污水處理廠總氮提標(biāo)多模式切換運(yùn)行

關(guān)永年，劉洪波,,*，秦 松，徐 超，陳 勇

(1.蘇州工業(yè)園區(qū)清源華衍水務(wù)有限公司，江蘇蘇州 215021；2.上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093)

江蘇省2018年5月18日發(fā)布的《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)中CODCr、氨氮、TP、TN限值與《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中的一級A標(biāo)準(zhǔn)相比均有一定提升[1-2]。2018年8月，蘇州市委發(fā)布了《關(guān)于高質(zhì)量推進(jìn)城鄉(xiāng)生活污水治理三年行動計(jì)劃的實(shí)施意見》，其中明確要求自2021年1月1日起，蘇州市城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行地表“準(zhǔn)IV類”水標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)要求污水處理廠出水TN標(biāo)準(zhǔn)含量為10 mg/L[3]。本文以蘇州工業(yè)園區(qū)第二污水處理廠為研究對象，對照從2015年以來5年運(yùn)行的出水水質(zhì)數(shù)據(jù)，CODCr、氨氮、TP均能穩(wěn)定達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)，但TN指標(biāo)不能穩(wěn)定達(dá)到要求。本試驗(yàn)主要是優(yōu)化多模式AAO的運(yùn)行方式，針對不同季節(jié)，探討TN的高效去除方案，為減少改造投資、優(yōu)化運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。

1 污水處理廠概況

蘇州園區(qū)第二污水處理廠設(shè)計(jì)能力為15萬m3/d，處理對象包括服務(wù)范圍內(nèi)的生活污水和工業(yè)廢水，其中，生活污水約占總水量的55%。工業(yè)廢水經(jīng)企業(yè)自建的預(yù)處理設(shè)施處理達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)要求后，排入市政管道進(jìn)入污水處理廠。污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

查閱該廠歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，在2020年6月—2021年5月，平均處理污水量約為14萬m3/d，運(yùn)行參數(shù)具體如下：MLSS含量為2.5～3.5 g/L；污泥沉降比(SV30)為28%～40%；污泥泥齡為25～28 d。平均進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)如表2所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水、出水水質(zhì)指標(biāo)Tab.1 Designed Water Quality Indices of Influent and Effluent

該污水處理廠采用進(jìn)水、回流多點(diǎn)進(jìn)水的AAO工藝。設(shè)計(jì)2座生物反應(yīng)池，每座各分2組反應(yīng)池。每組反應(yīng)池厭氧區(qū)有效容積為2 700 m3，HRT為1.73 h；缺氧區(qū)有效容積為8 100 m3，HRT為5.18 h；交替區(qū)(安裝攪拌器和曝氣器，可根據(jù)需要調(diào)整為缺氧區(qū)或好氧區(qū))有效容積為1 620 m3，HRT為1.04 h；好氧區(qū)有效容積為17 820 m3，HRT為11.4 h。污水處理廠實(shí)際進(jìn)水CODCr、氨氮、TN和TP平均含量分別為356、31、42 mg/L和4.5 mg/L，平均處理污水量約為14萬t/d，生物反應(yīng)池污泥含量為2 500～3 500 mg/L。該廠運(yùn)行狀況良好，CODCr、TN、氨氮和TP的年均去除率分別為95%、78%、98%和96%。查閱2020年蘇州地方標(biāo)準(zhǔn)，對應(yīng)出廠水水質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)僅TN指標(biāo)有少數(shù)天數(shù)不能穩(wěn)定達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)，其他指標(biāo)均能夠滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。工藝流程如圖1所示。

表2 平均進(jìn)水、出水水質(zhì)指標(biāo)Tab.2 Average Water Quality Indices of Influent and Effluent

工藝設(shè)計(jì)時對進(jìn)水、內(nèi)回流設(shè)計(jì)了不同的配水渠道調(diào)節(jié)閘門，通過閘門的調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)水的多點(diǎn)分配以及正置、倒置AAO工藝(圖2)。

2 試驗(yàn)方法

圖1 污水處理廠工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of WWTP Process

注：●為進(jìn)水配水閘門，為內(nèi)回流配水閘門，■為外回流配水閘門圖2 進(jìn)水及回流閘門位置示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Influent and Internal Return Gate Position

3 結(jié)果與討論

3.1 分點(diǎn)進(jìn)水正置AAO工藝

表3 出水在出水TN的占比Tab.3 Proportion of in Effluent TN

圖3 分點(diǎn)進(jìn)水正置AAO工藝流程圖Fig.3 Process Flow Chart of AAO with Multi-Point Influent in Upright Position

圖4 分點(diǎn)進(jìn)水正置AAO工藝變化Fig.4 Changes of TN and in AAO Process with Multi-Point Influent

圖5 倒置內(nèi)回流AAO工藝流程圖Fig.5 Flow Chart of Inverted Internal Reflux in AAO Process

3.2 倒置內(nèi)回流AAO工藝

倒置內(nèi)回流AAO工藝有常規(guī)倒置內(nèi)回流AAO工藝[圖5(a)進(jìn)水]和倒置內(nèi)回流分點(diǎn)進(jìn)水AAO工藝[圖5(a)、(b)進(jìn)水]這2種。

3.2.1 常規(guī)倒置內(nèi)回流AAO工藝

圖6 倒置內(nèi)回流AAO工藝變化Fig.6 Changes of TN and in Inverted Internal Reflux of AAO Process

3.2.2 倒置內(nèi)回流分點(diǎn)進(jìn)水AAO工藝

倒置內(nèi)回流分點(diǎn)進(jìn)水AAO工藝[圖5(a)、(b)進(jìn)水]是將缺氧區(qū)置于厭氧區(qū)之前，經(jīng)初沉池沉淀后的出水，首先經(jīng)過缺氧區(qū)，再進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，最后到好氧區(qū)。進(jìn)水方式則為70%流入缺氧區(qū)，30%直接流入?yún)捬鯀^(qū)，內(nèi)回流方式為好氧區(qū)的出水回流進(jìn)缺氧池。

圖7 倒置內(nèi)回流分點(diǎn)進(jìn)水AAO工藝變化Fig.7 Changes of TN and in AAO Process with Inverted Internal Reflux and Multi-Point Influent

3.3 延長缺氧區(qū)工藝

延長缺氧區(qū)工藝包含僅延長缺氧區(qū)工藝運(yùn)行模式[圖8(a)進(jìn)水]和進(jìn)水超越初沉池+延長缺氧區(qū)的工藝運(yùn)行模式[圖8(b)進(jìn)水]。

圖8 延長缺氧區(qū)工藝流程圖Fig.8 Process Flow Chart of Extended Anoxic Process

3.3.1 僅延長缺氧區(qū)工藝

該污水處理廠在缺氧區(qū)和好氧區(qū)之間有一交替區(qū)，該區(qū)設(shè)置曝氣及攪拌裝置。若需要延長缺氧區(qū)的HRT，則打開交替區(qū)的攪拌裝置；若需要延長好氧區(qū)的HRT，則關(guān)閉攪拌裝置，打開曝氣裝置。如圖8(a)進(jìn)水所示，延長缺氧區(qū)時間即打開交替區(qū)的攪拌設(shè)備，使缺氧區(qū)的HRT由5.18 h增至6.2 h。

圖9 延長缺氧區(qū)工藝變化Fig.9 Changes of TN and in Extended Anoxic Process

3.3.2 進(jìn)水超越初沉池+延長缺氧區(qū)的運(yùn)行模式

污水經(jīng)初沉池沉淀后，大約可去除20%的BOD5。若污水超越初沉池直接進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)會給生物反應(yīng)池增加約20%的碳源，有利于反硝化反應(yīng)。在冬季里，反硝化速率慢[7,12]，因此，生化池控制的MLSS相對較高。在延長反硝化反應(yīng)時間(由5.12 h延長至6.2 h)的同時，補(bǔ)充充足的碳源，從而有利于提高脫氮效率，工藝流程如圖8(b)進(jìn)水所示。

圖10 進(jìn)水超越初沉池+延長缺氧區(qū)工藝變化Fig.10 Changes of TN and in Influent Exceeding Primary Sedimentation Tank + Extended Anoxic Process

以上不同工藝的試驗(yàn)比較，實(shí)際運(yùn)行參數(shù)控制基本一致，從TN去除效果上各有差異。運(yùn)行成本的差異主要在電耗和碳源消耗上，其中分點(diǎn)進(jìn)水正置和初沉超越及延長缺氧區(qū)長度組合的工藝，利用內(nèi)部碳源對提高TN去除效果明顯，需輔助投加的碳源量較少，因此成本較低。其他幾種工藝組合視外加碳源量的不同，成本有差異。5種工藝試驗(yàn)效果比較如表4所示。

4 結(jié)論

排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，對污水處理廠的運(yùn)行帶來新的挑戰(zhàn)。通過對污水處理廠工藝運(yùn)行模式調(diào)整研究，正置AAO工藝采取分點(diǎn)進(jìn)水，為反硝化菌提供了碳源，提高了反硝化效率，去除效果較佳；倒置內(nèi)回流分點(diǎn)進(jìn)水AAO工藝對提高反硝化效率并不明顯；在碳源不足情況下，延長反硝化時間對TN去除效率無明顯提升；采用“進(jìn)水超越初沉池+分點(diǎn)進(jìn)水+延長缺氧區(qū)”運(yùn)行模式，即使在冬季也可以明顯提高污水處理廠對氮的去除效果。通過挖掘污水處理廠潛在碳源，優(yōu)化運(yùn)行方式，在不進(jìn)行設(shè)備實(shí)施改造的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)污水處理廠TN含量穩(wěn)定小于10 mg/L的要求。該工藝運(yùn)行模式也為污水處理廠提標(biāo)改造后工藝運(yùn)行優(yōu)化提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗；同時，外加碳源可以作為常備藥劑，用于TN異常時的應(yīng)急投加。

表4 不同工藝運(yùn)行參數(shù)、成本及處理效果對比Tab.4 Comparison of Operating Parameters, Costs and Treatment Effect of Different Processes