(jù)穩(wěn)定低于10mg/L，出水總氮達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性更有保障。

5 結(jié)語

1) 氧化溝工藝改造成AAO工藝后，既保留了氧化溝工藝推流式流態(tài)的優(yōu)勢(shì)，又引入了AAO工藝的運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)，通過實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)改造后的AAO工藝在反硝化脫氮方面比原奧貝爾氧化溝工藝效率更高、效果更好。

2) 污水處理工藝改造應(yīng)在充分利用原構(gòu)筑物的基礎(chǔ)上有針對(duì)性的制定改造方案，切不可盲目追求先進(jìn)工藝。

3) 污水處理工藝運(yùn)行過程中，必須保證設(shè)計(jì)參數(shù)(溶解氧、污泥濃度)的有效實(shí)現(xiàn)，否則，出水指標(biāo)較難達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。