李村河污水处理厂生物除磷脱氮工艺的运行

丁曰堂
（青岛市李村河污水处理厂，山东 青岛 266042）

　　摘要：近年来，由于国家《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)规定了非常严格的磷酸盐排放标准和较严格的氨氮排放标准，进一步加速了生物除磷脱氮技术的应用。但如何根据当地的具体水质特性和环境条件合理地选择除磷脱氮工艺流程及参数仍然是一个有待进一步研究和解决的问题。本文在工艺改良、工程应用及运行管理等方面，研究探讨了生物除磷脱氮技术及其应用，介绍了相关的运行与管理的实际经验。
　　关键词：污水处理；生物除磷脱氮；应用
　　中图分类号：X505
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2000)04-0049-03

1 总体工艺流程的确定

　　为了较合理可靠地确定该污水处理厂的处理工艺，青岛市市政工程总公司委托中国市政工程华北设计研究院进行了现场试验。试验内容包括污水处理厂服务区域的污水量调查、主要工业污染源调查、水质特性分析测定和工艺试验。
　　污染源调查表明，工业废水占污水总量的75%左右，以棉纺、造纸、肉类加工和酿造等工业为主。试验期间混合污水的平均浓度为：BOD₅＝488 mg/L、COD＝933 mg/L、SS＝558 mg/L、VSS＝367 mg/L、溶解性固体＝1 670 mg/L、TN＝87 mg/L、TKN＝82 mg/L、有机氮＝27 mg/L、TP＝6.9 mg/L、Cl^-＝650 mg/L。混合原水COD的平均组成为：颗粒性不可生物降解COD约6%，溶解性不可生物降解COD约6%，颗粒性可慢速生物降解COD约68%，溶解性可快速生物降解COD约20%。在总固体组成方面，溶解性固体占75%，悬浮固体占25%；悬浮固体中42%是可沉的，可沉悬浮固体所含的BOD₅占总量的30%，所含的COD占总量的35%。
　　工艺试验结果表明，不论采用AB工艺还是采用A/O脱氮工艺，BOD₅、COD和SS的去除率都能达到90%以上，但AB工艺按硝化方式运行时出水NO₃^--N浓度高达40 mg/L以上，容易造成二沉池浮泥。A/O脱氮工艺的去除率为：BOD约98%、COD约94%、SS约96%、TKN约96%、TN约83%、TP约64%。
　　在当时的出水水质排放要求中，对磷的去除无要求，氨氮是否需要去除尚待有关部门研究确定，因此未进行专门的生物除磷试验。在污水处理厂的初步设计期间，有关部门已经明确出水氨氮的排放标准按25 mg/L执行。考虑到该厂的建设周期较长，建设期间环境部门有可能进一步提出对磷的处理要求，因此在污水处理厂总体工艺流程(见图1)的确定过程中，决定采用生物除磷脱氮工艺，并针对近、远期可能出现的出水水质标准变化，在工艺运行调整的灵活性方面作了专门的考虑。由于进水SS浓度高，工艺流程中设置了初沉池；考虑到污水浓度高，污泥产生量较大，污泥采用厌氧消化处理。

2 工艺的构成与运行原理

　　生物脱氮所需的必备条件为：由自养型专性好氧的硝化菌完成氨氮的好氧硝化，将硝化混合液回流到不含溶解氧的缺氧区，在合适的电子与氢供体(碳能源)存在的情况下，由兼性的反硝化菌群体将硝酸盐(亚硝酸盐)异化还原成氮气，从污水中去除。
　　生物除磷所需的必备条件为：由聚磷菌生物选择器作用的厌氧状态与好氧状态的交替循环；在没有溶解氧与硝酸盐存在的厌氧反应区，存在溶解性快速降解有机物(发酵产物或可发酵有机物)的情况下，聚磷菌通过细胞内的聚磷分解产生能量，用于吸收和存储有机物，同时释放出磷酸盐；在随后的(缺氧区)好氧区，聚磷菌利用存储的有机物进行能量代谢，产生大量能用于胞外磷酸盐的超量吸收，在胞内转变成聚磷；当剩余污泥从流程中排出，并进一步处理和处置时，磷即可从工艺流程中除去；避免硝酸盐进入厌氧区是工艺控制的关键，适宜的进水TKN/COD比值以及稳定可靠的反硝化控制非常重要。

　　生物除磷脱氮工艺多种多样，实施方式各异，但都是依据上述运行原理。A/O工艺、A²/O工艺、Bardenpho工艺和UCT工艺(系列)是较为经典的生物除磷脱氮工艺。VIP(Virginia Initiative Plant)工艺类似于UCT工艺，但设计负荷与运行负荷要比UCT工艺高，池型构造方面也有较明显的差异。
　　在李村河污水处理厂工艺确定方面，根据现场试验研究结果，结合国内外已有的生物除磷脱氮工艺成果，最终采用了A/O工艺与VIP工艺相结合的综合处理工艺(见图2)，其工艺组成特点见表1。

表1 A/O、VIP极其组合工艺的主要特点 VIP工艺 A/O工艺 A?o与VIP的组合 ①多个完全混合型反应格组成厌氧、缺氧和好氧区 ①缺氧或厌氧、好氧区是单个反应器也壳合建在一起用隔墙分开 ①多个完全混合型反应格组成 ②流程分区，每区由2～4格组成 ②每个反应区混合完全或推流 ②流程分区，每区由2～4格组成 ③具有污泥回流和混合液回流 ③具有污泥回流（及混合液回流） ③具有污泥回流和混合液回流 ④进水与缺氧混合液混合 ④设缺氧区或厌氧区 ④泥龄15～20d ⑤泥龄较短(４～12d) ⑤泥龄5～10d 或2～6d ⑤低负荷方式运行，除磷脱氮 ⑥按较高复合方式运行 ⑥低负荷运行，主导脱氮 ⑥主导除磷时，高负荷运行 ⑦主导除磷工艺 ⑦高负荷运行，主导除磷 ⑦

　　该组合工艺具有非常强的运行灵活性，通过改变回流点、进水方式和运行参数，可以按A/O、A²/O、VIP等工艺方式运行，以适应不同的水质特性、环境条件和处理要求，适应性强，稳定性好。不但集中了A/O和VIP工艺的优点，而且具有如下特[HJ]点：
　　①通过调整混合液循环，控制回流到缺氧区的硝酸盐含量，这是控制缺氧区硝酸盐含量的有效途径之一。当缺氧区末端硝酸盐含量近于零或在设计值范围内，就可大大降低甚至全部消除厌氧区的硝酸盐负荷，为厌氧区聚磷菌优先吸收和存储有机物创造最佳环境。
　　② 通常认为好氧区DO浓度太低(＜1 mg/L)不利于磷的吸收，DO浓度太高(＞2.5 mg/L)则回流到缺氧区的DO会增加，反硝化可能受到限制，NO₃^--N浓度高，影响厌氧区磷的有效释放。李村河污水处理厂利用鼓风机自动控制系统，通过溶解氧探测仪自动调节空气电动蝶阀，控制鼓风机风量，有效地将好氧出水DO控制在1.5～2.5 mg/L左右，收到较好效果。
　　③ 污水经初沉后可一部分进厌氧区，为聚磷菌有效释磷提供发酵基质，一部分进入缺氧区，为反硝化反应提供有机基质，强化了厌氧区和缺氧区的功能。
　　④ 按生物生长及生化反应各阶段需氧量的规律布置曝气头密度，合理分配供氧量。如图2所示，沿反应区水流方向，供氧量分别为38%、26%、26%和10%，即4个廊道曝气头的分布密度依次为38%、26%、26%和10%。这种布置曝气头的方式不仅有利于节能降耗，而且有助于通过溶解氧仪调节鼓风量，控制好氧区出水的DO浓度。
　　⑤ 在好氧混合液进入二沉池之前，剩余污泥以好氧混合液形式直接排入浓缩池，降低了剩余污泥经沉淀、浓缩等后续处理单元的厌氧释磷机会。由于好氧混合液直接排入浓缩池，使浓缩池的水力停留时间变得易于控制，现该厂严格将其水力停留时间控制在12 h内，加之好氧混合液中DO和NO₃^--N的存在，进一步抑制了浓缩池释磷机会。
　　⑥ 为便于在运行中根据需要调整工艺，设计中采取进水点、污泥回流点、混合液回流点的多点设置，通过渠道和闸门进行切换控制，以便于按A/O、A²/O、VIP及其组合工艺运行。在好氧区前端还设置了选择段，在该段既安装曝气头，又安装水下搅拌器，可根据水质及季节因素，灵活设置一段工艺。
　　⑦ 好氧区1^＃廊道DO＞4 mg/L，以强化硝化程度。同时强化磷的吸收，提高除磷脱氮效率。

3 生物除磷脱氮运行效果

　　李村河污水处理厂的设计进、出水水质如表2所示，主要设计参数及1999年实际运行工艺参数见表3。目前所接纳的污水中约70%为工业废水，以化工、造纸、棉纺印染为主，1999年部分月份实际运行结果(见表4)表明，处理工艺运行稳定，出水达标。

表2 李村河污水处理厂的设计进、出水水质

mg/L 参数 BOD₅ COD SS NH₃-N TKN TP 进水 400 900 700 60 90 5 出水 30 150 30 25 1

表3　主要设计参数及1999年实际运行参数 参数 流量
(m³/d) 泥龄
(d) HRT
(h) 非曝气
段比值 污泥回流比
(%) 供气量
(m³/h) MLSS
(g/L) 污泥负荷
[kgBOD₅/(kgMLVSS·d)] 设计参数 80000 15～20 21 0.35 70～100 56000 3.5 0.14 运行参数 60000 15 28 0.35 100 30000 7 0.083

表4 1999年1～6月进、出水水质水量月平均值 日期 水量
(m³/d) BOD5
(mg/L) COD
(mg/L) SS
(mg/L) NH₃-N
(mg/L) TP
(mg/L) 进水 出水 进水 出水 进水 出水 进水 出水 进水 出水 1月 59008 528 10 1724 60 1359 12 30 4.3 2月 62331 668 9 1988 55 1477 12 39 6.9 3月 60125 662 8 1570 48 1413 11 40 5.0 4月 58764 736 8 2264 54 1123 12 44 4.7 7.6 0.8 5月 65321 961 16 2963 83 1963 26 42 1.9 6.9 1.0 6月 61095 849 13 2357 65 1912 19 66 6.2 31 6.5 注　6月进水TP值高的原因是污泥脱水不及时，造成剩余污泥在浓缩池及脱水机房储泥池发生厌氧释磷，释放的磷随上清液和脱水后液体又返回到处理系统

4 运行总结

　　① 除磷脱氮的效果很大程度上取决于DO值的控制。应选择适宜的DO浓度分布，使其既不降低磷酸盐的去除效果，又不抑制对磷的过量吸收，也不抑制硝化作用。应进一步加强对DO浓度的控制方式、方法和正确的DO浓度分布的研究。
　　② 运行中对厌氧区的释磷、缺氧区的反硝化与释磷，以及好氧区的硝化与吸磷功能的强化很重要，不应忽视。对浓缩池、二沉池的强化管理，既要抑制浓缩池的释磷，也要避免污泥在二沉池中停留过长而释磷。?
　　③ 运行中应注意初沉池的两面性。其一是初沉池对减轻后续构筑物的有机物和SS负荷具有重要作用；其二是反硝化和聚磷菌都要求有足够的碳源和易降解COD，当进水碳源和易降解COD不充足时，初沉池就会加剧碳源不足的程度。所以在采用除磷脱氮工艺设计初沉池时，应有旁通管道，以便必要时超越初沉池直接进入生物系统。

参考文献：
［1］郑兴灿，李亚新.污水除磷脱氮技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998.
［2］严熙世.水和废水技术研究［M］.北京：中国建筑工业出版社，1993.

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