污水處理廠總氮提標多模式切換運行

關永年，劉洪波,,*，秦 松，徐 超，陳 勇

(1.蘇州工業園區清源華衍水務有限公司，江蘇蘇州 215021；2.上海理工大學環境與建筑學院，上海 200093)

江蘇省2018年5月18日發布的《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)中CODCr、氨氮、TP、TN限值與《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級A標準相比均有一定提升[1-2]。2018年8月，蘇州市委發布了《關于高質量推進城鄉生活污水治理三年行動計劃的實施意見》，其中明確要求自2021年1月1日起，蘇州市城鎮污水處理廠執行地表“準IV類”水標準，該標準要求污水處理廠出水TN標準含量為10 mg/L[3]。本文以蘇州工業園區第二污水處理廠為研究對象，對照從2015年以來5年運行的出水水質數據，CODCr、氨氮、TP均能穩定達到新標準，但TN指標不能穩定達到要求。本試驗主要是優化多模式AAO的運行方式，針對不同季節，探討TN的高效去除方案，為減少改造投資、優化運行提供科學依據。

1 污水處理廠概況

蘇州園區第二污水處理廠設計能力為15萬m3/d，處理對象包括服務范圍內的生活污水和工業廢水，其中，生活污水約占總水量的55%。工業廢水經企業自建的預處理設施處理達到《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)要求后，排入市政管道進入污水處理廠。污水處理廠設計進、出水水質指標如表1所示。

查閱該廠歷史運行數據，在2020年6月—2021年5月，平均處理污水量約為14萬m3/d，運行參數具體如下：MLSS含量為2.5～3.5 g/L；污泥沉降比(SV30)為28%～40%；污泥泥齡為25～28 d。平均進、出水水質指標如表2所示。

表1 設計進水、出水水質指標Tab.1 Designed Water Quality Indices of Influent and Effluent

該污水處理廠采用進水、回流多點進水的AAO工藝。設計2座生物反應池，每座各分2組反應池。每組反應池厭氧區有效容積為2 700 m3，HRT為1.73 h；缺氧區有效容積為8 100 m3，HRT為5.18 h；交替區(安裝攪拌器和曝氣器，可根據需要調整為缺氧區或好氧區)有效容積為1 620 m3，HRT為1.04 h；好氧區有效容積為17 820 m3，HRT為11.4 h。污水處理廠實際進水CODCr、氨氮、TN和TP平均含量分別為356、31、42 mg/L和4.5 mg/L，平均處理污水量約為14萬t/d，生物反應池污泥含量為2 500～3 500 mg/L。該廠運行狀況良好，CODCr、TN、氨氮和TP的年均去除率分別為95%、78%、98%和96%。查閱2020年蘇州地方標準，對應出廠水水質情況，發現僅TN指標有少數天數不能穩定達到新標準，其他指標均能夠滿足新標準的要求。工藝流程如圖1所示。

表2 平均進水、出水水質指標Tab.2 Average Water Quality Indices of Influent and Effluent

工藝設計時對進水、內回流設計了不同的配水渠道調節閘門，通過閘門的調節可以實現進水的多點分配以及正置、倒置AAO工藝(圖2)。

2 試驗方法

圖1 污水處理廠工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of WWTP Process

注：●為進水配水閘門，為內回流配水閘門，■為外回流配水閘門圖2 進水及回流閘門位置示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Influent and Internal Return Gate Position

3 結果與討論

3.1 分點進水正置AAO工藝

表3 出水在出水TN的占比Tab.3 Proportion of in Effluent TN

圖3 分點進水正置AAO工藝流程圖Fig.3 Process Flow Chart of AAO with Multi-Point Influent in Upright Position

圖4 分點進水正置AAO工藝變化Fig.4 Changes of TN and in AAO Process with Multi-Point Influent

圖5 倒置內回流AAO工藝流程圖Fig.5 Flow Chart of Inverted Internal Reflux in AAO Process

3.2 倒置內回流AAO工藝

倒置內回流AAO工藝有常規倒置內回流AAO工藝[圖5(a)進水]和倒置內回流分點進水AAO工藝[圖5(a)、(b)進水]這2種。

3.2.1 常規倒置內回流AAO工藝

圖6 倒置內回流AAO工藝變化Fig.6 Changes of TN and in Inverted Internal Reflux of AAO Process

3.2.2 倒置內回流分點進水AAO工藝

倒置內回流分點進水AAO工藝[圖5(a)、(b)進水]是將缺氧區置于厭氧區之前，經初沉池沉淀后的出水，首先經過缺氧區，再進入厭氧區，最后到好氧區。進水方式則為70%流入缺氧區，30%直接流入厭氧區，內回流方式為好氧區的出水回流進缺氧池。

圖7 倒置內回流分點進水AAO工藝變化Fig.7 Changes of TN and in AAO Process with Inverted Internal Reflux and Multi-Point Influent

3.3 延長缺氧區工藝

延長缺氧區工藝包含僅延長缺氧區工藝運行模式[圖8(a)進水]和進水超越初沉池+延長缺氧區的工藝運行模式[圖8(b)進水]。

圖8 延長缺氧區工藝流程圖Fig.8 Process Flow Chart of Extended Anoxic Process

3.3.1 僅延長缺氧區工藝

該污水處理廠在缺氧區和好氧區之間有一交替區，該區設置曝氣及攪拌裝置。若需要延長缺氧區的HRT，則打開交替區的攪拌裝置；若需要延長好氧區的HRT，則關閉攪拌裝置，打開曝氣裝置。如圖8(a)進水所示，延長缺氧區時間即打開交替區的攪拌設備，使缺氧區的HRT由5.18 h增至6.2 h。

圖9 延長缺氧區工藝變化Fig.9 Changes of TN and in Extended Anoxic Process

3.3.2 進水超越初沉池+延長缺氧區的運行模式

污水經初沉池沉淀后，大約可去除20%的BOD5。若污水超越初沉池直接進入厭氧區會給生物反應池增加約20%的碳源，有利于反硝化反應。在冬季里，反硝化速率慢[7,12]，因此，生化池控制的MLSS相對較高。在延長反硝化反應時間(由5.12 h延長至6.2 h)的同時，補充充足的碳源，從而有利于提高脫氮效率，工藝流程如圖8(b)進水所示。

圖10 進水超越初沉池+延長缺氧區工藝變化Fig.10 Changes of TN and in Influent Exceeding Primary Sedimentation Tank + Extended Anoxic Process

以上不同工藝的試驗比較，實際運行參數控制基本一致，從TN去除效果上各有差異。運行成本的差異主要在電耗和碳源消耗上，其中分點進水正置和初沉超越及延長缺氧區長度組合的工藝，利用內部碳源對提高TN去除效果明顯，需輔助投加的碳源量較少，因此成本較低。其他幾種工藝組合視外加碳源量的不同，成本有差異。5種工藝試驗效果比較如表4所示。

4 結論

排放標準的提高，對污水處理廠的運行帶來新的挑戰。通過對污水處理廠工藝運行模式調整研究，正置AAO工藝采取分點進水，為反硝化菌提供了碳源，提高了反硝化效率，去除效果較佳；倒置內回流分點進水AAO工藝對提高反硝化效率并不明顯；在碳源不足情況下，延長反硝化時間對TN去除效率無明顯提升；采用“進水超越初沉池+分點進水+延長缺氧區”運行模式，即使在冬季也可以明顯提高污水處理廠對氮的去除效果。通過挖掘污水處理廠潛在碳源，優化運行方式，在不進行設備實施改造的基礎上，可實現污水處理廠TN含量穩定小于10 mg/L的要求。該工藝運行模式也為污水處理廠提標改造后工藝運行優化提供依據，實現節能降耗；同時，外加碳源可以作為常備藥劑，用于TN異常時的應急投加。

表4 不同工藝運行參數、成本及處理效果對比Tab.4 Comparison of Operating Parameters, Costs and Treatment Effect of Different Processes