氣浮-A2O-化學(xué)除磷-S自養(yǎng)反硝化在山岳型景區(qū)污水處理中的應(yīng)用

李 響，程維奇，吳 慧

(黃山風(fēng)景區(qū)污水處理管理站，安徽 黃山 245899)

1 引言

隨著國家對文旅事業(yè)的大力扶持，山岳型景區(qū)的游客量逐年提升，同時景區(qū)的生活污水亦隨之大量增加。因此，滿足景區(qū)旅游接待需求，優(yōu)化和提升污水治理水平，確保景區(qū)污水治理達(dá)標(biāo)排放成為了環(huán)境保護(hù)部門和管理人員需重點解決的問題。山岳型景區(qū)污水主要為游客的生活污水，但又區(qū)別于城鎮(zhèn)生活污水。主要表現(xiàn)在：水質(zhì)水量的波動大，C/N較低，油脂高、SS高、冬季氣溫較低，規(guī)劃使用面積較小等。對某山岳景區(qū)污水站改造案例，分析了其在同類型水處理技術(shù)適用性和可行性，以期在同類污水處理工作中提供理論和技術(shù)參考。

某山岳景區(qū)污水處理站始建于2008年，出水執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)》一級標(biāo)準(zhǔn)[1]，出水水質(zhì)前期運行效果較好，后期一直未能達(dá)標(biāo)排放。隨著游客的增加，用水量提升，該單位決定對其進(jìn)行提標(biāo)改造。

2 污水處理站改造前現(xiàn)狀及問題

2.1 污水處理站改造前數(shù)據(jù)監(jiān)測

該污水站管理單位對其進(jìn)行了檢測。具體參數(shù)如下：

2019年1月22日、4月10日、7月23日、10月3日這4個季度對該污水處理設(shè)施開展了水質(zhì)采樣和檢測，檢測項目有化學(xué)需氧量COD、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、總氮(TN)。檢測結(jié)果見表1。

表1 某污水站水質(zhì)檢測結(jié)果

2.2 污水處理站改造前工藝

該污水站污水經(jīng)格柵和氣浮裝置預(yù)處理后，進(jìn)入生化系統(tǒng)“水解酸化池+好氧池”工藝，再經(jīng)沉淀池后排放。設(shè)計工藝流程：進(jìn)水→格柵→調(diào)節(jié)池→氣浮池→水解酸化池→好氧池→沉淀池→砂濾→消毒池→出水(圖1)。

2.3 污水處理站現(xiàn)場評述

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查資料顯示，目前該站雖正常運轉(zhuǎn)，但出水水質(zhì)時常不能達(dá)到原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。目前主要存在的問題有：

(1)設(shè)備運行情況。 調(diào)節(jié)池：污水提升泵和攪拌器未連續(xù)運行，且調(diào)節(jié)池偏小，因此調(diào)節(jié)池未能有效發(fā)揮對進(jìn)水的水質(zhì)和水量的調(diào)節(jié)功能，造成調(diào)節(jié)池表面積累大量的浮渣，對后續(xù)氣浮和生物處理單元造成不利影響。

圖1 某站污水工藝流程

氣浮裝置：氣浮裝置運行方式為白天運行、晚上停運、季節(jié)性工作。冬季時因溫度過低導(dǎo)致設(shè)備結(jié)冰、釋放器堵塞而無法正常使用。

后處理設(shè)施：消毒設(shè)施故障，且缺少進(jìn)行后置化學(xué)除磷的接觸過濾設(shè)施和污泥脫水設(shè)施。

(2)進(jìn)水出水水質(zhì)濃度高。 該片區(qū)目前產(chǎn)生的污水主要來自于賓館和旅游公廁及員工生活區(qū)的廢水，雖然各酒店賓館均設(shè)置有污水預(yù)處理設(shè)施，由于運行維護(hù)不到位，導(dǎo)致預(yù)處理設(shè)施淤塞，失去該有的隔油除渣功能，大量的餐廚垃圾直接進(jìn)入污水處理站，直接導(dǎo)致污水處理站進(jìn)水水質(zhì)偏高，處理成本加大。現(xiàn)出水水質(zhì)只能滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級排放標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)一步提標(biāo)改造。

(3)糞渣進(jìn)入調(diào)節(jié)池。 當(dāng)用水量大的時候，各單位設(shè)置的化糞池不能起到良好的截留糞渣的作用，導(dǎo)致糞渣隨著污水流入調(diào)節(jié)池中，影響出水水質(zhì)。

(4)污水停留時間過短。 沉淀池表面負(fù)荷較大，無法滿足停留要求，導(dǎo)致污水停留時間過短，影響處理效果，且無污泥回流系統(tǒng)和內(nèi)回流系統(tǒng)。

(5)污水處理站部分設(shè)備損壞嚴(yán)重。 曝氣機(jī)部分損壞、曝氣設(shè)施偏小，外循環(huán)回流泵損壞、污水管老化嚴(yán)重、板框壓濾機(jī)故障、部分電磁閥故障、COD在線監(jiān)測儀損壞、流量計故障、溶氧儀故障、液位計故障，無法正常運行，需檢修或更換。無硝化液回流系統(tǒng)、無三級處理設(shè)施，站內(nèi)監(jiān)控設(shè)施全部損壞，污水站進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測不到位。

(6)生化系統(tǒng)處理問題。 經(jīng)了解，該污水處理站中好氧池中填料使用時間過長，一直未更換，導(dǎo)致出水水質(zhì)未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。生物處理單元設(shè)備連續(xù)運行方式，包括：進(jìn)水泵、曝氣機(jī)、硝化液回流泵、污泥回流泵。剩余污泥未及時排出系統(tǒng)，沒有按照系統(tǒng)運行的需要進(jìn)行定期排放。造成系統(tǒng)內(nèi)的污泥出現(xiàn)老化現(xiàn)象，降解活性大幅降低。曝氣設(shè)施曝氣量偏小，導(dǎo)致曝氣量不足；未設(shè)置深度處理系統(tǒng)。

(7)站點晝夜溫差較大。 該片區(qū)的餐飲廢水和生活污水處理系統(tǒng)處在海拔1700 m以上，區(qū)域環(huán)境條件比較特殊，平均溫度低，晝夜溫差大，在較低的溫度條件下微生物活性相對偏低，污染物去除效率不高，而且山上污水的有機(jī)物濃度和SS含量高，排放相對比較集中，導(dǎo)致出水氨氮指標(biāo)不穩(wěn)定。

3 污水處理站改造工藝

2020年對該污水站進(jìn)行了提標(biāo)升級改造，改造后出水執(zhí)行城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)[2]，處理水量450 m3/d。具體工藝見圖2。

由圖2所示，根據(jù)某污水站的地理特征及污水特性得出污水處理站改建工程的工藝流程，即自動格柵→調(diào)節(jié)池→厭氧池→缺氧池→生物接觸氧化池→豎流沉淀池→混凝沉淀池→反硝化生物濾池→消毒→出水。

新建一座化糞池，收集來自賓館、旅游公廁、員工生活區(qū)等排污單位的污水，以增加前端各排污單位預(yù)處理效果差的問題。然后污水經(jīng)過格柵后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池段，增設(shè)氣攪系統(tǒng)，采用電磁閥控制不定時開啟，攪動調(diào)節(jié)池，使水質(zhì)均和。廢水中的難溶性有機(jī)物和含氮雜環(huán)化合物大部分得到了轉(zhuǎn)化和降解，為后續(xù)的處理提供易于氧化分解的有機(jī)底物，即提高了廢水的可生化性。

來自調(diào)節(jié)池的污水進(jìn)入氣浮池，氣浮池中主要處理大量的油脂和SS。氣浮池的出水進(jìn)入?yún)捬醭刂?，大分子有機(jī)物在厭氧池中被水解酸化，污水在厭氧條件下反硝化、污泥釋放磷；厭氧后的污水自流進(jìn)入缺氧池，在缺氧池內(nèi)污水和好氧池回流的硝化液在缺氧的條件下進(jìn)行反硝化反應(yīng)，它是以厭氧酸化后的有機(jī)物作為電子供體，以好氧反應(yīng)器出水回流液中的NO3-N和NO2-N為電子受體，將NOX-N還原成氣態(tài)氮釋出，同時將有機(jī)物降解，并產(chǎn)生堿度的過程[3～5]。缺氧池需要加入碳源，本項目選用工業(yè)葡萄糖作為碳源。

圖2 污水處理工藝流程

缺氧池出水進(jìn)入生物接觸氧化池進(jìn)行好氧生化反應(yīng)，分解有機(jī)物，氨氮進(jìn)行硝化，并利用細(xì)菌吸收磷。在該階段，大量異養(yǎng)菌在好氧條件下，降解水中高濃度的BOD5，同時自身不斷的繁殖，當(dāng)廢水中可降解的有機(jī)物消耗殆盡時，自養(yǎng)的硝化菌取代異氧菌成為優(yōu)勢菌種。一般情況下，先是亞硝化菌將NH3-N轉(zhuǎn)化為NO2-N，然后再由硝化菌進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為NO3-N[6～9]。設(shè)計時為了滿足生化需求，可通過膜片式微孔曝氣器來增加廢水中的溶解氧，為微生物提供氧和對混合液進(jìn)行攪拌，由于曝氣的吹脫作用，NH3-N及易揮發(fā)的有機(jī)物也會被部分去除；由于生物脫氮反應(yīng)中伴隨著pH值的變化，理論上每1 g的NH3-N完全硝化要消耗7.14 g堿度(以CaCO3計)。

生物接觸氧化池出水進(jìn)入豎流沉淀池，豎流沉淀池主要的作用是將A-A-O工藝產(chǎn)生的污泥回流至厭氧池端。

混凝沉淀池主要用來分離好氧池出來的泥水混合物以及除磷，分離出的活性污泥部分作為回流污泥返回前段厭氧池，污泥回流比60%，剩余部分作為生化過程中產(chǎn)生的剩余污泥送至污泥處理系統(tǒng)。

由于A-A-O工藝處理后的污水總氮無法達(dá)標(biāo)，所以在二沉池后又設(shè)置了反硝化生物濾池以保證出水總氮達(dá)標(biāo)。

過濾后出水通過紫外消毒器產(chǎn)生的紫外線消毒，消毒出水通過規(guī)范化排污口達(dá)標(biāo)外排。氣浮渣和剩余污泥送入污泥池，采用疊螺污泥脫水機(jī)進(jìn)行污泥脫水，干泥外運，濾液返回至污水調(diào)節(jié)池。

4 工程運行

4.1 污泥培養(yǎng)馴化

本站點A2O池的污泥培養(yǎng)馴化菌種采用市場上購買的好氧菌和厭氧菌進(jìn)行培養(yǎng)，投加量按照有效池容每1 m3水量投加0.25 kg。直接將好氧池和厭氧池用提升泵抽滿，然后按照比例投加菌種，開啟曝氣機(jī)、潛水?dāng)嚢铏C(jī)、內(nèi)回流泵等進(jìn)行悶曝和厭氧反應(yīng)。3～5 d生化池會有明顯的污泥生長。污泥培養(yǎng)期間采用污泥沉降比SV判斷污泥沉降性能，并記錄30 min后的SV。

在調(diào)試和運行中，發(fā)現(xiàn)污泥濃度一直無法得到提高，NH3-N無法有效降低，經(jīng)過分析，主要原因為進(jìn)水COD的濃度偏低，氨氮偏高，污泥生長需要有機(jī)物作為營養(yǎng)物質(zhì)。通過在缺氧池投加工業(yè)葡萄糖的方式，污泥濃度明細(xì)身高，通過檢測達(dá)到3000 mg/L，好氧池NH3-N明細(xì)降低，達(dá)到0.5 mg/L左右。

4.2 除磷單元

本站點除P單元主要有氣浮、生化池和后端的絮凝沉淀池，考慮到該站點進(jìn)水COD偏低，SS較高，為了確保后續(xù)單元缺氧池脫氮對碳源的消耗，氣浮池采取不加藥的啟動模式，從而能大量降低SS的同時，又能減少碳源的流失。所以本站點的主要除P單元為絮凝沉淀池。

結(jié)合廢水特點，選用PAC+PAM、PFS+PAM進(jìn)行組合除P和產(chǎn)泥對比。結(jié)果表明選用PFS+PAM效果最佳，但是后續(xù)S自養(yǎng)反硝化濾池對進(jìn)水pH值要求嚴(yán)格，PFS投加控制不好則無法滿足后續(xù)要求，根據(jù)現(xiàn)狀，在保證出水穩(wěn)定的條件下，采取PAC+PAM組合可滿足除P的要求，同時滿足后續(xù)處理單元。

4.3 S自養(yǎng)反硝化濾池單元

山岳型景區(qū)污水處理的難點之一為TN的處理，常規(guī)的處理工藝為外加碳源，外加碳源雖對脫氮有一定的效果，但是處理成本高，且不適合山岳型景區(qū)的污水。主要原因為：一是山岳型景區(qū)污水波動較大，對精準(zhǔn)外加碳源的投加量要求難度大；二是山岳型景區(qū)所有物資均為人挑肩扛，運行成本相對城鎮(zhèn)高出很多；三是外加碳源會增加剩余污泥的產(chǎn)生。

硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)機(jī)理為無機(jī)化能營養(yǎng)型、光能營養(yǎng)型的硫氧化細(xì)菌在缺氧或厭氧條件下利用還原態(tài)硫作為電子供體，通過對還原態(tài)硫進(jìn)行氧化獲取能量，同時以硝酸鹽為電子受體，將其還原為氮氣，利用無機(jī)碳合成細(xì)胞，從而實現(xiàn)自養(yǎng)反硝化過程[10～12]。其還原態(tài)硫的氧化過程和硝酸鹽的還原過程如下[13～15]：

(1)

以硫鐵礦為電子供體的自養(yǎng)反硝化計量學(xué)公式：

(2)

以硫鐵礦為電子供體的自養(yǎng)反硝化計量學(xué)公式：

(3)

(4)

總反應(yīng)式如下：

(5)

該污水站采用S自養(yǎng)反硝化濾池處理后端的硝酸鹽，通過半年的運行，脫氮效果好，出水水質(zhì)清澈，TN低于排放要求以下，且運行費用遠(yuǎn)低于外加碳源。但在運行中也需注意一些要求：①pH值控制在7左右；②溫度控制在25 ℃左右；③根據(jù)運行效果定期進(jìn)行反沖洗處理剩余污泥。

5 運行效果及討論

本工程于2021年8月份完工，并進(jìn)入調(diào)試階段，經(jīng)過半年的試運行，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項指標(biāo)達(dá)到城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)。具體出水水質(zhì)情況見表2。

本項目設(shè)計規(guī)模為450 m3/d，進(jìn)水水質(zhì)特點是有機(jī)物、NH3-N等含量較高。經(jīng)過處理后出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)》。

表2 污水處理效果

6 結(jié)論

實際運行證明，作為一種高效處理技術(shù)，采用氣浮-A2O-化學(xué)除磷-S自養(yǎng)反硝化處理山岳型景區(qū)污水可達(dá)到預(yù)期設(shè)計要求。氣浮可以處理大量的油脂和SS，A2O可以處理污水中的有機(jī)污染物和將氨氮硝化，化學(xué)除磷可以處理生化系統(tǒng)中無法處理的P，S自養(yǎng)反硝化可穩(wěn)定的進(jìn)行反硝化，除去污水中的TN。各項出水指標(biāo)均滿足《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)》，可用作中水回用等。該案例工藝啟動周期短，運行維護(hù)簡單，可為同類型污水處理提供參考。