水庫上游中小型污水處理廠工藝優化研究

趙宇(撫順市環境科學研究院，遼寧 撫順 113006)

1 研究目的及意義

大伙房飲用水水源地坐落于遼寧省撫順市，是在我省在國家第一個五年計劃中竣工的第一個大型水庫，也是當時全國第二大水庫。多年以來該水庫已成為沈陽、撫順兩大城市居民飲用水的重要水源地。2009年遼寧省人民政府頒布《關于劃定大伙房飲用水水源保護區的批復》，實現了對大伙房飲用水水源地的行政行保護。2018年10月，省人大對《遼寧省大伙房飲用水水源保護條例》進行修正，進一步完善了有關法規。對大伙房飲用水水源地進行持續有效的保護，關系到我省人民的飲水安全和社會安定。

入庫河流的水質成為了對水庫水質控制的重要因素。大伙房水庫常年出現總氮及總磷超標現象，超標原因主要為大伙房水庫以上流域內的點源、農業面源、水土流失及流域水文特性等對其水質造成的影響。本研究主要針對水庫上游村鎮污水處理廠對總氮的削減技術進行研究，并以大伙房水庫上游某村鎮污水處理廠為對象，對其A2/O工藝運行過程中的曝氣方式及曝氣量進行了篩選試驗，選出最優的曝氣方式及曝氣量以優化各污染物去除率，以此解決該污水處理廠出水總氮不能滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中一級A標準的問題。

2 試驗裝置

A2/O工藝污水處理小試裝置由有機玻璃制造，主反應池內部由隔板分為4個隔室，自左向右分別為厭氧池，缺氧池，2個好氧池，容積比例為7.5∶7.5∶42.5∶42.5，以折流方式運行。二沉池采用豎流式。裝置中設置污泥回流系統，內回流系統。此裝置完全模擬示范污水處理廠的尺寸比例及運行模式。

3 試驗用水及污泥

試驗用水取自示范污水處理廠進水，污泥也取自該污水處理廠。其中，COD，氨氮，總氮和總磷質量濃度分別為113.2～150.4mg/L，14.5～18.6mg/L，38.2～45.4mg/L和0.447～0.520mg/L。

4 分析項目及方法

COD采用重鉻酸鹽法；氨氮采用納氏試劑比色法；總氮采用過硫酸鉀消解紫外分光光度法；總磷采用鉬酸銨分光光度法。

5 曝氣方式及曝氣量操作策略

分為以下幾種情景進行試驗：(1)曝氣方式：邊進水邊進行曝氣；曝氣量：0.1m3/h；(2)曝氣方式：邊進水邊進行曝氣；曝氣量：0.2m3/h；(3)曝氣方式：邊進水邊進行曝氣；曝氣量：0.3m3/h；(4)曝氣方式：進水半小時后進行曝氣；曝氣量：0.1m3/h；(5)曝氣方式：進水半小時后進行曝氣；曝氣量：0.2m3/h；(6)曝氣方式：進水半小時后進行曝氣；曝氣量：0.3m3/h；(7)曝氣方式：間歇曝氣(曝氣半小時，停滯10min)；曝氣量：0.1m3/h；(8)曝氣方式：間歇曝氣(曝氣半小時，停滯10min)；曝氣量：0.2m3/h；(9)曝氣方式：間歇曝氣(曝氣半小時，停滯10min)；曝氣量：0.3m3/h。

6 結果與分析

本試驗旨在研究各種曝氣方式及曝氣量條件下各類污染物去除情況。試驗中先后共采用了三種曝氣方式，分別是邊進水邊進行曝氣、進水半小時后進行曝氣及間歇曝氣(曝氣半小時，停滯10min)。同時，在試驗中采用三種曝氣量，分別是0.1m3/h，0.2m3/h，0.3m3/h。

6.1 COD去除率的變化

通過對實驗數據的分析，COD去除率的變化總結如下：在3種曝氣方式下，邊進水邊曝氣方式去除效果比另外兩種曝氣方式要更好。原因是邊進水邊進行曝氣方式的曝氣時間較長，水中能夠保持有充足的溶解氧，有利于有機物的去除。在3種曝氣量條件下，COD去除率變化不大。分析其原因為微生物的吸附作用和代謝作用可以對污水中COD的進行去除，吸附是去除COD的主要過程，吸附過程只與顆粒污泥本身的粒徑、比表面積等有關，與曝氣量大小關系不大。在代謝過程中，較低的曝氣就能夠滿足微生物代謝的耗氧量，因為合成與分解代謝需氧量所需量都較低。因此，COD的去除與曝氣量大小關系不大，在較低曝氣量下COD去除率能維持在穩定水平。

6.2 氨氮去除率的變化

氨氮去除率的變化總結如下：在3種曝氣方式下，間歇曝氣方式去除效果比另外兩種曝氣方式要更好。原因是間歇曝氣可以形成兼氧-厭氧-好氧環境，為硝化和反硝化的提供了良好環境。在3種曝氣量條件下，曝氣量為0.3m3/h條件下去除效果最好。分析原因為大量曝氣增加了水中溶解氧的濃度，提高了氨氮的氧化效率，進而提高了氨氮去除率。

6.3 總氮去除率的變化

總氮去除率的變化總結如下：在3種曝氣方式下，間歇曝氣方式去除效果比另外兩種曝氣方式要更好。采用間歇曝氣方式可使好氧池內不斷形成缺氧-好氧環境，既能同步硝化反硝化的發生，還可以進一步加強系統的硝化、反硝化能力。此外，采用間歇曝氣方式，從曝氣開始就能使系統保持較高的氧利用率，縮短曝氣時間，可以避免好氧池的過度曝氣，使系統短程硝化反硝化更加完全。在3種曝氣量條件下，曝氣量為0.2m3/h條件下去除效果最好。分析其原因是當曝氣量達到0.3m3/h，反應區溶解氧量的增高使污泥回流液攜帶至選擇區內的溶解氧量也相應提高，由于氧會與NO3-爭奪系統內的碳源，同時會抑制NO3-還原酶的合成及其活性，一定程度上影響了預反應區內反硝化反應的過程，降低了系統對總氮的去除。

6.4 總磷去除率的變化

總磷去除率的變化總結如下：在3種曝氣方式下，間歇曝氣方式去除效果比另外兩種曝氣方式要更好。原因是間歇曝氣有利于聚磷菌的生長，為強化生物脫磷過程提供更好的環境。在3種曝氣量條件下，曝氣量為0.1m3/h條件下去除效果最好。因為缺/厭氧環境可以使聚磷菌更為有效放磷，并可以吸收或吸附大量易降解的有機物，使主曝氣區具有更多的動力和營養物質來進行吸磷，而增大曝氣量更容易讓污泥回流過程中就有一定量高濃度溶解氧進入厭氧池，使得厭氧池不能完全放磷，導致好氧池無法正常完成吸磷，除磷效果下降。

7 結語

以上研究結果可以得出結論：

(1)邊進行曝氣邊進水對COD去除效果最好；而間歇曝氣有利于對氨氮、總氮及總磷的去除。

(2)曝氣量大小對COD的去除率影響不大；曝氣量為0.3m3/h條件下氨氮去除效果最好；曝氣量為0.2m3/h條件下總氮去除效果最好；曝氣量為0.3m3/h條件下總磷去除效果最好。

(3)結合示范污水處理廠的實際情況，即出水總氮不能穩定達標，本研究選擇“間歇曝氣+曝氣量0.2m3/h”條件對示范工程進行優化。

綜上所述，本研究認為A2/O工藝使用“間歇曝氣+單池曝氣量2m3/h”的運行方案是最優的。該工藝優化方法可最大限度地降低示范工程系統的能耗和投資，為水庫上游類似的中小型污水處理廠提供借鑒。