中小城市環境工程污水處理A-A2/O工藝應用研究

初海濱

（煙臺市生態環境局海陽分局，山東 煙臺 265100）

引言

隨著工業化、城鎮化進程的加快，城市生產及居民生活污水排放量持續增長，與此同時，我國的城市污水年處理量和處理率也保持較快增長速度。住建部發布的《2021年城市建設統計年報》公布的數據顯示（見表1），我國污水排放量由2017年的492.39億m3上升至2021年的625.08億m3；城市污水處理廠也由2017年的2 209座增長至2021年的2 827座；污水處理廠日處理能力由2017年的1.57億m3/d增長至2021年的2.08億m3/d；污水年處理量由2017年的465.49億m3增長至2021年的611.90億m3；污水處理率由94.54%增長至97.89%。2021年，山東省污水排放量為36.46億m3，建成城市污水處理廠229座，處理能力為1 444萬m3/d，污水處理總量為35.88億m3，處理率為98.41%，處理率高于全國平均水平，為城市生態環境保護做出了積極貢獻。

表1 我國歷年城市污水處理情況

1 中小城市水環境污染特征分析

中小城市是我國城鎮體系的重要組成部分，也是中國式現代化重要的基礎性戰場。截至2020年，我國2 634個中小城市行政區域面積為879.39萬平方千米，常住人口為11.9億人，地區生產總值為75.79萬億元，分別約占全國的91.6%、84.47%和74.77%。2021年煙臺市廢水排放總量為31 551.9萬噸，其中工業廢水排放量為7 199.6萬噸，生活污水排放量為24 295.1萬噸，全市污水集中處理率達98%。與大城市相比，中小城市水環境污染呈現出如下特征。

1.1 城市污水以生活污水為主

中小型城市多為居住、商貿和工業混雜于一體的綜合性城市，與大城市不同，其排放的污水主要以城市生活污水為主，工業污水占比較小。例如，2021年煙臺市城市污水中，生活污水占全部污水量的77%。從污水水質來看，生活污水占比較大的城市，水環境中的污染物SS為150～220 mg/L、COD為240～310 mg/L、BOD為100～160 mg/L。少部分工業發達的中小型城市，其周邊聚集著印染、造紙、制革、精細化工等產業，其廢水的污染物結構及規模會受到產業影響。

1.2 污水排放系統混流

與大城市、特大城市擁有較為完善的雨污分流管網不同，中小城市受城市發展、物力財力及技術等限制，存在雨污混流現象。在雨季多發季節或地下水位上升時，雨水大量涌入污水管網，降低了污水污染物濃度。雨污混流也使得生活污水收集率較低，很多污水未經處置直接排入水體。總之，城市生活污水雨污混流導致水質變化大，不利于后期生化處理。

1.3 水質影響因素復雜

我國地域廣袤，城市氣候因素、經濟發展水平和生活習慣都存在較大差異，使得城市生活污水的水質差異大，影響水質的因素眾多。例如，在水資源充沛、炎熱及經濟發達的城市，城市污水納污能力強；而一些水資源豐富的中小型城市用水量大，排水量也大，生活污水中的污染物含量低。此外，城市居民生活有其相應的規律性特征，如城市污水排放量和污染物含量晝夜變化大、水質波動大等，其對城市污水處理工藝及流程的需求也不盡相同。

2 中小城市水污染治理技術的應用

中小型城市環境工程中的污水處理技術有活性污泥工藝、化學處理工藝、物理處理工藝、生物膜處理工藝等。不同工藝技術有各自的實用性特點及處理效果。本文以某城市污水處理廠為例，其城市污水具有較低的C/N比特征，污水處理工藝選擇A-A2/O工藝，按照《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）[1]設計，在A2/O（厭氧-缺氧-好氧）傳統工藝基礎上增加脫氮除磷系統，在A2/O厭氧池前增設一個預缺氧池，使10%左右原水、回流污泥進入預缺氧池，利用反硝化去除回流污泥中的硝酸鹽。A-A2/O工藝流程見圖1。

2.1 工藝參數

某城市污水處理廠A-A2/O工藝流程（見圖1），在缺氧池、好氧池之外增設厭氧池，具體步驟為：10%污水進入污泥反硝化池→90%污水進入厭氧池→所有污水經過厭氧池→經過缺氧池→經過好氧池→循環→經過二沉池→出水。A-A2/O工藝是在傳統A2/O工藝基礎上進行改良升級。該污水處理廠A-A2/O工藝設計日均流量為6.5萬m3/d；設計水溫均值為15 ℃[2]；混合液懸浮固體濃度BOD5負荷為0.125 kg/d；BOD5容積負荷設計為0.415 kg/（m3·d）；ρ（混合液懸浮固體濃度）=3.2 g/L；泥齡為15 d；總停留時間為10 h；污泥反硝化停留時間為0.5 h；厭氧區、缺氧區、好氧區停留時間分別為1.5 h、2.0 h、7.0 h。每gMLSS氨氮硝化速率為25 mg/d；每gMLSS硝酸鹽氮反硝化速率為22 mg/d；最大曝氣量為15 000 m3/h；最大V（氣）/V（水）為5.2/1。

2.2 工藝特點

該污水處理廠污水處理工藝是從傳統的A2/O工藝改良而來，在厭氧池前添加了回流污泥反硝化池，并選用分段進水方式，使90%原水直接進入厭氧池，10%原水及二沉池回流污泥進入預反硝化池。原水中有機物作為反硝化碳源，可去除硝酸鹽，降低硝酸鹽對污水厭氧釋磷的影響，確保改良工藝達到預期除磷效果，滿足生物除磷及反硝化需求。90%原水與污泥反硝化段出水混合產生較高的有機負荷，能夠顯著抑制絲狀菌生長，也利于聚磷菌絮體增殖，控制污泥膨脹。在厭氧條件下，聚磷微生物體內Poly-P釋放生成能量，產生的能量將原水中SCFAs合成為聚-β-羥基-PHB。好氧段硝態氮被曝氣池中的混合液回流帶至缺氧段，達到反硝化脫氮效果。

2.3 分析方法

采用標準方法測定COD、NH3-N、TN、NO3--N，在曝氣池中選取污泥混合液500 mL，為減輕污水中殘余COD的影響，用蒸餾水洗泥4次，并加入500 mL污水處理廠原水進行分析。

3 處理效果

3.1 COD去除效果

本文選擇污水處理廠2021年7～10月污水及處理效果進行分析，數據詳見表2。從表2可知，經A-A2/O工藝處理后的出水水質中，COD平均濃度＜50 mg/L，平均去除率達71.9%，氣溫的逐步降低對A-A2/O工藝處理COD的效果影響不大[3]，原水中BOD5/COD為0.34，污水可生化性較差，不利于COD的去除。

表2 某污水處理廠2021年7～10月COD去除情況

3.2 NH3-N及TN去除效果

根據污水處理廠的現場調查，原水中氨氮濃度低，為進一步提升處理效果，降低處理能耗，混合液回流比為50%。其處理氨氮、總氮效果見表3。

表3 某污水處理廠2021年7～10月NH3-N、TN去除情況

從表3可知，A-A2/O工藝處理污水中的氨氮，去除率始終在70%以上，平均去除率為86.13%，溫度不影響污水中的氨氮處理效果，處理率不斷增長，主要是由于該污水處理廠污泥清除周期長，7～10月四個月間僅排泥2次，污泥齡增長利于污水中的硝化菌生長。從表3可知，A-A2/O工藝處理污水中的總氮效果不夠理想，去除率總體偏低，主要是由于混合液回流比小（50%），影響總氮去除效果[4]。水溫也是影響污水中總氮處理效果的又一重要因素。

3.3 TP去除效果

從表4可知，A-A2/O工藝處理污水中的總磷，受到溫度的影響較大[5]，可見污水處理廠除磷效果的降低，主要原因是排泥不及時，但污泥排泥過于頻繁又會影響污水處理系統的穩定性。

表4 某污水處理廠2021年7～10月TP去除情況

4 結論

中小型城市生活污水處理工藝的選擇應結合實際，A-A2/O工藝處理低濃度廢水，在排泥正常情況下，COD、NH3-N的平均去除率可達71.9%、86.13%，去除效率不高，同時回流比較低，反硝化效果未達預期，總磷處理效果較差。采用A-A2/O工藝且分段進水，使原水中一部分有機物回流，減少了碳源消耗，提升了反硝化效率，同時降低硝酸鹽對厭氧釋磷的影響，提升了總磷處理效果。總之，針對中小型城市污水特點，選用A-A2/O工藝處理低濃度污水效果較好，具有積極的現實推廣意義。