污水處理脫氮除磷工藝優(yōu)化技術(shù)

目前國內(nèi)大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GBl8918-2002）一級A，甚至更高，對污水廠脫氮除磷的要求也隨之變高，同時(shí)伴隨著碳源、化學(xué)除磷藥劑使用量的大幅增加以及能耗的提高，污水廠的運(yùn)行管理，除了保證穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，對提高處理效率、減少能耗的要求也日益提高。

我國污水處理廠的工藝主要分為四類：A2/O工藝、氧化溝工藝、SBR工藝、生物膜法工藝。A2/O工藝及其改良工藝作為較為簡單的同步脫氮除磷工藝，被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外大型污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中。筆者以福州市某城鎮(zhèn)污水處理廠A2/O工藝為研究對象，利用全流程分析，進(jìn)行脫氮除磷的工藝優(yōu)化，通過改變內(nèi)回流運(yùn)行方式和配水方式，在不外加碳源的情況下，優(yōu)化脫氮除磷的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，節(jié)省運(yùn)行成本。

1、全流程分析試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)對象概況

該污水處理廠位于福州市東區(qū)，其中一組處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬t/d，采用A2/O加深床濾池工藝，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)目預(yù)處理采用轉(zhuǎn)鼓細(xì)格柵和旋流沉砂工藝，生化處理采用多模式A2/O工藝，并投加PAC去除TP，二沉池出水經(jīng)微絮凝反硝化深床濾池工藝深度處理和紫外消毒后排入城市內(nèi)河水體。該項(xiàng)目生化池分為兩個(gè)池子，每池5萬t/d，可單獨(dú)運(yùn)行。具體工藝流程見圖1。

(2)分析方法

本試驗(yàn)以該項(xiàng)目其中一組A2/O生化池為研究對象，該生化池的結(jié)構(gòu)見圖2，主要工藝參數(shù)如下：厭氧段、缺氧段和好氧段的HRT分別為1.5h、3.0h、6.5h，內(nèi)回流比為100%，外回流比為70%，污泥齡為18～25d，污泥濃度為3000～5000mg/L。

全流程分析從生化池進(jìn)水至紫外出水共監(jiān)測11個(gè)取樣點(diǎn)（0#～10#），取樣點(diǎn)布置見圖2，其中A1～A6為厭缺氧池，O1～O3為好氧池。除0#和10#水樣不做處理外，其余水樣沉淀15min后取上清液，采用0.45μm濾紙過濾后再檢測水質(zhì)指標(biāo)，水樣檢測指標(biāo)包括TN、NH4+-N、NO3--N和TP等。

(3)試驗(yàn)工況

以生產(chǎn)現(xiàn)場為依托，通過調(diào)整回流比和多點(diǎn)配水，監(jiān)測各個(gè)工況下的脫氮性能和除磷效果。試驗(yàn)工況如表1所示。

(4)全流程分析

①工況一條件下的分析工況一為試驗(yàn)開始階段的工藝，該工藝兼顧脫氮除磷。圖3為工況一條件下A2/O生化池的脫氮效果，因進(jìn)水點(diǎn)為A1、A2和A5，因此A5和A6池NH4+-N濃度有所升高，隨后O1段開始明顯下降，至O2段NH4+-N已基本降解完全；因內(nèi)回流點(diǎn)為A3、且A2和A5進(jìn)水補(bǔ)充碳源，因此A3-A5池發(fā)生反硝化反應(yīng)，NO3--N濃度下降；生化池末端出水的TN與污水廠總出水口的TN接近，TN的去除率為52.4%。

從圖3、圖4可知，A1和A2池均存在5mg/L以上的硝態(tài)氮，厭氧環(huán)境不佳，生物釋磷沒有發(fā)生，因A5有進(jìn)水，A6池釋磷效果比較明顯，TP上升；好氧段生物吸磷效果比較明顯，TP下降。通過生化池末端投加PAC，TP濃度進(jìn)一步降低，出水TP濃度約0.2mg/L。

②工況二條件下的分析

工況二為強(qiáng)化脫氮工藝。圖5為工況二條件下A2/O生化池的脫氮效果，內(nèi)回流點(diǎn)為A1，NO3--N濃度上升，A2進(jìn)水點(diǎn)供應(yīng)進(jìn)水碳源，A2發(fā)生反硝化反應(yīng)，NO3--N濃度下降趨勢，但A3-A6反硝化反應(yīng)不明顯。系統(tǒng)的TN去除率為54.5%。

從圖6可以看出，在工況二的條件下，生物除磷基本沒有發(fā)生，只有A1池TP明顯下降，除了內(nèi)、外回流混合液的稀釋作用，因?yàn)镻AC藥劑在系統(tǒng)中循環(huán)也去除了一部分TP

③工況三條件下的分析

工況三為強(qiáng)化除磷工藝。圖7為工況三條件下A2/O生化池的脫氮效果，在沒有內(nèi)回流的情況下，回流到A1池的外回流液攜帶少量NO3--N，至A2池NO3--N濃度下降到0.39mg/L，且A1為進(jìn)水點(diǎn)，說明來自外回流的NO3--N在A1池內(nèi)已經(jīng)基本被反硝化，因此從A2～O1段NO3--N處于很低的水平；NH4+-N在系統(tǒng)中呈逐漸下降趨勢。系統(tǒng)的TN去除率只有28%。

從圖8可以看出，在工況三的條件下，A池生物釋磷明顯，TP濃度上升；在好氧段，生物吸磷作用發(fā)生，TP濃度下降。說明該工況生物除磷的作用較為明顯。

從全流程分析結(jié)果可以看出，工況一（即單點(diǎn)內(nèi)回流、多點(diǎn)配水）的情況下，生物脫氮和除磷均有一定效果；工況二（單點(diǎn)進(jìn)水、單點(diǎn)內(nèi)回流）的情況下，系統(tǒng)基本沒有生物除磷作用，反硝化效果較好，有利于生物脫氮；工況三（單點(diǎn)進(jìn)水，沒有內(nèi)回流）的情況下，系統(tǒng)反硝化作用較低，但生物除磷效果最佳，可以在不投加PAC的情況下實(shí)現(xiàn)除磷目標(biāo)。

2、生產(chǎn)性試驗(yàn)

針對全流程分析結(jié)果，在實(shí)際生產(chǎn)過程開展生產(chǎn)性試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)間為2020年3月19日～2020年8月17日，其中2020年3月28日～4月7日因進(jìn)水水質(zhì)異常低不納入統(tǒng)計(jì)，工況三試驗(yàn)期間開啟內(nèi)回流的時(shí)段而不納入統(tǒng)計(jì)。試驗(yàn)期間各種工況下進(jìn)水平均COD濃度分別為127mg/L、121mg/L和134mg/L，均未外加補(bǔ)充碳源。

(1) 不同工況下TN的去除效果

圖9為不同工況下A2/O工藝對TN的去除效果：工況一條件下，進(jìn)水TN為14.1～27.8mg/L（平均值為20.4mg/L），出水TN為5.45～14.3mg/L（平均值為9.65mg/L），TN的平均去除率為51.8%；工況二條件下，進(jìn)水TN為11.1～22.1mg/L（平均值為17.5mg/L），出水TN濃度為4.79～10.3mg/L（平均值為6.7mg/L），TN的平均去除率為61.5%；工況三條件下，進(jìn)水TN為15.4～25.1mg/L（平均值為20.8mg/L），出水TN為3.75～13.3mg/L（平均值為10.0mg/L），TN的去除率為50.6%。

可見，內(nèi)回流和配水的調(diào)整，對生化池的脫氮效果有不同程度的影響，工況二的TN去除率最高，較工況一和工況三分別提高了9.7%和10.9%；在進(jìn)水水質(zhì)相當(dāng)?shù)那闆r下，工況一較工況三的TN去除率略好些。

(2) 不同工況下TP的去除效果

圖10為不同工況下A2/O工藝對TP的去除效果：工況一條件下，進(jìn)水TP為1.58～4.32mg/L（平均值為2.58mg/L），出水TP為0.25～0.44mg/L（平均值為0.35mg/L），對TP的去除率為85.6%；工況二條件下，進(jìn)水TP為1.12～4.08mg/L（平均值為2.58mg/L），出水TP濃度為0.18～0.46mg/L（平均值為0.30mg/L），對TP的去除率為87.7%；工況三條件下，進(jìn)水TP為1.73～4.66mg/L（平均值為2.68mg/L），出水TP為0.08～0.43mg/L（平均值為0.24mg/L），對TP的去除率為90.5%。

試驗(yàn)期間三種工況下平均進(jìn)水TP基本一致，單位污水PAC投加量分別為44.3mg/L、46.3mg/L和41.5mg/L，工況三的TP去除率最高，且其中有兩天實(shí)現(xiàn)不投加或少量投加PAC的情況下，出水TP達(dá)標(biāo)。結(jié)果與全流程實(shí)驗(yàn)一致。

(3)   工況優(yōu)化選擇

從生產(chǎn)性試驗(yàn)可知，工況二對脫氮有強(qiáng)化作用，工況三對生物除磷有強(qiáng)化作用。工況二平均出水TN濃度為7.3mg/L，工況三平均出水TN濃度為10.0mg/L，均滿足TN的出水排放標(biāo)準(zhǔn)（15mg/L)），因此在日常生產(chǎn)過程，優(yōu)先選擇工況三，在出水TN可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)的情況下，不需要開啟內(nèi)回流，系統(tǒng)以生物除磷為主，也大大降低了PAC的投加量。若工況三不能保證出水TN控制，可根據(jù)在線出水硝氮儀的檢測結(jié)果進(jìn)行工況二和工況三切換，在保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的同時(shí)，降低能耗，節(jié)省成本。

3、能耗分析

(1)電耗分析

該項(xiàng)目共有兩組生化池，每組生化池的內(nèi)回流泵各自獨(dú)立運(yùn)行，內(nèi)回流泵功率為22kW，當(dāng)2臺(tái)內(nèi)回流泵投入生產(chǎn)時(shí)，日電耗約1056kW?h。按照電價(jià)0.5元/kW?h計(jì)，在不開內(nèi)回流泵的情況下，每年可節(jié)省電費(fèi)約19.3萬元。若工況二和工況三切換運(yùn)行，按照內(nèi)回流泵半年運(yùn)行的情況測算，一年也可節(jié)省電費(fèi)9.6萬元。

(2)藥耗分析

從生產(chǎn)性試驗(yàn)可知，工況三的PAC投加量比工況一和工況二分別下降了6.3%和10.4%，因此采用工況三運(yùn)行時(shí)，每年至少可節(jié)約PAC100噸，按照PAC單價(jià)650元/噸計(jì)，一年大約可節(jié)約6.5萬元。這個(gè)費(fèi)用雖然不多，但因?yàn)樯a(chǎn)性試驗(yàn)為工藝調(diào)控提供了指導(dǎo)方向，PAC投加量每降低5mg/L，則每年就可節(jié)約約12萬元。

4、結(jié)論

（1）通過全流程實(shí)驗(yàn)，對污水廠生化處理過程氮和磷變化進(jìn)行分析，為污水處理脫氮處理工藝的調(diào)控提供指導(dǎo)。

（2）根據(jù)生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果可知，對于該污水廠的A2/O工藝，A2單點(diǎn)配水和A1單點(diǎn)內(nèi)回流時(shí)能夠強(qiáng)化脫氮，有效提高生物脫氮效果，使TN平均去除率由51.8%提高到61.5%；A1單點(diǎn)配水且關(guān)閉內(nèi)回流時(shí)能夠強(qiáng)化生物除磷，可以降低化學(xué)除磷藥劑的投加量。因此在日常工藝調(diào)控時(shí)優(yōu)先選擇A1單點(diǎn)配水且關(guān)閉內(nèi)回流運(yùn)行模式，并根據(jù)在線出水硝氮儀的檢測結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)化生物除磷和強(qiáng)化脫氮模式的切換運(yùn)行。

（3）根據(jù)全流程實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)性試驗(yàn)提供的運(yùn)行工況，可以降低電耗、PAC藥耗，每年至少可節(jié)省運(yùn)行成本16萬元。

（4）該污水廠可以在生產(chǎn)性試驗(yàn)提供的運(yùn)行工況下，進(jìn)一步挖掘系統(tǒng)生物脫氮除磷潛力，降低PAC的藥耗量。（來源：福建海峽環(huán)保集團(tuán)股份有限公司）