丁曰堂
（青島市李村河污水處理廠，山東 青島 266042）

　　摘要：近年來(lái)，由于國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)規(guī)定了非常嚴(yán)格的磷酸鹽排放標(biāo)準(zhǔn)和較嚴(yán)格的氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步加速了生物除磷脫氮技術(shù)的應(yīng)用。但如何根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w水質(zhì)特性和環(huán)境條件合理地選擇除磷脫氮工藝流程及參數(shù)仍然是一個(gè)有待進(jìn)一步研究和解決的問(wèn)題。本文在工藝改良、工程應(yīng)用及運(yùn)行管理等方面，研究探討了生物除磷脫氮技術(shù)及其應(yīng)用，介紹了相關(guān)的運(yùn)行與管理的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。
　　關(guān)鍵詞：污水處理；生物除磷脫氮；應(yīng)用
　　中圖分類號(hào)：X505
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2000)04-0049-03

1 總體工藝流程的確定

　　為了較合理可靠地確定該污水處理廠的處理工藝，青島市市政工程總公司委托中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究院進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容包括污水處理廠服務(wù)區(qū)域的污水量調(diào)查、主要工業(yè)污染源調(diào)查、水質(zhì)特性分析測(cè)定和工藝試驗(yàn)。
　　污染源調(diào)查表明，工業(yè)廢水占污水總量的75%左右，以棉紡、造紙、肉類加工和釀造等工業(yè)為主。試驗(yàn)期間混合污水的平均濃度為：BOD₅＝488 mg/L、COD＝933 mg/L、SS＝558 mg/L、VSS＝367 mg/L、溶解性固體＝1 670 mg/L、TN＝87 mg/L、TKN＝82 mg/L、有機(jī)氮＝27 mg/L、TP＝6.9 mg/L、Cl^-＝650 mg/L?；旌显瓹OD的平均組成為：顆粒性不可生物降解COD約6%，溶解性不可生物降解COD約6%，顆粒性可慢速生物降解COD約68%，溶解性可快速生物降解COD約20%。在總固體組成方面，溶解性固體占75%，懸浮固體占25%；懸浮固體中42%是可沉的，可沉懸浮固體所含的BOD₅占總量的30%，所含的COD占總量的35%。
　　工藝試驗(yàn)結(jié)果表明，不論采用AB工藝還是采用A/O脫氮工藝，BOD₅、COD和SS的去除率都能達(dá)到90%以上，但AB工藝按硝化方式運(yùn)行時(shí)出水NO₃^--N濃度高達(dá)40 mg/L以上，容易造成二沉池浮泥。A/O脫氮工藝的去除率為：BOD約98%、COD約94%、SS約96%、TKN約96%、TN約83%、TP約64%。
　　在當(dāng)時(shí)的出水水質(zhì)排放要求中，對(duì)磷的去除無(wú)要求，氨氮是否需要去除尚待有關(guān)部門(mén)研究確定，因此未進(jìn)行專門(mén)的生物除磷試驗(yàn)。在污水處理廠的初步設(shè)計(jì)期間，有關(guān)部門(mén)已經(jīng)明確出水氨氮的排放標(biāo)準(zhǔn)按25 mg/L執(zhí)行?？紤]到該廠的建設(shè)周期較長(zhǎng)，建設(shè)期間環(huán)境部門(mén)有可能進(jìn)一步提出對(duì)磷的處理要求，因此在污水處理廠總體工藝流程(見(jiàn)圖1)的確定過(guò)程中，決定采用生物除磷脫氮工藝，并針對(duì)近、遠(yuǎn)期可能出現(xiàn)的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)變化，在工藝運(yùn)行調(diào)整的靈活性方面作了專門(mén)的考慮。由于進(jìn)水SS濃度高，工藝流程中設(shè)置了初沉池；考慮到污水濃度高，污泥產(chǎn)生量較大，污泥采用厭氧消化處理。

2 工藝的構(gòu)成與運(yùn)行原理

　　生物脫氮所需的必備條件為：由自養(yǎng)型專性好氧的硝化菌完成氨氮的好氧硝化，將硝化混合液回流到不含溶解氧的缺氧區(qū)，在合適的電子與氫供體(碳能源)存在的情況下，由兼性的反硝化菌群體將硝酸鹽(亞硝酸鹽)異化還原成氮?dú)猓瑥奈鬯腥コ?br> 　　生物除磷所需的必備條件為：由聚磷菌生物選擇器作用的厭氧狀態(tài)與好氧狀態(tài)的交替循環(huán)；在沒(méi)有溶解氧與硝酸鹽存在的厭氧反應(yīng)區(qū)，存在溶解性快速降解有機(jī)物(發(fā)酵產(chǎn)物或可發(fā)酵有機(jī)物)的情況下，聚磷菌通過(guò)細(xì)胞內(nèi)的聚磷分解產(chǎn)生能量，用于吸收和存儲(chǔ)有機(jī)物，同時(shí)釋放出磷酸鹽；在隨后的(缺氧區(qū))好氧區(qū)，聚磷菌利用存儲(chǔ)的有機(jī)物進(jìn)行能量代謝，產(chǎn)生大量能用于胞外磷酸鹽的超量吸收，在胞內(nèi)轉(zhuǎn)變成聚磷；當(dāng)剩余污泥從流程中排出，并進(jìn)一步處理和處置時(shí)，磷即可從工藝流程中除去；避免硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)是工藝控制的關(guān)鍵，適宜的進(jìn)水TKN/COD比值以及穩(wěn)定可靠的反硝化控制非常重要。

　　生物除磷脫氮工藝多種多樣，實(shí)施方式各異，但都是依據(jù)上述運(yùn)行原理。A/O工藝、A²/O工藝、Bardenpho工藝和UCT工藝(系列)是較為經(jīng)典的生物除磷脫氮工藝。VIP(Virginia Initiative Plant)工藝類似于UCT工藝，但設(shè)計(jì)負(fù)荷與運(yùn)行負(fù)荷要比UCT工藝高，池型構(gòu)造方面也有較明顯的差異。
　　在李村河污水處理廠工藝確定方面，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究結(jié)果，結(jié)合國(guó)內(nèi)外已有的生物除磷脫氮工藝成果，最終采用了A/O工藝與VIP工藝相結(jié)合的綜合處理工藝(見(jiàn)圖2)，其工藝組成特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 A/O、VIP極其組合工藝的主要特點(diǎn) VIP工藝 A/O工藝 A?o與VIP的組合 ①多個(gè)完全混合型反應(yīng)格組成厭氧、缺氧和好氧區(qū) ①缺氧或厭氧、好氧區(qū)是單個(gè)反應(yīng)器也殼合建在一起用隔墻分開(kāi) ①多個(gè)完全混合型反應(yīng)格組成 ②流程分區(qū)，每區(qū)由2～4格組成 ②每個(gè)反應(yīng)區(qū)混合完全或推流 ②流程分區(qū)，每區(qū)由2～4格組成 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進(jìn)水與缺氧混合液混合 ④設(shè)缺氧區(qū)或厭氧區(qū) ④泥齡15～20d ⑤泥齡較短(４～12d) ⑤泥齡5～10d 或2～6d ⑤低負(fù)荷方式運(yùn)行，除磷脫氮 ⑥按較高復(fù)合方式運(yùn)行 ⑥低負(fù)荷運(yùn)行，主導(dǎo)脫氮 ⑥主導(dǎo)除磷時(shí)，高負(fù)荷運(yùn)行 ⑦主導(dǎo)除磷工藝 ⑦高負(fù)荷運(yùn)行，主導(dǎo)除磷 ⑦

　　該組合工藝具有非常強(qiáng)的運(yùn)行靈活性，通過(guò)改變回流點(diǎn)、進(jìn)水方式和運(yùn)行參數(shù)，可以按A/O、A²/O、VIP等工藝方式運(yùn)行，以適應(yīng)不同的水質(zhì)特性、環(huán)境條件和處理要求，適應(yīng)性強(qiáng)，穩(wěn)定性好。不但集中了A/O和VIP工藝的優(yōu)點(diǎn)，而且具有如下特[HJ]點(diǎn)：
　?、偻ㄟ^(guò)調(diào)整混合液循環(huán)，控制回流到缺氧區(qū)的硝酸鹽含量，這是控制缺氧區(qū)硝酸鹽含量的有效途徑之一。當(dāng)缺氧區(qū)末端硝酸鹽含量近于零或在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)，就可大大降低甚至全部消除厭氧區(qū)的硝酸鹽負(fù)荷，為厭氧區(qū)聚磷菌優(yōu)先吸收和存儲(chǔ)有機(jī)物創(chuàng)造最佳環(huán)境。
　?、?通常認(rèn)為好氧區(qū)DO濃度太低(＜1 mg/L)不利于磷的吸收，DO濃度太高(＞2.5 mg/L)則回流到缺氧區(qū)的DO會(huì)增加，反硝化可能受到限制，NO₃^--N濃度高，影響厭氧區(qū)磷的有效釋放。李村河污水處理廠利用鼓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)溶解氧探測(cè)儀自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣電動(dòng)蝶閥，控制鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量，有效地將好氧出水DO控制在1.5～2.5 mg/L左右，收到較好效果。
　　③ 污水經(jīng)初沉后可一部分進(jìn)厭氧區(qū)，為聚磷菌有效釋磷提供發(fā)酵基質(zhì)，一部分進(jìn)入缺氧區(qū)，為反硝化反應(yīng)提供有機(jī)基質(zhì)，強(qiáng)化了厭氧區(qū)和缺氧區(qū)的功能。
　?、?按生物生長(zhǎng)及生化反應(yīng)各階段需氧量的規(guī)律布置曝氣頭密度，合理分配供氧量。如圖2所示，沿反應(yīng)區(qū)水流方向，供氧量分別為38%、26%、26%和10%，即4個(gè)廊道曝氣頭的分布密度依次為38%、26%、26%和10%。這種布置曝氣頭的方式不僅有利于節(jié)能降耗，而且有助于通過(guò)溶解氧儀調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量，控制好氧區(qū)出水的DO濃度。
　?、?在好氧混合液進(jìn)入二沉池之前，剩余污泥以好氧混合液形式直接排入濃縮池，降低了剩余污泥經(jīng)沉淀、濃縮等后續(xù)處理單元的厭氧釋磷機(jī)會(huì)。由于好氧混合液直接排入濃縮池，使?jié)饪s池的水力停留時(shí)間變得易于控制，現(xiàn)該廠嚴(yán)格將其水力停留時(shí)間控制在12 h內(nèi)，加之好氧混合液中DO和NO₃^--N的存在，進(jìn)一步抑制了濃縮池釋磷機(jī)會(huì)。
　?、?為便于在運(yùn)行中根據(jù)需要調(diào)整工藝，設(shè)計(jì)中采取進(jìn)水點(diǎn)、污泥回流點(diǎn)、混合液回流點(diǎn)的多點(diǎn)設(shè)置，通過(guò)渠道和閘門(mén)進(jìn)行切換控制，以便于按A/O、A²/O、VIP及其組合工藝運(yùn)行。在好氧區(qū)前端還設(shè)置了選擇段，在該段既安裝曝氣頭，又安裝水下攪拌器，可根據(jù)水質(zhì)及季節(jié)因素，靈活設(shè)置一段工藝。
　?、?好氧區(qū)1^＃廊道DO＞4 mg/L，以強(qiáng)化硝化程度。同時(shí)強(qiáng)化磷的吸收，提高除磷脫氮效率。

3 生物除磷脫氮運(yùn)行效果

　　李村河污水處理廠的設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表2所示，主要設(shè)計(jì)參數(shù)及1999年實(shí)際運(yùn)行工藝參數(shù)見(jiàn)表3。目前所接納的污水中約70%為工業(yè)廢水，以化工、造紙、棉紡印染為主，1999年部分月份實(shí)際運(yùn)行結(jié)果(見(jiàn)表4)表明，處理工藝運(yùn)行穩(wěn)定，出水達(dá)標(biāo)。

表2 李村河污水處理廠的設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

mg/L 參數(shù) BOD₅ COD SS NH₃-N TKN TP 進(jìn)水 400 900 700 60 90 5 出水 30 150 30 25 1

表3　主要設(shè)計(jì)參數(shù)及1999年實(shí)際運(yùn)行參數(shù) 參數(shù) 流量
(m³/d) 泥齡
(d) HRT
(h) 非曝氣
段比值 污泥回流比
(%) 供氣量
(m³/h) MLSS
(g/L) 污泥負(fù)荷
[kgBOD₅/(kgMLVSS·d)] 設(shè)計(jì)參數(shù) 80000 15～20 21 0.35 70～100 56000 3.5 0.14 運(yùn)行參數(shù) 60000 15 28 0.35 100 30000 7 0.083

表4 1999年1～6月進(jìn)、出水水質(zhì)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) 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)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月進(jìn)水TP值高的原因是污泥脫水不及時(shí)，造成剩余污泥在濃縮池及脫水機(jī)房?jī)?chǔ)泥池發(fā)生厭氧釋磷，釋放的磷隨上清液和脫水后液體又返回到處理系統(tǒng)

4 運(yùn)行總結(jié)

　?、?除磷脫氮的效果很大程度上取決于DO值的控制。應(yīng)選擇適宜的DO濃度分布，使其既不降低磷酸鹽的去除效果，又不抑制對(duì)磷的過(guò)量吸收，也不抑制硝化作用。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)DO濃度的控制方式、方法和正確的DO濃度分布的研究。
　　② 運(yùn)行中對(duì)厭氧區(qū)的釋磷、缺氧區(qū)的反硝化與釋磷，以及好氧區(qū)的硝化與吸磷功能的強(qiáng)化很重要，不應(yīng)忽視。對(duì)濃縮池、二沉池的強(qiáng)化管理，既要抑制濃縮池的釋磷，也要避免污泥在二沉池中停留過(guò)長(zhǎng)而釋磷。?
　?、?運(yùn)行中應(yīng)注意初沉池的兩面性。其一是初沉池對(duì)減輕后續(xù)構(gòu)筑物的有機(jī)物和SS負(fù)荷具有重要作用；其二是反硝化和聚磷菌都要求有足夠的碳源和易降解COD，當(dāng)進(jìn)水碳源和易降解COD不充足時(shí)，初沉池就會(huì)加劇碳源不足的程度。所以在采用除磷脫氮工藝設(shè)計(jì)初沉池時(shí)，應(yīng)有旁通管道，以便必要時(shí)超越初沉池直接進(jìn)入生物系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：
［1］鄭興燦，李亞新.污水除磷脫氮技術(shù)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.
［2］嚴(yán)熙世.水和廢水技術(shù)研究［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1993.

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