厭氧+多級AO工藝的優化運行研究

陳建武

（泰安市城市排水管理處，山東 泰安 271000）

1 工程概況

泰安市第一污水處理廠（以后簡稱一廠）于1990年引進奧地利技術，采用A+A2O工藝。設計規模5X104m3/d。為出水水質達一級A標準，2016年改為厭氧+多級A/O工藝。工藝流程圖見圖1。

圖1 改造后的工藝流程

2 運行中發現的問題

改造完成后發現4個問題：

（1）需往復多次調整曝氣閥才滿足DO需求。

（2）Q進水大于2350m3/h時細格柵因液位高而溢流。

（3）冬季沉淀池因泥位高每天至少1次跑泥。

（4）根據出水水質調整DO，不能及時根據進水量或者水質調整風量。

3 優化措施

3.1 曝氣閥門調節

（1）閥門及曝氣設備設置情況。生化北、南池各設一級曝氣總閥（簡稱BQ1，BQ2），二級曝氣總閥（簡稱BQ3、BQ4），對應DO簡稱DO1～DO4。BQ1，BQ2各分設10個細分閥門。BQ3、BQ4各分設4個細分閥門。北池一、二級及南池一級好氧區為膜孔曝氣。南池二級好氧區為穿孔管曝氣。

（2）影響閥門開度因素。①膜孔氧轉移效率比穿孔管高，相應生化池風量需求小。②風壓變化時膜孔曝氣量變化幅度比穿孔管大。因為膜孔孔徑隨風壓變化而變化，而穿孔管孔徑不受風壓影響。風壓升高時膜孔增加風量大，風壓降低時膜孔減少風量大。

（3）閥門調節思路。先調節各分總閥門BQ1～BQ4，再調節各膜孔曝氣細分閥門，最后南池二級好氧區細分閥門。

（4）閥門調節時控制參數。①按多級AO工藝各構筑物功能要求，一級好氧區應降解進入該區大部分凱氏氮。二級好氧區需降解二級配水中凱氏氮和一級未降解氨氮，使出水氨氮符合排放標準。②一級好氧區混合液DO不應影響二級缺氧段反硝化，二級好氧區混合液DO應防止污泥在二沉池發生反硝化。閥門設置參數見表1。

表1 閥門設置參數/mg.L-1

（5）閥門調節過程。最初各分總閥門和細分閥門都被調節以求達到精確控制各生化池DO的目的。每天調節閥門15次以上。為降低勞動量，采用以生化池功能定曝氣閥門的方法，實現只調節穿孔管曝氣分總閥門BQ4就能出水達標。具體依照后面步驟進行。①固定分總閥門BQ1～BQ4開度：先打開所有閥門，再以各曝氣區進水端DO為0.8～1.0mg/L初步調節各分總閥門；按表1中DO參數設置各曝氣區最末端一個細分閥門；經過一級好氧區HRT（約3h）后測量各好氧區出口氨氮看是否符合表1。如不滿足再調節分總閥門和末端細分閥門直到滿足為止；如各曝氣區出水氨氮均超出上限或者下限，則調整風量并重復本步驟直到滿足為止；BQ1～BQ3今后不再變動。只測氨氮指標是因為只要氨氮達標COD就能達標。②固定膜孔曝氣細分閥門開度。從各曝氣區中間細分閥門（標記為M開始）開始沿著水流方向閥門開度逐步變小，然后設本區末端細分閥門并滿足表1中DO要求。3h后測氨氮看是否符合表1要求，不符合就改變M開始位置或者閥門開度變化幅度，重復本步驟直到符合為止。各膜孔細分閥門不再變動。③固定南池穿孔管細分閥門開度，調節BQ4。南池二級好氧區穿孔管細分閥門參照北池預設，然后按照北池方法調節。在此過程中，如膜孔曝氣的生化區DO不滿足需求，只需調節風機風量來滿足而不能調節所有膜孔曝氣閥門。至此所有閥門設置完成。今后風量變化只調節南池二級好氧分總閥門BQ4使DO4高于DO3在0.2～0.3mg/L區間（該值是統計兩池出水水質相近時DO差值關系得出）

經過一年多的實踐表明，此法工作量小，滿足工藝要求，出水達標。

3.2 新增污泥回流管（見圖1）

（1）存在問題。①一廠改造時沒改造厭氧池到一級缺氧池管道。混合液和污泥回流導致厭氧池和細格柵液位高。當Q進水大于2350m3/h時細格柵會溢流，而一廠最大時流量為2450m3/h。②冬季生化池MLSS需大于6500mg/L。在高MLSS和連續4h Q進水大于2000m3/h時，沉淀池每天至少跑泥1次。

（2）降低厭氧池回流污泥量防止細格柵溢流。溢流進水量與最高進水量之差為100m3/h，如減少外回流200m3/h就能確保細格柵不溢流。減少的回流污泥量占正常外回流量2100m3/h的比例較小，對除磷影響有限。而且后續有化學除磷確保出水TP達標。

（3）新增污泥回流管，提高污泥回流比。MLSS高使二沉池表面固體負荷超過極限通量，造成污泥界面上升。加大回流比使污泥從二沉池轉移到生化池可確保二沉池不跑泥。這在前期研究中已得到證實。王旭等認為，SV%是二沉池運行工況的主要決定因素，SV%較大時，需大幅提高回流比才能改善二沉池工況。周克釗認為，高濃度活性污泥需采用較高回流比1.5～2.5。

一廠在回流污泥管上接入相同管徑的回流污泥管，將污泥引入一級生化池首端（見圖1中優化運行新增污泥回流管）。污泥從這里流入是為了充分利用工藝改造前回流污泥管道及閥門。同時有利于在冬季提高生化池MLSS。實踐證明，當回流污泥分配給厭氧池1800～1900m3/h、一級好氧池1200～1100m3/h時，滿足細格柵不溢流以及二沉池不跑泥。

表3 2019.12.4 11:00 ～ 2019.12.5 1:00 ORP 氨氮

表4 2020.1.8 16:00 ～ 2020.1.9 3:00 ORP 氨氮

3.3 根據厭氧池ORP調節DO

（1）厭氧池ORP能提前反映進水變化。根據出水水質調節DO具有滯后性。滯后時間為好氧池入口到水質監測點的HRT。為及時調整曝氣區DO將目光轉向厭氧池ORP。

在曝氣池污染物被氧化分解并產生氧化物，宏觀表現為ORP提高。當出水水質穩定時，氧化產物累積在一定范圍，宏觀表現為ORP穩定在一定范圍。在前期研究中，馮云風等認為曝氣池ORP控制在合適范圍才能保證出水水質。馬勇等認為A/O工藝好氧區末端ORP值與出水氨氮、硝態氮有很好相關性。因此，出水水質穩定時，回流污泥ORP應穩定。

當進水水質也穩定時，厭氧池ORP應穩定。江慧真等證實，在CAST工藝的厭氧選擇區，COD、TP與ORP相關性良好，ORP可以間接反應COD、TP。因此，運行良好的水處理系統厭氧池ORP應穩定，如超出范圍，就表明進水水質或水量波動較大。

（2）厭氧池ORP范圍確定。影響ORP因素很多，進水水質、不同工藝和工況形成不同氧化還原體系，ORP值波動范圍不同。因此，不能統一劃定適合所有工藝的ORP波動范圍。但在選取ORP范圍時，水質穩定期時長必須大于污水在污水廠的HRT。只有這樣，才能認定工藝運轉良好和厭氧池穩定，ORP才有參考價值。

為避免回流污泥ORP與進水ORP均異常但兩相抵消而ORP正常的誤判，可在好氧池出口測ORP。兩者對比可知是否誤判。這種工況可暫不調整DO，但要關注曝氣區指標變化。以回流污泥ORP升高但進水ORP降低為例。排除反硝化不徹底而致硝態氮升高的原因，回流污泥ORP升高表明曝氣過量需降低DO。而進水ORP降低表明進水量或者污染物濃度增高需提高DO。因此可暫不調整DO，但在異常進水流入曝氣區中間位置時，做水質檢測以確認是否調整DO。

從厭氧池ORP異常到調整風量時間，應為厭氧池出口到曝氣池入口的HRT。

（3）一廠實踐。一廠只在厭氧池安裝ORP測定儀。部分運行數據見表2～4。從表2～4可以看出：①厭氧池ORP正常為-40～-60mV。②ORP低于正常值大約6～7h后水質出現異常。一廠做法如下：取ORP連續2h低于正常波動范圍就調節DO。2h約為一級缺氧池HRT；一廠把DO3（北池二級好氧末端）作為DO控制點（原因見前面3.1）；DO3通常在0.12～0.4mg/L；首次提高0.2mg/L，如連續3小時高于波動范圍，需要測量生化池參數，判斷DO調整是否合適。這里取3小時是因為變化進水經過這段時間可到達一級好氧區中段，可以初步判斷DO調整值是否合適；如ORP連續2h高于正常波動范圍就降DO約0.10mg/L。同樣3h后監測生化池中段。通過一年的實踐證明此法是可行的。

表2 2019.12.3 11:00 ～ 2019.12.4 1:00 ORP 氨氮

4 結語

在厭氧+多級A/O工藝中，如存在微孔曝氣和穿孔管曝氣兩種設備，只調控穿孔管曝氣總閥是可行的。生化池MLSS高時增大污泥回流比可避免沉淀池跑泥。在有回流污泥的厭氧池，ORP在一定范圍波動，以此來調整生化池DO，做到及時調整風量避免風量不足或者過量。