污水处理厂总氮提标多模式切换运行

关永年，刘洪波,,*，秦 松，徐 超，陈 勇

(1.苏州工业园区清源华衍水务有限公司，江苏苏州 215021；2.上海理工大学环境与建筑学院，上海 200093)

江苏省2018年5月18日发布的《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)中CODCr、氨氮、TP、TN限值与《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中的一级A标准相比均有一定提升[1-2]。2018年8月，苏州市委发布了《关于高质量推进城乡生活污水治理三年行动计划的实施意见》，其中明确要求自2021年1月1日起，苏州市城镇污水处理厂执行地表“准IV类”水标准，该标准要求污水处理厂出水TN标准含量为10 mg/L[3]。本文以苏州工业园区第二污水处理厂为研究对象，对照从2015年以来5年运行的出水水质数据，CODCr、氨氮、TP均能稳定达到新标准，但TN指标不能稳定达到要求。本试验主要是优化多模式AAO的运行方式，针对不同季节，探讨TN的高效去除方案，为减少改造投资、优化运行提供科学依据。

1 污水处理厂概况

苏州园区第二污水处理厂设计能力为15万m3/d，处理对象包括服务范围内的生活污水和工业废水，其中，生活污水约占总水量的55%。工业废水经企业自建的预处理设施处理达到《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)要求后，排入市政管道进入污水处理厂。污水处理厂设计进、出水水质指标如表1所示。

查阅该厂历史运行数据，在2020年6月—2021年5月，平均处理污水量约为14万m3/d，运行参数具体如下：MLSS含量为2.5～3.5 g/L；污泥沉降比(SV30)为28%～40%；污泥泥龄为25～28 d。平均进、出水水质指标如表2所示。

表1 设计进水、出水水质指标Tab.1 Designed Water Quality Indices of Influent and Effluent

该污水处理厂采用进水、回流多点进水的AAO工艺。设计2座生物反应池，每座各分2组反应池。每组反应池厌氧区有效容积为2 700 m3，HRT为1.73 h；缺氧区有效容积为8 100 m3，HRT为5.18 h；交替区(安装搅拌器和曝气器，可根据需要调整为缺氧区或好氧区)有效容积为1 620 m3，HRT为1.04 h；好氧区有效容积为17 820 m3，HRT为11.4 h。污水处理厂实际进水CODCr、氨氮、TN和TP平均含量分别为356、31、42 mg/L和4.5 mg/L，平均处理污水量约为14万t/d，生物反应池污泥含量为2 500～3 500 mg/L。该厂运行状况良好，CODCr、TN、氨氮和TP的年均去除率分别为95%、78%、98%和96%。查阅2020年苏州地方标准，对应出厂水水质情况，发现仅TN指标有少数天数不能稳定达到新标准，其他指标均能够满足新标准的要求。工艺流程如图1所示。

表2 平均进水、出水水质指标Tab.2 Average Water Quality Indices of Influent and Effluent

工艺设计时对进水、内回流设计了不同的配水渠道调节闸门，通过闸门的调节可以实现进水的多点分配以及正置、倒置AAO工艺(图2)。

2 试验方法

图1 污水处理厂工艺流程图Fig.1 Flow Chart of WWTP Process

注：●为进水配水闸门，为内回流配水闸门，■为外回流配水闸门图2 进水及回流闸门位置示意图Fig.2 Schematic Diagram of Influent and Internal Return Gate Position

3 结果与讨论

3.1 分点进水正置AAO工艺

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

图3 分点进水正置AAO工艺流程图Fig.3 Process Flow Chart of AAO with Multi-Point Influent in Upright Position

图4 分点进水正置AAO工艺变化Fig.4 Changes of TN and in AAO Process with Multi-Point Influent

图5 倒置内回流AAO工艺流程图Fig.5 Flow Chart of Inverted Internal Reflux in AAO Process

3.2 倒置内回流AAO工艺

倒置内回流AAO工艺有常规倒置内回流AAO工艺[图5(a)进水]和倒置内回流分点进水AAO工艺[图5(a)、(b)进水]这2种。

3.2.1 常规倒置内回流AAO工艺

图6 倒置内回流AAO工艺变化Fig.6 Changes of TN and in Inverted Internal Reflux of AAO Process

3.2.2 倒置内回流分点进水AAO工艺

倒置内回流分点进水AAO工艺[图5(a)、(b)进水]是将缺氧区置于厌氧区之前，经初沉池沉淀后的出水，首先经过缺氧区，再进入厌氧区，最后到好氧区。进水方式则为70%流入缺氧区，30%直接流入厌氧区，内回流方式为好氧区的出水回流进缺氧池。

图7 倒置内回流分点进水AAO工艺变化Fig.7 Changes of TN and in AAO Process with Inverted Internal Reflux and Multi-Point Influent

3.3 延长缺氧区工艺

延长缺氧区工艺包含仅延长缺氧区工艺运行模式[图8(a)进水]和进水超越初沉池+延长缺氧区的工艺运行模式[图8(b)进水]。

图8 延长缺氧区工艺流程图Fig.8 Process Flow Chart of Extended Anoxic Process

3.3.1 仅延长缺氧区工艺

该污水处理厂在缺氧区和好氧区之间有一交替区，该区设置曝气及搅拌装置。若需要延长缺氧区的HRT，则打开交替区的搅拌装置；若需要延长好氧区的HRT，则关闭搅拌装置，打开曝气装置。如图8(a)进水所示，延长缺氧区时间即打开交替区的搅拌设备，使缺氧区的HRT由5.18 h增至6.2 h。

图9 延长缺氧区工艺变化Fig.9 Changes of TN and in Extended Anoxic Process

3.3.2 进水超越初沉池+延长缺氧区的运行模式

污水经初沉池沉淀后，大约可去除20%的BOD5。若污水超越初沉池直接进入厌氧区会给生物反应池增加约20%的碳源，有利于反硝化反应。在冬季里，反硝化速率慢[7,12]，因此，生化池控制的MLSS相对较高。在延长反硝化反应时间(由5.12 h延长至6.2 h)的同时，补充充足的碳源，从而有利于提高脱氮效率，工艺流程如图8(b)进水所示。

图10 进水超越初沉池+延长缺氧区工艺变化Fig.10 Changes of TN and in Influent Exceeding Primary Sedimentation Tank + Extended Anoxic Process

以上不同工艺的试验比较，实际运行参数控制基本一致，从TN去除效果上各有差异。运行成本的差异主要在电耗和碳源消耗上，其中分点进水正置和初沉超越及延长缺氧区长度组合的工艺，利用内部碳源对提高TN去除效果明显，需辅助投加的碳源量较少，因此成本较低。其他几种工艺组合视外加碳源量的不同，成本有差异。5种工艺试验效果比较如表4所示。

4 结论

排放标准的提高，对污水处理厂的运行带来新的挑战。通过对污水处理厂工艺运行模式调整研究，正置AAO工艺采取分点进水，为反硝化菌提供了碳源，提高了反硝化效率，去除效果较佳；倒置内回流分点进水AAO工艺对提高反硝化效率并不明显；在碳源不足情况下，延长反硝化时间对TN去除效率无明显提升；采用“进水超越初沉池+分点进水+延长缺氧区”运行模式，即使在冬季也可以明显提高污水处理厂对氮的去除效果。通过挖掘污水处理厂潜在碳源，优化运行方式，在不进行设备实施改造的基础上，可实现污水处理厂TN含量稳定小于10 mg/L的要求。该工艺运行模式也为污水处理厂提标改造后工艺运行优化提供依据，实现节能降耗；同时，外加碳源可以作为常备药剂，用于TN异常时的应急投加。

表4 不同工艺运行参数、成本及处理效果对比Tab.4 Comparison of Operating Parameters, Costs and Treatment Effect of Different Processes