A2/O 工藝及其組合技術(shù)在園區(qū)中水利用中的評價

沈雯

（南通市東港排水有限公司，江蘇 南通 226001）

1 引言

工業(yè)園區(qū)環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施運行效果評價結(jié)果是考核工業(yè)園區(qū)執(zhí)行環(huán)保法律、法規(guī)及其標準的依據(jù)之一。工業(yè)園區(qū)中水利用率要達到25%，是江蘇省南通市行政審批局依據(jù)《省政府辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)省環(huán)保廳等部門關(guān)于加強全省各級各類開發(fā)區(qū)環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)意見的通知》，在《關(guān)于南通市東港污水處理廠一、二期提標改造工程項目環(huán)境影響報告表的批復(fù)》中對南通市港閘經(jīng)濟開發(fā)區(qū)提出的中水資源化要求（以下簡稱“提標改造項目”）。中水資源化是國內(nèi)外研究的中水利用課題之一，20 世紀70—90 年代，日本、美國先后開展了中水利用研究。2002 年北京市、青島市實施了中水利用示范工程建設(shè)項目。南通市東港排水有限公司（原南通市東港污水處理廠）位于南通市港閘經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，為落實中水資源化，結(jié)合區(qū)域污水來源于40 km2內(nèi)27.8 萬居民的生活污水（占污水總量的70%）、40 余家工業(yè)企業(yè)（紡織印染、制藥、化工）的廢水（占污水總量的30%）的實際，實施了一、二期5 萬m3/d 水解酸化+MBBR 處理工藝改為A2/O（厭氧—缺氧—好氧）工藝及其組合技術(shù)運用。本文從工業(yè)園區(qū)環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施運行效果角度，評價了A2/O 工藝及其組合技術(shù)在污染物的排放濃度與排放總量雙達標及中水利用的適用性。

2 評價標準與方法

2.1 評價標準

以上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司在《南通市東港排水有限公司一、二期污水處理設(shè)施提標改造設(shè)計方案》中依據(jù)的GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》表1 指標及一類污染物執(zhí)行表2 標準（以下簡稱“GB 18918—2002”）、GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》標準限值（以下簡稱“GB/T 19923—2005”），南通市行政審批局《關(guān)于南通市東港污水處理廠一、二期提標改造工程項目環(huán)境影響報告表的批復(fù)》（行政審批〔2018〕72 號，以下簡稱“行政審批〔2018〕72 號”）。

2.2 評價方法

根據(jù)江蘇源遠監(jiān)測技術(shù)有限公司按GB 18918—2002 標準中的4.2.3.3 采樣頻率，每2 h 采樣1 次，共采集4 次，取其最大測定值的要求，連續(xù)48 h 跟蹤A2/O 工藝及其組合技術(shù)運行過程進水、出水采樣分析，出具的［YYC-BG-2021-070587］號監(jiān)測報告予以對標評價。

3 結(jié)果評價

3.1 綜合效果評價

工業(yè)園區(qū)污水經(jīng)過企業(yè)預(yù)處理后的非磷化廢水具有含氮高、含磷高、含碳量低、可生化性低的特點，2018 年前，南通市東港排水有限公司一、二期污水處理采用水解酸化+MBBR 處理工藝，CODCr的去除率達到75%，氨氮的去除率達到60%左右，不能滿足GB/T 19923—2005 限值要求及實現(xiàn)蘇政辦發(fā)〔2007〕115 號等相關(guān)文件的目標，2019 年以來，改用A2/O 工藝及其組合技術(shù)［1］，其主要污染物處理效率見表1。

表1 A2/O 工藝及其組合技術(shù)主要污染物監(jiān)測結(jié)果

由表1 可知，進水主要污染物濃度CODCr為421.96 mg/L、BOD5為301.70 mg/L、SS 為248.89 mg/L、氨氮為29.64 mg/L、總氮為44.86 mg/L、總磷為5.15 mg/L，處理后CODCr為17.00 mg/L、BOD5為3.93 mg/L、SS 為3.12 mg/L、氨氮為0.45 mg/L、總氮為9.80 mg/L、總磷為0.28 mg/L，各項污染物的去除率分別為95.97%，98.70%，98.75%，98.48%，78.15%，94.56%；進水與出水中的pH、LAS、色度均在標準限值范圍內(nèi)。

據(jù)統(tǒng)計，提標改造項目處理水量為5 萬t/d，處理后1.25 萬t/d 供華能南通電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，余1 368.75 萬t/a 經(jīng)華能南通電廠溫水排口排入長江，其CODCr、氨氮、總磷的排放總量分別為232.69，6.16，3.83 t/a，滿足行政審批〔2018〕72 號批復(fù)廢水排放總量1 368.75 萬t/a、CODCr684.38 t/a、氨氮68.44 t/a、總磷6.84 t/a 的要求，實現(xiàn)了濃度與總量雙達標。

3.2 工藝階段處理效果評價

A2/O 及其組合技術(shù)就是在厭氧與好氧之間增加缺氧池等其他工藝，用于一、二期提標改造項目，實現(xiàn)降解有機物、除磷—脫氮與中水利用。

旋流沉砂工藝主要用于去除污水中粒徑大于0.2 mm、密度大于2.65 t/m3的砂粒，該工藝段懸浮物去除率達20%。厭氧池納入污水與二沉池外回流的混合液，控制DO＜0.2 mg/L 釋放出聚磷菌，使污水中磷的濃度升高，溶解性有機物被微生物細胞吸收使污水中BOD5濃度下降。其次，生物細胞合成中去除部分氨氮，使污水中氨氮濃度下降。缺氧池控制DO＜0.5 mg/L，反硝化菌與兼氧脫氮菌利用污水中BOD5供給有機碳源，將來自厭氧池的污水與內(nèi)回流混合液中大量-N 和-N 還原成N2釋放至大氣環(huán)境，使BOD5濃度下降，-N 濃度大幅度下降，磷的變化較小。好氧池中有機物被微生物生化降解而下降，有機氮被氨化繼而被硝化，使-N 濃度顯著下降，隨著硝化過程-N 濃度增加，好氧活性污泥中的嗜磷微生物大量吸收溶解性磷，將其轉(zhuǎn)化成不溶性多聚正磷酸鹽，貯存于體內(nèi)，使磷濃度下降，其中一部分隨污泥回流至厭氧池形成內(nèi)回流，另一部分則在二沉池中泥水分離，分離出的污泥外回流至厭氧池，上清液流至機械加速沉淀池。在機械加速澄清池中加入聚合氯化鋁、陰離子聚丙烯酰胺予以高效絮凝，沉下的泥渣部分經(jīng)濃縮后定期排放。污水監(jiān)測結(jié)果表明，經(jīng)過機械加速澄清池及濾布濾池處理后，出水中的SS、總磷、總氮和氨氮的平均去除率達38.95%（8.24%～83.33%之間），使無機及含有有機氮、磷、生物蛋白等菌質(zhì)菌量較高的活性污泥隨其進入污泥回流或貯泥池。其次，在污水排放前用4 ppm/m3次氯酸鈉液消殺污水中的生物，有效控制納污水體發(fā)生富營養(yǎng)化現(xiàn)象。在A2/O 工藝生化段加入適量的乙酸鈉提高可生化性。各工藝段處理效果見表2。

表2 A2/O 工藝及其組合技術(shù)段有機物監(jiān)測結(jié)果

由表2 可知，CODCr、BOD5、SS、氨氮、總氮、總磷6項主要污染物的濃度分別由厭氧前的421.96，301.70，199.11，29.64，44.86，5.15 mg/L 下降到好氧后的33.60，8.94，89.20，0.99，10.68，0.51 mg/L，去除率分別為92.04%，97.04%，55.20%，96.66%，76.19%，90.10%；CODCr、BOD5、SS、氨氮、總氮、總磷6項主要污染物的濃 度 分 別 由 二 沉 池 前 的33.60，8.94，89.20，0.99，10.68，0.31 mg/L 下降到濾布濾池后的17.00，3.93，3.12，0.45，9.80，0.28 mg/L，去除率分別達49.40%，56.04%，96.50%，54.55%，8.24%，9.68%；pH、LAS 及色度均滿足相關(guān)標準限值的要求。

3.3 相關(guān)污染物達標評價

根據(jù)GB 18918—2002 與GB/T 19923—2005 控制重金屬離子、絡(luò)合陰離子及有關(guān)物質(zhì)不超過一定濃度以免致活性污泥中毒及需滿足中水利用要求，12 項指標監(jiān)測結(jié)果見表3。

表3 A2/O 工藝及其組合技術(shù)重金屬監(jiān)測結(jié)果

由表3 可知，提標改造項目12 項指標的監(jiān)測結(jié)果均滿足GB 18918—2002 與GB/T 19923—2005 相關(guān)標準限值的要求。

4 結(jié)果與討論

A2/O 工藝及其組合技術(shù)工藝流程見圖1。

圖1 A2/O 工藝及其組合技術(shù)工藝流程

4.1 結(jié)果

A2/O 工藝及其組合效應(yīng)［2］為：CODCr、BOD5、SS、氨氮、總氮、總磷6 項主要污染物的綜合運行效率分 別 為95.97%，98.70%，98.75%，98.48%，78.15%，94.56%。

4.2 討論

4.2.1 技術(shù)參數(shù)控制有效［3］

（1）有機負荷率（F/M）達標。F/M 是衡量生物脫氮、脫磷效率的技術(shù)指標之一，F(xiàn)/M＝（Q×BOD5）（每天進入系統(tǒng)中的食料量)/（MLVSS×Va）（曝氣過程中的微生物量）。Q 為每天的進水量，50 000 m3；進水的BOD5值301.7 mg/L；Va 為曝氣池的有效容積，26 420 m3；MLVSS 為曝氣池內(nèi)活性污泥濃度，3.0 mg/L，1 000 mg＝1 g，則50 000×301.7/3.0×26 420×1 000＝0.19，滿足設(shè)計參數(shù)應(yīng)控制在0.1～0.2之間可避免污泥膨脹的要求。

（2）泥齡滿足運行要求。提標改造項目配有4 座二沉池，有效容積18 149.2 m3，據(jù)表2 所列進水SS 濃度為248.89mg/L，二沉池的去除率為78.95%，根據(jù)初次沉淀污泥量和二次沉淀污泥量（V）：V＝100C0ηQ/1 000（100-p）ρ 設(shè)計參數(shù)要求，則V（初沉與二沉污泥量，m3/d）＝100×進水中SS 濃度248.89 mg/L×二沉池去除率78.95%×日污水流量5 萬m3/1000（100-污泥含水率99%）×沉淀污泥密度1 000 kg/m3＝9.92 m3/d，則泥齡與停留時間為143.84 m3/9.92＝14.5（d），分別滿足泥齡與停留時間應(yīng)控制在8～15 d 及每小時2 084 m3污水停留2 h 的要求。

（3）水力停留時間可行。項目設(shè)計能力為5 萬t/d，平均約為2 084 m3/h，由原MBBR 基礎(chǔ)設(shè)施改造而成，厭氧池有效容積5 600 m3，缺氧池有效容積6 000 m3，分別滿足設(shè)計規(guī)范水力停留時間厭氧1～2 h，缺氧1.5～2 h 的要求；好氧池有效容積14 820 m3，停留時間為7.11 h，滿足設(shè)計參數(shù)好氧水力停留時間應(yīng)達6 h 的要求。

（4）內(nèi)回流與外回流運行正常。內(nèi)回流是指硝化液回流［4］，其作用是將曝氣池中硝化反應(yīng)產(chǎn)生的硝態(tài)氮回流到反硝化池，為反硝化提供化合態(tài)的氧進行反硝化反應(yīng)，內(nèi)回流（r）比為r＝（TN進-TN出）/TN出。由表2 可知，公司A2/O 工藝TN進為44.86 mg/L，TN出為10.68 mg/L，則r＝（44.86-10.68）/10.68＝3.2倍，滿足內(nèi)回流在2～5 倍之間的設(shè)計要求。圖1 表明，外回流污泥主要來源于二沉池、機械加速澄清池與濾布濾池，如前所述，初次沉淀污泥量和二次沉淀污泥量為9.92 m3/d，據(jù)統(tǒng)計，回流至A2/O 系統(tǒng)厭氧工藝段的污泥量約為4.8 m3/d，剩余污泥量為5.12 m3/d，則外回流率（R）＝回流污泥量4.8 m3/污泥總量9.92 m3×100%＝48.39%，滿足設(shè)計參數(shù)30%～70%的要求，為防止二沉池反硝化及二次釋放磷的現(xiàn)象，盡量控制R 值為最低，避免-N 帶回厭氧段，干擾磷的釋放，確保除磷效率。

（5）溶解氧（DO）控制恰當。公司采取24 h 監(jiān)測跟班運行精準控制曝氣的方法確保A2/O 工藝及其組合技術(shù)的運行參數(shù)。據(jù)監(jiān)測，厭氧段DO 監(jiān)測值在0.12～0.18 mg/L 之間，滿足設(shè)計參數(shù)應(yīng)＜0.2 mg/L 的要求；缺氧段DO 監(jiān)測值在0.31～0.42 mg/L 之間，滿足設(shè)計參數(shù)應(yīng)＜0.5 mg/L 的要求；好氧段DO 監(jiān)測值在2.2～2.8 mg/L 之間，滿足設(shè)計參數(shù)在2～3 mg/L 之間的要求。

（6）COD/TKN（凱氏氮）與COD/TP 適宜。公司進水中COD 為421.96 mg/L、TKN 為13.22 mg/L，比值為31.92，滿足設(shè)計控制參數(shù)COD/TKN 應(yīng)大于4.0的要求；為了提高COD/TP 值，公司在碳源投加間向進水中按比例投加乙酸鈉提高了COD/TP 比值，表2顯示，出水中CODCr為17.00 mg/L、TP 為0.28 mg/L，比值為60.71，其余工藝階段COD/TP 比值均大于20，滿足設(shè)計COD/TP 比值大于20 的條件。

（7）pH 滿足生物條件。經(jīng)多年的數(shù)據(jù)觀察，公司調(diào)節(jié)池污水與污泥混合液的pH 基本保持在7.21～7.24之間，滿足設(shè)計方案中pH 應(yīng)控制在7.0 以上的要求。

（8）溫度適宜生物生長。據(jù)南通氣象部門報道，南通市每年5—10 月的平均氣溫在20～29 ℃之間，有利于微生物的生長繁殖，每年1—4 月及11 月、12月的平均氣溫低于15 ℃時，充分利用進水中印染廢水的余熱，使水溫保持在15 ℃左右，滿足生物脫氮設(shè)計水溫高于15 ℃的要求。

4.2.2 環(huán)境績效明顯［5］

A2/O 工藝及其組合技術(shù)提標改造項目水平衡見圖2（單位為t/d）。

圖2 提標改造項目水平衡

由圖2 可知，原5 萬t/d 污水經(jīng)處理達到GB 18918—2002 限值后排入長江，提標改造項目實施后，12 500 t/d 中水進入華能南通電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，用于生產(chǎn)冷卻循環(huán)，減排污水達456.25 萬t/a，占總水量的25.49%，滿足循環(huán)利用率25%的要求。按表2 出水中CODCr17.00 mg/L 計，減排CODCr77.56 t/a，實現(xiàn)了中水資源化與污水減量化的統(tǒng)一。

4.2.3 成本核算符合價格規(guī)律

A2/O 工藝及其組合技術(shù)運行成本主要包括污水處理的電耗與藥劑消耗費用、污泥處理的電耗與藥劑消耗費用、運行軟件系統(tǒng)與設(shè)備維護及保養(yǎng)費用、員工工資福利4 個方面，統(tǒng)計結(jié)果見表4。

表4 A2/O 工藝及其組合技術(shù)運行成本

由表4 可知，A2/O 工藝及其組合技術(shù)綜合運行成本為0.72 元/m3，其中電費享受政府優(yōu)惠電價，藥劑費用按招標價格支付，工資福利按勞取酬；污泥供環(huán)保熱電公司燃燒發(fā)電供熱，不計成本。

4.2.4 處理工藝優(yōu)化為一般變動

A2/O 工藝及其組合技術(shù)對照生態(tài)環(huán)境部《關(guān)于印發(fā)〈污染影響類建設(shè)項目重大變動清單（試行）〉的通知》屬于環(huán)保設(shè)施變化，其提標改造項目的性質(zhì)、規(guī)模、原輔料、地點、工藝、平面布置均未發(fā)生變動，未新增污染因子或污染物排放量及新增環(huán)境風(fēng)險源，項目實施后實現(xiàn)了中水資源化與減量化，屬于環(huán)保設(shè)施處理工藝強化行為，判別為“一般變動”，納入排污許可及環(huán)境保護管理。

5 評價結(jié)論

（1）A2/O 工藝及其組合技術(shù)設(shè)計科學(xué)，工藝參數(shù)控制合理，在精準控制有機負荷率0.121、污泥齡與污泥停留時間＞8 d、COD/TKN 比值為31.92＞4 與COD/TP 為54.83＞20，r＝2.17，R 值達48.39%，滿足內(nèi)回流2～5 倍、外回流30%～70%的要求，在有效水力停留時間等參數(shù)控制的基礎(chǔ)上，CODCr、BOD5、SS、氨氮、總氮、總磷6 項主要污染物的綜合運行效率可達78.15%～90%以上。

（2）提標改造項目總排口的18 項污染物監(jiān)測結(jié)果均滿足GB 18918—2002 與GB/T 19923—2005 相關(guān)標準限值的要求；污水排放量1 368.75 萬t/a，CODCr、氨氮、總磷的排放量分別為232.69，6.16，3.83 t/a，滿足行政審批〔2018〕72 號批復(fù)廢水總量1 368.75 萬t/a、CODCr684.38 t/a、氨氮68.44 t/a、總磷6.84 t/a，實現(xiàn)了濃度與總量雙達標。

（3）提標改造項目實施后，12 500 t/d 中水進入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)再利用，減排污水456.25 萬t/a，滿足循環(huán)利用率達到25%的要求；按出水CODCr17.00 mg/L計，減排CODCr達77.56 t/a，實現(xiàn)了中水資源化與污水減量化的統(tǒng)一，提升了園區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展空間。

（4）核算了每噸污水與污泥處理耗電、藥劑消耗、軟件系統(tǒng)與設(shè)備維護、工資福利成本，綜合污水處理成本為0.72 元/m3，核算結(jié)果符合價格規(guī)律。

（5）A2/O 工藝及其組合技術(shù)提標改造項目實施后實現(xiàn)了中水資源化與減量化，屬于環(huán)保設(shè)施處理工藝強化行為，為“一般變動”，納入排污許可及環(huán)境保護管理。