SDAO工藝污水廠提標改造為A2O和MUCT工藝的對比試驗

楊鵬程，田智勇，宋永會*，楊永哲，傅博思遠，李魁,2

1.西安建筑科技大學環境與市政工程學院，陜西 西安 710055 2.中國環境科學研究院，環境基準與風險評估國家重點實驗室，北京 100012 3.中國環境科學研究院城市水環境科技創新基地，北京 100012

SDAO工藝污水廠提標改造為A2O和MUCT工藝的對比試驗

楊鵬程1,2,3，田智勇2,3，宋永會2,3*，楊永哲1，傅博思遠2,3，李魁1,2

1.西安建筑科技大學環境與市政工程學院，陜西 西安 710055 2.中國環境科學研究院，環境基準與風險評估國家重點實驗室，北京 100012 3.中國環境科學研究院城市水環境科技創新基地，北京 100012

基于生物脫氮除磷的機理，在不增加新構筑物和不進行較大結構改造的前提下，研究將污水處理廠SDAO工藝提標改造為A2O和MUCT工藝的處理效果與差異。結果表明，馴化前期進水CN為3.25，A2O和MUCT工藝的CODCr和去除率可達90.0%以上，但TN和TP去除率較低；后期補充一定量的碳源可明顯提高同步脫氮除磷效果。反應器穩定運行后維持進水CN為6.75時，A2O工藝在穩定運行條件下，TN去除率可達75.6%，出水TN平均濃度為15.6 mgL；TP去除率可達78.8%，出水TP平均濃度為1.4 mgL。MUCT工藝脫氮除磷效果相對較差，穩定運行條件下TN和TP去除率僅達62.8%和37.3%，出水TN和TP平均濃度分別為25.3和2.8 mgL。分段進水可改善MUCT工藝的處理效果，穩定運行條件下，出水TN和TP的濃度分別為20.3和0.9 mgL，去除率分別為72.8%和86.8%。研究認為，在SDAO工藝的提標改造過程中，A2O工藝相對MUCT工藝具有明顯優勢，出水及TN接近GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中一級A標準，出水TP可達一級B標準，需輔以化學除磷手段達到一級A標準。

SDAO工藝；提標改造；A2O工藝；MUCT工藝；對比

該工藝設計出水指標為CODCr≤100 mgL，BOD5≤20 mgL，是根據GB 18918—2002二級標準設計的，故沒有TN，TP濃度的要求。實際出水平均濃度：CODCr為60.0 mgL，TN為25.0 mg為15.0 mgL，TP為2.8 mgL，僅能達到GB 18918—2002二級或劣于二級[2]。該工藝為AO的變形，欲在原有反應器構型的基礎上進行局部調整[3]，使其出水達到GB 18918—2002一級A標準，需將改造工藝定位在AO改進型上。A2O(anaerobic-anoxic-oxic process)與MUCT(modified university of cape town process)工藝是在AO工藝的基礎之上針對脫氮除磷目的應運而生的。研究將SDAO改造為A2O與MUCT工藝的可行性，以期為沈陽北部污水處理廠的改造提供技術支持。

1 設計思路

首先根據處理規模和出水水質要求，按照設計手冊[4]計算出改造為MUCT的幾何尺寸，與現有構筑物進行理論可行性的對比；A2O工藝是維持原型，調整回流。然后進行小試裝置設計，根據實際反應池體積計算出縮放比例，進而計算試驗裝置各段體積與流量，從而達到模型裝置與實際污水處理廠的HRT相等。接種馴化污泥，使反應器中污泥濃度與實際污泥濃度相等，使小試裝置其他條件與實際設施盡量相近，開展試驗研究，并依據小試試驗結果來指導工程改造。從小試到將來實施工程方案可作如下轉化：A2O工藝厭氧區為SDAO工藝原有缺氧區，A2O缺氧區為原有SDAO活性恢復區，好氧區仍為好氧區；MUCT工藝厭氧池借用現場初沉池，預缺氧區和缺氧區為SDAO工藝中缺氧區、好氧區，兼并了原恢復區和好氧區。

2 材料與方法

2.1 試驗裝置

按照泥齡法和污泥負荷法[5-7]計算出與SDAO工藝同進水量的MUCT工藝各段體積，而A2O是在SDAO工藝基礎之上進行工藝段的調節，算出縮放比例，進而得出小試規模各工藝反應裝置體積。各反應池由獨立的有機玻璃柱加工而成，總處理規模為23 Lh(圖1)。A2O工藝的生化池由厭氧池、缺氧池、好氧池組成，各段有效容積分別為35.6、51.5和68.5 L，水力停留時間分別為1.60、2.57和3.14 h；MUCT由厭氧池、預缺氧池、缺氧池和好氧池組成，各段有效容積為31.8、6.2、31.8和127.2 L，水力停留時間分別為1.44、0.28、1.44和5.78 h。

1—集水桶；2—厭氧池；3—缺氧池；4—好氧池；5—二沉池；6—預缺氧池；7—液體流量計；8—氣泵；9—攪拌槳。

2.2 水質分析方法

水樣的預處理：從取樣口取得泥水混合液經0.45 μm的中速濾紙過濾，濾后液加酸調節pH至2以下，防止水樣變質。

2.3 試驗原水與種泥

種泥分別取自北京高碑店污水處理廠回流污泥和北小河污水廠膜生物反應器剩余污泥，前者富含硝化及反硝化菌，后者富含聚磷菌。污泥濃度均接近8 000 mgL，SV為90%左右，接種量分別與各工藝好氧池的體積成正相關比例，MUCT工藝接種15.0 L，A2O工藝接種8.1 L。試驗原水為某研究院家屬樓生活污水。其水質特征：CODCr為(278.9±120.1) mgL；TN濃度為(78.0±7.1) mgL；TP濃度為(7.7±0.8) mgL。沈陽北部污水處理廠進水水質：CODCr為350.0 mgL；TN濃度為46.8 mgL；TP濃度為3.6 mgL。模擬水質較現場水質負荷大，為將來改造預留有更大緩沖空間。控制水質C∶N∶P與現場水質基本相近，采取投加葡萄糖480 g來補充碳源，由于葡萄糖在集水桶中有降解，故實測CODCrTN(CN)基本保持在6.0～7.0。

2.4 運行與操作

參考賴楚懷等[11-12]分別在工業廢水和生活污水中成功應用的同步馴化法，水力負荷先半負荷后全負荷，實現反應器的啟動。

第Ⅱ階段：向原水中投加480 g葡萄糖補充碳源，基本可維持進水CN為6.75；同時將進水流量調為全水力負荷(即設計流量)，排泥運行。反應器MLSS穩定維持在2 500～3 000 mgL[13-14]，污泥沉降性能良好且鏡檢下出現大量鐘蟲及輪蟲時，出水各項指標基本穩定，則認為污泥接種馴化完成，反應器成功啟動。

反應器啟動后，控制總SRT為15 d[15]。MUCT工藝各段反應器MLSS分別為：厭氧，2 520 mgL；預缺氧，2 990 mgL；缺氧，2 020 mgL；好氧，2 322 mgL。A2O工藝各段反應器MLSS分別為：厭氧，2 671 mgL；缺氧，2 573 mgL；好氧，2 958 mgL。平均溫度為20.1～27.3 ℃；pH為7～8；各厭氧段與缺氧段DO濃度均在0.1 mgL以下；好氧段DO濃度控制在4.0 mgL左右。

其他運行參數：MUCT污泥回流比為0.6，硝化液回流比為2.5，預缺氧回流比為1.0[16]。A2O污泥回流比為0.6[17]，硝化液回流比為2.5[18]。

進水CODCr為(486.1±175.2) mgL；TN濃度為(71.3±8.4) mgL；TP濃度為(7.09±0.43) mgL。

對比試驗中MUCT工藝分為兩個階段：第21～68天以前端進水方式運行；第69～103天采用分段進水的方式，按0.5∶0.5比例從集水桶分流到厭氧池和缺氧池補充碳源[19]。

3 結果與分析

3.1 污泥的馴化

圖2 A2O與MUCT工藝在污泥馴化階段的處理效果對比Fig.2 The comparison of treatment performances between the A2O and MUCT processes in the sludge acclimation stage

圖3 A2O與MUCT工藝在穩定運行階段的處理效果對比Fig.3 The comparison of treatment performances between the A2O and MUCT processes in the stable operation stage

3.2提標改造為A2O與MUCT工藝后的處理效果對比

反應器馴化成功后，兩工藝穩定運行的平均溫度均為20.0～27.3 ℃，pH為7.0～8.0，厭氧段與缺氧段DO濃度均小于0.1 mgL，好氧段DO濃度保持在4.0 mgL左右，仍采用投加葡萄糖的方式補充碳源，控制CN為6.75左右。MUCT工藝在第21～68天維持原流程；第69～103天采用分段進水，即將原水按流量的0.5∶0.5分流到厭氧池和缺氧池中。在滿負荷運行條件下，對兩工藝持續監測83天變化如圖3所示。由圖3可以看出，由于投加的碳源屬于易降解的，其在集水桶中停留一定時間后，會導致試驗進水CODCr波動。但是CODCr基本可以維持在350.0～550.0 mgL，其他指標均在小范圍內波動。

第50～68天，A2O工藝出水TN濃度呈逐漸降低趨勢，TP受到的影響不大，TN與TP平均去除率分別為53.9%和85.6%。第21～68天，MUCT工藝出水TN濃度基本趨于穩定，平均去除率為62.8%。出水TP濃度較高，平均去除率僅為57.9%。CODCr的升降對兩工藝的處理結果影響不大，說明兩工藝的穩定性良好。

4 討論

MUCT工藝采用單一進水模式，其TN去除效果比A2O工藝差，原因有三：1)MUCT沿程單元池體較多，CODCr降解較快，反硝化所需碳源不能得以補充，致使缺氧池反硝化菌較少，影響了該段脫氮效果；2)MUCT的好氧池與缺氧池體積比值較大，即過高負荷的硝化液回流到缺氧池，沒來得及全部反硝化就被外排，故出水TN濃度依然很高；3)MUCT脫氮幾乎只在缺氧段，而二次回流致使缺氧段的污泥濃度較低。MUCT缺氧池MLSS為2 020 mgL，A2O為2 573 mgL。缺氧池反硝化菌較少，成為MUCT反硝化效果差的另一個重要因素。

MUCT工藝在后續采用分段進水模式后，脫氮除磷效果均得以優化。主要原因是分段進水在缺氧段補充了碳源，有利于反硝化的進行，降低了硝氮濃度，從而改善了厭氧環境，使聚磷菌釋磷充分，在缺氧段反硝化除磷菌的作用更加突出，碳源為異養的反硝化除磷菌的生長提供了條件[20]。但是MUCT工藝既要兼顧利用SDAO工藝的原有構筑，又要提高處理效果，二者在該工藝改造中存在一定的局限性。雖然后續采用分段進水，效果得到優化，但是與A2O工藝相比沒有明顯優勢。后期擬通過投加填料來截留污泥，以解決污泥濃度低的問題。

A2O工藝在第21～48天除TP濃度外各項指標均能達到GB 18918—2002一級A標準，后期經歷了污泥損失與恢復過程，脫氮除磷效果恢復到穩定狀態，但是未達到對比試驗中第21～48天的處理效果。可能是由于各池未加恒溫裝置，且后續的試驗是在10—11月期間，溫度較前期有所降低，影響了微生物的活性。但其穩定后在較短的停留時間下取得了與MUCT工藝相同的去除效果。A2O工藝對高負荷污水的處理效果穩定且工藝簡單、易于管理。而且試驗采用的生活污水TN、TP濃度都較沈陽北部污水處理廠進水水質高，在只進行工藝改進和低碳氮比的情況下，處理難度較高，試驗結果對SDAO工藝提標改造具有一定指導作用。

綜上所述，基于污水廠原有池型的限制，在該改造試驗中，改造后的A2O工藝前期處理效果優于MUCT工藝，后期雖然出現跑泥現象，但是經過恢復過程也能達到與MUCT相當的出水水質，輔以生物強化及化學除磷手段可以使出水穩定達到GB 18918—2002一級A標準[21]，對SDAO工藝提標改造具有一定的指導意義。

5 結論

(1)將SDAO工藝改造為A2O與MUCT工藝，采用水力負荷從半負荷到全負荷調節的同步馴化法，對低碳氮比污水有很好的適用性，并且馴化周期短，污泥活性高。可以克服處理水量大、調節程序繁、馴化周期長的問題。

(4)MUCT工藝采用按流量0.5∶0.5分段進水模式后，TN、TP去除率得以提高。其出水TN平均濃度為(20.3±2.1) mgL，TP平均濃度為(0.9±0.4) mgL。

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ComparativeExperimentalStudyonA2OandMUCTProcessesfortheImprovementofDischargeStandardsandReconstructionofWastewaterTreatmentPlantwithSDAOProcess

YANG Peng-cheng1,2,3, TIAN Zhi-yong2,3, SONG Yong-hui2,3, YANG Yong-zhe1, FU Bo-siyuan2,3, LI Kui1,2

1.School of Environmental and Municipal Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055, China 2.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 3. Department of Urban Water Environmental Research, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

SDAO process; improvement of discharge standards and reconstruction; A2O; MUCT; comparison

1674-991X(2013)03-0195-07

2013-01-07

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07202-005，2012ZX07202-010)

楊鵬程(1988—)，男，碩士研究生，主要從事污水處理廠脫氮除磷技術研究，ypc19881104@sina.com

*責任作者:宋永會(1967—)，男，研究員，博士，主要從事水污染控制技術研究，songyh@craes.org.cn

X703.1

A

10.3969j.issn.1674-991X.2013.03.032