關(guān)于A(yíng)/O工藝實(shí)例脫氮控制的運(yùn)行實(shí)例分析

李俊華

(佛山市高明區(qū)浩輝水處理有限公司，廣東　佛山　528500)

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關(guān)于A(yíng)/O工藝實(shí)例脫氮控制的運(yùn)行實(shí)例分析

李俊華

(佛山市高明區(qū)浩輝水處理有限公司，廣東佛山528500)

利用珠三角某A/O工藝的H污水處理廠(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析A/O工藝中運(yùn)行參數(shù)對(duì)脫氮效果的影響。通過(guò)分析A/O工藝中HRT、DO、內(nèi)循環(huán)回流比、泥齡、污泥回流比、原水C/N對(duì)脫氮效果的影響，利用該污水處理廠(chǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，印證該6個(gè)工藝參數(shù)在實(shí)例運(yùn)行中的效果。該污水處理廠(chǎng)的脫氮效果比較良好，各項(xiàng)指標(biāo)特別是氨氮出水遠(yuǎn)低于其排放標(biāo)準(zhǔn)。

A/O工藝；脫氮控制；C/N；實(shí)例分析

1　低濃度廢水生物脫氮的現(xiàn)狀及技術(shù)難點(diǎn)

低濃度污水主要包括城市污水和生活污水。在我國(guó)，許多南方城市污水的 BOD、COD 濃度都比較低，屬于低濃度甚至是超低濃度污水，COD 一般為200 mg/L，有的甚至更低。應(yīng)該說(shuō)，對(duì) COD 為200 mg/L 左右時(shí)脫氮效果的研究很少[1](平均進(jìn)水 COD為234.9 mg/L，因C/N 值低，TN去除率只有 35%～40%)，對(duì)于低 COD 濃度下 C/N 值對(duì)脫氮效率的影響方面的研究也很少。

由于低濃度污水有機(jī)物含量偏低，使用常規(guī)脫氮工藝脫氮，污水本身所能提供的碳源不能滿(mǎn)足反硝化的要求，因此總氮去除率不高，如實(shí)際工程 A/O 工藝脫氮率只有60%～70%[2]。

這是采用傳統(tǒng)生物脫氮工藝處理低濃度污水時(shí)遇到的最大困難。

2　A/O脫氮工藝實(shí)例中的脫氮控制

雖然現(xiàn)大多數(shù)污水處理廠(chǎng)已經(jīng)使用更為先進(jìn)的A/A/O工藝，但現(xiàn)階段尚存不少早期建設(shè)的A/O工藝污水處理廠(chǎng)，且該工藝尤為適合總磷不高的進(jìn)水水質(zhì)，是目前生物脫氮中比較典型的工藝。該工藝有機(jī)物去除很容易實(shí)現(xiàn)，為了提高脫氮效果，需選擇合適的工藝控制參數(shù)并建立對(duì)應(yīng)的控制辦法。典型的A/O工藝有6個(gè)主要工藝控制參數(shù)：水力停留時(shí)間、曝氣量、內(nèi)循環(huán)回流量、剩余污泥排放量、污泥回流量和原水碳氮比。

現(xiàn)階段對(duì)污水處理工藝脫氮控制的研究多見(jiàn)于利用實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)，通過(guò)控制不同的運(yùn)行變量，監(jiān)測(cè)其運(yùn)行效果來(lái)總結(jié)各控制參數(shù)對(duì)脫氮效果的作用，對(duì)實(shí)際污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行管理起到重要的指導(dǎo)意義。實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)為了項(xiàng)目的研究可便捷地控制各參數(shù)變化來(lái)達(dá)到測(cè)試分析的目的，但模型試驗(yàn)存在污水原水人工配置較為理想化、單一化，模型容積過(guò)小，總體生物量少，設(shè)備等原因?qū)е律锃h(huán)境與工業(yè)化廠(chǎng)區(qū)生物環(huán)境不符等情況，從而出現(xiàn)某些技術(shù)在實(shí)例控制中難以實(shí)現(xiàn)或難以體驗(yàn)其效果的情況。

而本文則利用珠三角某A/O工藝的H污水處理廠(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析A/O工藝中運(yùn)行參數(shù)對(duì)脫氮效果的影響。雖然運(yùn)行實(shí)例由于需要保證其出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，并不能隨意大幅度調(diào)整運(yùn)行參數(shù)來(lái)研究其影響，但從長(zhǎng)期的穩(wěn)定運(yùn)行數(shù)據(jù)中，仍能選取其最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析，從而對(duì)一些實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)驗(yàn)結(jié)論的印證與補(bǔ)充。

2.1工藝流程及簡(jiǎn)介

H污水處理廠(chǎng)位于珠三角地區(qū)，處理規(guī)模為3萬(wàn)噸/日，采用A/O工藝(工藝流程圖見(jiàn)圖1)。該城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)主要收集并處理周邊鎮(zhèn)區(qū)居民生活污水及附近工業(yè)園中工廠(chǎng)初處理后的廢水，以食品為主，印染、洗水、洗滌為輔的復(fù)合型混合廢水。

圖1　H污水處理廠(chǎng)工藝流程Fig.1　The technological process of H sewage treatment plant

H污水處理廠(chǎng)運(yùn)營(yíng)至今已有8年，2012-2014年處理水量分別為1143萬(wàn)噸、910萬(wàn)噸、798萬(wàn)噸，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，排放達(dá)標(biāo)。

2.2參數(shù)控制分析

選取H污水處理廠(chǎng)二期項(xiàng)目A/O生化池作為數(shù)據(jù)分析對(duì)象，該生化池設(shè)計(jì)日處理量1萬(wàn)噸。

2.2.1水力停留時(shí)間

對(duì)A/O工藝而言，維持HRT為8 h比較合理。當(dāng)HRT為4 h時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)硝化效果很差，僅約為54%，出水氨氮質(zhì)量濃度很高，相應(yīng)總氮去除率也很低。當(dāng)HRT增至8 h時(shí)，氨氮去除率高達(dá)95%以上，此時(shí)總氮去除率也達(dá)到約75%。進(jìn)一步降低進(jìn)水量，增大HRT，雖然可以進(jìn)一步提高硝化率和總氮去除率，降低出水氨氮的質(zhì)量濃度，但增加有限[3]。

H污水處理廠(chǎng)二期項(xiàng)目日處理量1萬(wàn)噸的A/O生化池，容積為3650 m3，其中厭氧區(qū)容積為900 m3，好氧區(qū)容積為2750 m3，容積比約1:3。故按設(shè)計(jì)生化池HRT約為8.5 h。而實(shí)際運(yùn)行中，大部分時(shí)間均按照1萬(wàn)噸/日的處理量進(jìn)行運(yùn)行，故實(shí)際水力停留時(shí)間為8.5 h，其中反硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)的HRT分別為2.1 h和6.3 h。因?yàn)檫M(jìn)水水量的季節(jié)性變化，會(huì)出現(xiàn)該生化池日均處理量0.5～1.2萬(wàn)噸的極端情況，此時(shí)的HRT為7.3～17.5 h。

對(duì)于HRT，重點(diǎn)在于污水處理廠(chǎng)的設(shè)計(jì)建造，而不是后期運(yùn)行調(diào)整。故H污水處理廠(chǎng)的水力停留時(shí)間是合理的，能有利于生物脫氮。

2.2.2曝氣量控制

H污水處理廠(chǎng)的運(yùn)行控制中，采用恒定DO控制，即調(diào)節(jié)曝氣量大小維持好氧區(qū)DO濃度處于事先設(shè)定值。長(zhǎng)期以來(lái)，H污水處理廠(chǎng)控制生化池好氧反應(yīng)區(qū)中段DO為1.0～1.5 mg/L，好氧區(qū)末端DO為2.5～3.0 m/L。這是對(duì)COD降解、脫氮效果以及節(jié)能減排的妥協(xié)。好氧池DO過(guò)低，不利于COD降解，也不利于氨氮的去除；而DO過(guò)高，氨氮去除率增加不明顯。而且內(nèi)循環(huán)不可避免帶入DO進(jìn)入缺氧區(qū)，高DO會(huì)影響反硝化

由于該污水處理廠(chǎng)時(shí)常受到高濃度廢水突然沖擊，若為了節(jié)能而控制生化池末端DO小于2.0 mg/L，固然能在一般情況下僅僅達(dá)到出水達(dá)標(biāo)的目的，但達(dá)標(biāo)預(yù)留區(qū)間過(guò)小，容易在受到高濃度廢水沖擊后出水超標(biāo)。

2.2.3內(nèi)循環(huán)回流量控制

H污水處理廠(chǎng)設(shè)備選型的時(shí)候決定其內(nèi)循環(huán)回流比最大為250%。而實(shí)際控制中，通常回流比調(diào)整為100%。

在實(shí)際控制中，曾出現(xiàn)因高濃度廢水沖擊，出水COD升高，從而控制回流比加至最大，使COD去除率升高，但卻使得出水總氮、氨氮偏高的情況。究其原因，在于DO隨回流液去到厭氧區(qū)，使得厭氧區(qū)DO升高，阻礙反硝化反應(yīng)的進(jìn)行。

因?yàn)橄趸褐械腄O對(duì)缺氧環(huán)境具有破壞作用，反硝化菌總是優(yōu)先利用DO作為電子受體氧化有機(jī)物,反硝化過(guò)程因而被阻礙。所以?xún)?nèi)循環(huán)給系統(tǒng)帶來(lái)一個(gè)控制上的矛盾問(wèn)題，過(guò)低回流比會(huì)使影響COD的降解，過(guò)高回流比會(huì)降低脫氮效果。這使得必須取得控制上的平衡。

2.2.4污泥泥齡SRT的控制

通常認(rèn)為，較長(zhǎng)的SRT有利于硝化菌的保存和增值。而當(dāng)進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度高時(shí)，減少剩余污泥排放，可以增加硝化菌數(shù)量，提高硝化速率，降低出水氨氮質(zhì)量濃度。

H污水處理廠(chǎng)對(duì)SRT的控制，主要是采用恒定MLSS控制，即通過(guò)排泥來(lái)間接實(shí)現(xiàn)SRT的控制。而MLSS控制主要視進(jìn)水COD而定，最常采取的MLSS參數(shù)為雨季2500～3000 mg/L，旱季4000～6000 mg/L。

通過(guò)計(jì)算2012-2014年的各季度SRT，得出H污水處理廠(chǎng)SRT為7～15 d，符合保持適量硝化菌的脫氮控制要求。

2.2.5污泥回流比r的控制

A/O工藝的污泥回流比r取60%～100%為宜，最低也應(yīng)在40%以上。當(dāng)污泥回流比<0.4時(shí)，系統(tǒng)硝化效果很差，出水氨氮質(zhì)量濃度很高。當(dāng)污泥回流比達(dá)到0.6后，氨氮去除率達(dá)到94%。總氮去除率達(dá)到75%，隨著r的增加，總氮去除率、氨氮和硝酸氮逐漸增加，但變化不明顯[3]。

H污水處理廠(chǎng)的污泥回流泵設(shè)備選型時(shí)，因?yàn)橛袀溆帽玫年P(guān)系，故遠(yuǎn)大于實(shí)際能用到的回流量功率。同時(shí)，該污水處理廠(chǎng)設(shè)有污泥回流池，污泥回流池中的回流污泥SV在95%以上。而在實(shí)際控制中，污泥回流比r常控制為60%～100%，主要采取以恒定生化池MLSS為控制指標(biāo)。故在實(shí)際中，污泥回流比r遠(yuǎn)大于脫氮的最低要求。

2.2.6原水C/N分析

王翠[4]的研究表明：對(duì)氨氮的去除而言，A/O 工藝氨氮去除率隨進(jìn)水 C/N 比的增大而不斷降低，出水氨氮濃度隨進(jìn)水 C/N 比的增大而增加。TN 去除率都隨著進(jìn)水 C/N 比的增大而增加，進(jìn)水C/N 比達(dá)到 7.7 以后，TN 去除率提高不大。

根據(jù)傳統(tǒng)的生物脫氮機(jī)理進(jìn)行分析，可能有兩方面原因：一是由于 O 段好氧生化處理單元的生物硝化反應(yīng)不充分；二是由于 A 段反硝化過(guò)程效率較低。在低濃度污水生物脫氮過(guò)程中，若進(jìn)水 C/N 比過(guò)高，反應(yīng)器中的自養(yǎng)硝化菌在大量有機(jī)物存在的條件下，對(duì)氧氣和營(yíng)養(yǎng)物的競(jìng)爭(zhēng)不如好氧異養(yǎng)菌，從而導(dǎo)致異養(yǎng)菌占優(yōu)勢(shì)，使得氨氮不能很好地轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽或硝酸鹽，以致降低硝化反應(yīng)速率。反之，進(jìn)水 C/N 過(guò)低，硝化反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，反硝化過(guò)程缺乏足夠的有機(jī)物作為電子供體，導(dǎo)致反硝化效率很低。

因此，進(jìn)水 C/N 比成為影響生物脫氮效率的一個(gè)關(guān)鍵因素，進(jìn)水 C/N 比過(guò)高或過(guò)低成為脫氮的難點(diǎn)，合適的進(jìn)水 C/N 比成為高效脫氮的關(guān)鍵。

而在實(shí)際污水廠(chǎng)運(yùn)行當(dāng)中，各項(xiàng)控制參數(shù)均能在設(shè)計(jì)建造時(shí)設(shè)定或者在運(yùn)行中調(diào)整，而唯獨(dú)C/N是一個(gè)幾乎不可控的參數(shù)，由該污水廠(chǎng)納污范圍的水源所決定。雖然可以通過(guò)投加碳源或尿素來(lái)改變C/N，從而實(shí)現(xiàn)良好的COD去除率和脫氮效果，但這都直接增加了藥劑成本和電費(fèi)成本，使運(yùn)營(yíng)成本增加，這是污水廠(chǎng)經(jīng)營(yíng)方所不希望的。

故從一定意義上來(lái)說(shuō)，原水C/N成為了影響A/O工藝處理系統(tǒng)脫氮效果一個(gè)至關(guān)重要的因數(shù)。

H污水處理廠(chǎng)主要納污范圍中，以初處理后的食品廢水為主，其中醬油等調(diào)味工業(yè)占很大的比重，故原水中的N以有機(jī)氮為主。表1為近3年H污水處理廠(chǎng)的C/N及脫氮效果簡(jiǎn)表。

表1　2012-2014年季度C/N及脫氮效果簡(jiǎn)表Table 1　The analysis of the Carbon/Nitrogen Ratio and the effect of nitrogen removal in 2012-2014

從表1可以看出，H污水處理廠(chǎng)長(zhǎng)期C/N處于較為理想的6.0以上，故出水氨氮去除率達(dá)95%，但TN去除率良好，為63%～90%。

但從表1規(guī)律上看，C/N在6.0～10.2時(shí)，氨氮去除率及TN去除率并無(wú)明顯的線(xiàn)性規(guī)律，從一定程度上可以說(shuō)，在A(yíng)/O工藝中，當(dāng)C/N到達(dá)一定數(shù)值(大于6.0)時(shí)，脫氮效果達(dá)到良好狀態(tài)，C/N并不再成為制約脫氮效果的因素。

3　運(yùn)行效果分析

H污水處理廠(chǎng)2012-2014年季度進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

H污水處理廠(chǎng)出水氨氮非常低，均低于0.35 mg/L，去除率達(dá)96%以上。TN去除率大于63%，出水TN遠(yuǎn)低于國(guó)家一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

表2　H污水處理廠(chǎng)2012-2014年季度進(jìn)出水水質(zhì) Fig.2　The analysis and evaluation on the influent quality and effluent quality of H sewage treatment plant in 2012-2014

表2表明，H污水處理廠(chǎng)在脫氮方面效果良好，達(dá)到了A/O 工藝脫氮方面理想的氨氮和TN去除率，表明該污水處理廠(chǎng)在工藝參數(shù)控制方面做得比較到位。

4　結(jié)　語(yǔ)

本文利用珠三角某A/O工藝的H污水處理廠(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析A/O工藝中運(yùn)行參數(shù)對(duì)脫氮效果的影響。通過(guò)分析A/O工藝6個(gè)工藝參數(shù)：HRT、DO、內(nèi)循環(huán)回流比、泥齡、污泥回流比、原水C/N對(duì)脫氮效果的影響，利用該污水處理廠(chǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)印證在實(shí)例運(yùn)行中的效果，從而證實(shí)：

(1) HRT大于8 h，DO大于2.0 mg/L，內(nèi)循環(huán)回流比100%～200%，泥齡7～15 d，污泥回流比60%～100%，原水C/N=6～9，在此參數(shù)下，能取得比較好的脫氮效果；

(2) 在其他可控參數(shù)達(dá)到最優(yōu)時(shí)，制約脫氮效果的是原水C/N；

(3) A/O污水處理工藝有其脫氮的實(shí)用性；

H污水處理廠(chǎng)的脫氮效果就目前情況而言是比較良好的，各項(xiàng)指標(biāo)特別是氨氮出水遠(yuǎn)低于其排放標(biāo)準(zhǔn)。但由于其納污水源以及工藝特性等，即使各個(gè)控制因素達(dá)到最優(yōu)，TN的去除仍不能算十分優(yōu)秀，這是由其工藝特點(diǎn)所制約的。若遇到排放提標(biāo)或者原水惡化TN大幅度上升等情況，需考慮對(duì)原有工藝進(jìn)行A2O或者A/O/N等工藝改造。

[1]金春姬,佘宗蓮,高京淑,等．間歇曝氣周期對(duì)低 C/N 比污水生物脫氮的影響[J].環(huán)境污染與防治,2003,25(5):257-258．

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A Case Analysis of Nitrogen Removal Control in A/O Process

LIJun-hua

(Technique Department, Foshan Gaoming Harvest Fair Water Treatment Co., Ltd.,Guangdong Foshan 528511, China)

The running data from a sewage treatment plant that located in the Pearl River Delta was used to analyze the effect of operating parameters on nitrogen removal in A/O Process. It extracted six critical parameters, including hydraulic retention time (HRT), dissolved oxygen (DO), internal circulation reflux ratio, sludge age and the C/N of raw water from the plant’s running data, in order to analyze their effects on nitrogen removal, as well as their significances in A/O process. This sewage treatment plant has good performance in nitrogen removal, especially the effluent ammonia nitrogen is far below the emission standard.

A/O process, nitrogen removal control; C/N; case analysis

李俊華(1988-)，男，本科，環(huán)境工程助理工程師，主要從事污水處理廠(chǎng)運(yùn)營(yíng)管理。

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1001-9677(2016)08-0171-03