A2/O 工藝及其組合技術在園區中水利用中的評價

沈雯

（南通市東港排水有限公司，江蘇 南通 226001）

1 引言

工業園區環境基礎設施運行效果評價結果是考核工業園區執行環保法律、法規及其標準的依據之一。工業園區中水利用率要達到25%，是江蘇省南通市行政審批局依據《省政府辦公廳轉發省環保廳等部門關于加強全省各級各類開發區環境基礎設施建設意見的通知》，在《關于南通市東港污水處理廠一、二期提標改造工程項目環境影響報告表的批復》中對南通市港閘經濟開發區提出的中水資源化要求（以下簡稱“提標改造項目”）。中水資源化是國內外研究的中水利用課題之一，20 世紀70—90 年代，日本、美國先后開展了中水利用研究。2002 年北京市、青島市實施了中水利用示范工程建設項目。南通市東港排水有限公司（原南通市東港污水處理廠）位于南通市港閘經濟開發區，為落實中水資源化，結合區域污水來源于40 km2內27.8 萬居民的生活污水（占污水總量的70%）、40 余家工業企業（紡織印染、制藥、化工）的廢水（占污水總量的30%）的實際，實施了一、二期5 萬m3/d 水解酸化+MBBR 處理工藝改為A2/O（厭氧—缺氧—好氧）工藝及其組合技術運用。本文從工業園區環境基礎設施運行效果角度，評價了A2/O 工藝及其組合技術在污染物的排放濃度與排放總量雙達標及中水利用的適用性。

2 評價標準與方法

2.1 評價標準

以上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司在《南通市東港排水有限公司一、二期污水處理設施提標改造設計方案》中依據的GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》表1 指標及一類污染物執行表2 標準（以下簡稱“GB 18918—2002”）、GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業用水水質》標準限值（以下簡稱“GB/T 19923—2005”），南通市行政審批局《關于南通市東港污水處理廠一、二期提標改造工程項目環境影響報告表的批復》（行政審批〔2018〕72 號，以下簡稱“行政審批〔2018〕72 號”）。

2.2 評價方法

根據江蘇源遠監測技術有限公司按GB 18918—2002 標準中的4.2.3.3 采樣頻率，每2 h 采樣1 次，共采集4 次，取其最大測定值的要求，連續48 h 跟蹤A2/O 工藝及其組合技術運行過程進水、出水采樣分析，出具的［YYC-BG-2021-070587］號監測報告予以對標評價。

3 結果評價

3.1 綜合效果評價

工業園區污水經過企業預處理后的非磷化廢水具有含氮高、含磷高、含碳量低、可生化性低的特點，2018 年前，南通市東港排水有限公司一、二期污水處理采用水解酸化+MBBR 處理工藝，CODCr的去除率達到75%，氨氮的去除率達到60%左右，不能滿足GB/T 19923—2005 限值要求及實現蘇政辦發〔2007〕115 號等相關文件的目標，2019 年以來，改用A2/O 工藝及其組合技術［1］，其主要污染物處理效率見表1。

表1 A2/O 工藝及其組合技術主要污染物監測結果

由表1 可知，進水主要污染物濃度CODCr為421.96 mg/L、BOD5為301.70 mg/L、SS 為248.89 mg/L、氨氮為29.64 mg/L、總氮為44.86 mg/L、總磷為5.15 mg/L，處理后CODCr為17.00 mg/L、BOD5為3.93 mg/L、SS 為3.12 mg/L、氨氮為0.45 mg/L、總氮為9.80 mg/L、總磷為0.28 mg/L，各項污染物的去除率分別為95.97%，98.70%，98.75%，98.48%，78.15%，94.56%；進水與出水中的pH、LAS、色度均在標準限值范圍內。

據統計，提標改造項目處理水量為5 萬t/d，處理后1.25 萬t/d 供華能南通電廠循環冷卻水系統，余1 368.75 萬t/a 經華能南通電廠溫水排口排入長江，其CODCr、氨氮、總磷的排放總量分別為232.69，6.16，3.83 t/a，滿足行政審批〔2018〕72 號批復廢水排放總量1 368.75 萬t/a、CODCr684.38 t/a、氨氮68.44 t/a、總磷6.84 t/a 的要求，實現了濃度與總量雙達標。

3.2 工藝階段處理效果評價

A2/O 及其組合技術就是在厭氧與好氧之間增加缺氧池等其他工藝，用于一、二期提標改造項目，實現降解有機物、除磷—脫氮與中水利用。

旋流沉砂工藝主要用于去除污水中粒徑大于0.2 mm、密度大于2.65 t/m3的砂粒，該工藝段懸浮物去除率達20%。厭氧池納入污水與二沉池外回流的混合液，控制DO＜0.2 mg/L 釋放出聚磷菌，使污水中磷的濃度升高，溶解性有機物被微生物細胞吸收使污水中BOD5濃度下降。其次，生物細胞合成中去除部分氨氮，使污水中氨氮濃度下降。缺氧池控制DO＜0.5 mg/L，反硝化菌與兼氧脫氮菌利用污水中BOD5供給有機碳源，將來自厭氧池的污水與內回流混合液中大量-N 和-N 還原成N2釋放至大氣環境，使BOD5濃度下降，-N 濃度大幅度下降，磷的變化較小。好氧池中有機物被微生物生化降解而下降，有機氮被氨化繼而被硝化，使-N 濃度顯著下降，隨著硝化過程-N 濃度增加，好氧活性污泥中的嗜磷微生物大量吸收溶解性磷，將其轉化成不溶性多聚正磷酸鹽，貯存于體內，使磷濃度下降，其中一部分隨污泥回流至厭氧池形成內回流，另一部分則在二沉池中泥水分離，分離出的污泥外回流至厭氧池，上清液流至機械加速沉淀池。在機械加速澄清池中加入聚合氯化鋁、陰離子聚丙烯酰胺予以高效絮凝，沉下的泥渣部分經濃縮后定期排放。污水監測結果表明，經過機械加速澄清池及濾布濾池處理后，出水中的SS、總磷、總氮和氨氮的平均去除率達38.95%（8.24%～83.33%之間），使無機及含有有機氮、磷、生物蛋白等菌質菌量較高的活性污泥隨其進入污泥回流或貯泥池。其次，在污水排放前用4 ppm/m3次氯酸鈉液消殺污水中的生物，有效控制納污水體發生富營養化現象。在A2/O 工藝生化段加入適量的乙酸鈉提高可生化性。各工藝段處理效果見表2。

表2 A2/O 工藝及其組合技術段有機物監測結果

由表2 可知，CODCr、BOD5、SS、氨氮、總氮、總磷6項主要污染物的濃度分別由厭氧前的421.96，301.70，199.11，29.64，44.86，5.15 mg/L 下降到好氧后的33.60，8.94，89.20，0.99，10.68，0.51 mg/L，去除率分別為92.04%，97.04%，55.20%，96.66%，76.19%，90.10%；CODCr、BOD5、SS、氨氮、總氮、總磷6項主要污染物的濃 度 分 別 由 二 沉 池 前 的33.60，8.94，89.20，0.99，10.68，0.31 mg/L 下降到濾布濾池后的17.00，3.93，3.12，0.45，9.80，0.28 mg/L，去除率分別達49.40%，56.04%，96.50%，54.55%，8.24%，9.68%；pH、LAS 及色度均滿足相關標準限值的要求。

3.3 相關污染物達標評價

根據GB 18918—2002 與GB/T 19923—2005 控制重金屬離子、絡合陰離子及有關物質不超過一定濃度以免致活性污泥中毒及需滿足中水利用要求，12 項指標監測結果見表3。

表3 A2/O 工藝及其組合技術重金屬監測結果

由表3 可知，提標改造項目12 項指標的監測結果均滿足GB 18918—2002 與GB/T 19923—2005 相關標準限值的要求。

4 結果與討論

A2/O 工藝及其組合技術工藝流程見圖1。

圖1 A2/O 工藝及其組合技術工藝流程

4.1 結果

A2/O 工藝及其組合效應［2］為：CODCr、BOD5、SS、氨氮、總氮、總磷6 項主要污染物的綜合運行效率分 別 為95.97%，98.70%，98.75%，98.48%，78.15%，94.56%。

4.2 討論

4.2.1 技術參數控制有效［3］

（1）有機負荷率（F/M）達標。F/M 是衡量生物脫氮、脫磷效率的技術指標之一，F/M＝（Q×BOD5）（每天進入系統中的食料量)/（MLVSS×Va）（曝氣過程中的微生物量）。Q 為每天的進水量，50 000 m3；進水的BOD5值301.7 mg/L；Va 為曝氣池的有效容積，26 420 m3；MLVSS 為曝氣池內活性污泥濃度，3.0 mg/L，1 000 mg＝1 g，則50 000×301.7/3.0×26 420×1 000＝0.19，滿足設計參數應控制在0.1～0.2之間可避免污泥膨脹的要求。

（2）泥齡滿足運行要求。提標改造項目配有4 座二沉池，有效容積18 149.2 m3，據表2 所列進水SS 濃度為248.89mg/L，二沉池的去除率為78.95%，根據初次沉淀污泥量和二次沉淀污泥量（V）：V＝100C0ηQ/1 000（100-p）ρ 設計參數要求，則V（初沉與二沉污泥量，m3/d）＝100×進水中SS 濃度248.89 mg/L×二沉池去除率78.95%×日污水流量5 萬m3/1000（100-污泥含水率99%）×沉淀污泥密度1 000 kg/m3＝9.92 m3/d，則泥齡與停留時間為143.84 m3/9.92＝14.5（d），分別滿足泥齡與停留時間應控制在8～15 d 及每小時2 084 m3污水停留2 h 的要求。

（3）水力停留時間可行。項目設計能力為5 萬t/d，平均約為2 084 m3/h，由原MBBR 基礎設施改造而成，厭氧池有效容積5 600 m3，缺氧池有效容積6 000 m3，分別滿足設計規范水力停留時間厭氧1～2 h，缺氧1.5～2 h 的要求；好氧池有效容積14 820 m3，停留時間為7.11 h，滿足設計參數好氧水力停留時間應達6 h 的要求。

（4）內回流與外回流運行正常。內回流是指硝化液回流［4］，其作用是將曝氣池中硝化反應產生的硝態氮回流到反硝化池，為反硝化提供化合態的氧進行反硝化反應，內回流（r）比為r＝（TN進-TN出）/TN出。由表2 可知，公司A2/O 工藝TN進為44.86 mg/L，TN出為10.68 mg/L，則r＝（44.86-10.68）/10.68＝3.2倍，滿足內回流在2～5 倍之間的設計要求。圖1 表明，外回流污泥主要來源于二沉池、機械加速澄清池與濾布濾池，如前所述，初次沉淀污泥量和二次沉淀污泥量為9.92 m3/d，據統計，回流至A2/O 系統厭氧工藝段的污泥量約為4.8 m3/d，剩余污泥量為5.12 m3/d，則外回流率（R）＝回流污泥量4.8 m3/污泥總量9.92 m3×100%＝48.39%，滿足設計參數30%～70%的要求，為防止二沉池反硝化及二次釋放磷的現象，盡量控制R 值為最低，避免-N 帶回厭氧段，干擾磷的釋放，確保除磷效率。

（5）溶解氧（DO）控制恰當。公司采取24 h 監測跟班運行精準控制曝氣的方法確保A2/O 工藝及其組合技術的運行參數。據監測，厭氧段DO 監測值在0.12～0.18 mg/L 之間，滿足設計參數應＜0.2 mg/L 的要求；缺氧段DO 監測值在0.31～0.42 mg/L 之間，滿足設計參數應＜0.5 mg/L 的要求；好氧段DO 監測值在2.2～2.8 mg/L 之間，滿足設計參數在2～3 mg/L 之間的要求。

（6）COD/TKN（凱氏氮）與COD/TP 適宜。公司進水中COD 為421.96 mg/L、TKN 為13.22 mg/L，比值為31.92，滿足設計控制參數COD/TKN 應大于4.0的要求；為了提高COD/TP 值，公司在碳源投加間向進水中按比例投加乙酸鈉提高了COD/TP 比值，表2顯示，出水中CODCr為17.00 mg/L、TP 為0.28 mg/L，比值為60.71，其余工藝階段COD/TP 比值均大于20，滿足設計COD/TP 比值大于20 的條件。

（7）pH 滿足生物條件。經多年的數據觀察，公司調節池污水與污泥混合液的pH 基本保持在7.21～7.24之間，滿足設計方案中pH 應控制在7.0 以上的要求。

（8）溫度適宜生物生長。據南通氣象部門報道，南通市每年5—10 月的平均氣溫在20～29 ℃之間，有利于微生物的生長繁殖，每年1—4 月及11 月、12月的平均氣溫低于15 ℃時，充分利用進水中印染廢水的余熱，使水溫保持在15 ℃左右，滿足生物脫氮設計水溫高于15 ℃的要求。

4.2.2 環境績效明顯［5］

A2/O 工藝及其組合技術提標改造項目水平衡見圖2（單位為t/d）。

圖2 提標改造項目水平衡

由圖2 可知，原5 萬t/d 污水經處理達到GB 18918—2002 限值后排入長江，提標改造項目實施后，12 500 t/d 中水進入華能南通電廠循環冷卻水系統，用于生產冷卻循環，減排污水達456.25 萬t/a，占總水量的25.49%，滿足循環利用率25%的要求。按表2 出水中CODCr17.00 mg/L 計，減排CODCr77.56 t/a，實現了中水資源化與污水減量化的統一。

4.2.3 成本核算符合價格規律

A2/O 工藝及其組合技術運行成本主要包括污水處理的電耗與藥劑消耗費用、污泥處理的電耗與藥劑消耗費用、運行軟件系統與設備維護及保養費用、員工工資福利4 個方面，統計結果見表4。

表4 A2/O 工藝及其組合技術運行成本

由表4 可知，A2/O 工藝及其組合技術綜合運行成本為0.72 元/m3，其中電費享受政府優惠電價，藥劑費用按招標價格支付，工資福利按勞取酬；污泥供環保熱電公司燃燒發電供熱，不計成本。

4.2.4 處理工藝優化為一般變動

A2/O 工藝及其組合技術對照生態環境部《關于印發〈污染影響類建設項目重大變動清單（試行）〉的通知》屬于環保設施變化，其提標改造項目的性質、規模、原輔料、地點、工藝、平面布置均未發生變動，未新增污染因子或污染物排放量及新增環境風險源，項目實施后實現了中水資源化與減量化，屬于環保設施處理工藝強化行為，判別為“一般變動”，納入排污許可及環境保護管理。

5 評價結論

（1）A2/O 工藝及其組合技術設計科學，工藝參數控制合理，在精準控制有機負荷率0.121、污泥齡與污泥停留時間＞8 d、COD/TKN 比值為31.92＞4 與COD/TP 為54.83＞20，r＝2.17，R 值達48.39%，滿足內回流2～5 倍、外回流30%～70%的要求，在有效水力停留時間等參數控制的基礎上，CODCr、BOD5、SS、氨氮、總氮、總磷6 項主要污染物的綜合運行效率可達78.15%～90%以上。

（2）提標改造項目總排口的18 項污染物監測結果均滿足GB 18918—2002 與GB/T 19923—2005 相關標準限值的要求；污水排放量1 368.75 萬t/a，CODCr、氨氮、總磷的排放量分別為232.69，6.16，3.83 t/a，滿足行政審批〔2018〕72 號批復廢水總量1 368.75 萬t/a、CODCr684.38 t/a、氨氮68.44 t/a、總磷6.84 t/a，實現了濃度與總量雙達標。

（3）提標改造項目實施后，12 500 t/d 中水進入循環冷卻水系統再利用，減排污水456.25 萬t/a，滿足循環利用率達到25%的要求；按出水CODCr17.00 mg/L計，減排CODCr達77.56 t/a，實現了中水資源化與污水減量化的統一，提升了園區的經濟發展空間。

（4）核算了每噸污水與污泥處理耗電、藥劑消耗、軟件系統與設備維護、工資福利成本，綜合污水處理成本為0.72 元/m3，核算結果符合價格規律。

（5）A2/O 工藝及其組合技術提標改造項目實施后實現了中水資源化與減量化，屬于環保設施處理工藝強化行為，為“一般變動”，納入排污許可及環境保護管理。