【中國(guó)工程院院士、北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)科首席教授 彭永臻 】城市污水處理脫氮除磷工藝技術(shù)與案例分析

中國(guó)工程院院士、北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)科首席教授 彭永臻

一、生物脫氮除磷是經(jīng)濟(jì)有效的方法

環(huán)境污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的尖銳化迫使越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)制定嚴(yán)格的氮磷排放標(biāo)準(zhǔn)，這也使污水脫氮除磷技術(shù)一度成為污水處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。除磷方面，可以通過(guò)生物法除磷和化學(xué)法除磷;脫氮方面，生物脫氮是目前最經(jīng)濟(jì)和有效的方法。混凝沉淀不能去除NH4+和NO3-，微濾、超濾、納濾膜也不能去除NH4+和NO3-。對(duì)于城市污水處理來(lái)說(shuō)，總氮達(dá)標(biāo)是關(guān)鍵和難點(diǎn)，生物脫氮是唯一的方法。

二、傳統(tǒng)A/O脫氮除磷工藝存在的問(wèn)題

幾種污水生物脫氮除磷工藝對(duì)比見(jiàn)圖1。傳統(tǒng)的A/O脫氮除磷工藝(圖2)存在兩個(gè)問(wèn)題：一是出水總氮濃度(含NH4+、NOX--N)和回流液總氮相同;二是出水的總氮濃度(TN)高。

圖1 幾種污水生物脫氮除磷工藝對(duì)比

圖2 傳統(tǒng)A/O脫氮除磷工藝

三、分段進(jìn)水A2/O工藝的理論與技術(shù)

分段進(jìn)水A2/O深度脫氮除磷工藝流程圖見(jiàn)圖3。分段進(jìn)水A2/O深度脫氮除磷工藝的特點(diǎn)：不需要硝化液內(nèi)回流，只需污泥回流;不需要外加碳源就可滿足一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn)，特別是TN的達(dá)標(biāo);只有在要求深度脫氮除磷時(shí)才需要外加碳源。

分段進(jìn)水A2/O工藝的優(yōu)勢(shì)：氮磷去除率高;最大程度利用原水碳源;抗沖擊負(fù)荷，減小二沉池固體負(fù)荷;防止絲狀菌污泥膨脹;原污水處理廠更新改造簡(jiǎn)單。

圖3 分段進(jìn)水A2/O深度脫氮除磷工藝

在北京高碑店污水處理廠作了中試。

1. 試驗(yàn)研究與過(guò)程控制

試驗(yàn)裝置主反應(yīng)器有效容積340 L。

豎流式二沉池容積為88 L，采用中心進(jìn)水、周邊三角堰出水方式。

進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1，去除率見(jiàn)表2

表1 北京高碑店污水處理廠進(jìn)水

表2 去除率

2. 分段進(jìn)水脫氮除磷工藝類型和技術(shù)特點(diǎn)

分段進(jìn)水脫氮除磷工藝的工藝方式有：四段式A/O分段進(jìn)水脫氮除磷工藝、A2/O分段進(jìn)水工藝和改良UCT分段進(jìn)水深度脫氮除磷工藝。技術(shù)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

• 分段進(jìn)水脫氮除磷工藝類型可以在不外加碳源的情況下，處理城市污水，出水達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，特別是出水TN達(dá)標(biāo)。

• 易實(shí)現(xiàn)深度脫氮除磷。僅在分段進(jìn)水工藝曝氣池中投加少量碳源和混凝沉淀劑，即可實(shí)現(xiàn)深度脫氮除磷，出水TN≦5mg/L，TP≦0.3mg/L。

• 簡(jiǎn)單易行，利于推廣應(yīng)用。既可用于新建污水處理廠又適合老廠升級(jí)改造。在曝氣池中增加隔段;變?yōu)榉侄芜M(jìn)水。還可省去硝化液內(nèi)回流。最重要的是：無(wú)需增設(shè)其他處理設(shè)施。

四、A2/O-BAF同步脫氮除磷工藝與技術(shù)

1. 研究背景和意義

目前，低碳氮比污水越來(lái)越普遍，傳統(tǒng)脫氮除磷工藝的問(wèn)題更加突出。AAO 中存在的主要矛盾是由于碳源缺乏引起的，而低C/N 比污水目前在我國(guó)十分常見(jiàn)，城市污水廠脫氮除磷面臨著污水中碳源短缺的問(wèn)題。傳統(tǒng)A2O脫氮除磷工藝的難于克服的缺點(diǎn)：生物脫氮的前提是完成充分的硝化，需要長(zhǎng)污泥齡;生物除磷的前提是有較多剩余污泥，需要短污泥齡;僅通過(guò)運(yùn)行控制，脫氮除磷不能同時(shí)達(dá)到最佳。

2. AAO-BAF工藝簡(jiǎn)介及深度脫氮除磷的試驗(yàn)研究

AAO-BAF工藝流程圖見(jiàn)圖4。深度脫氮除磷的試驗(yàn)研究：技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)污染物的去除率見(jiàn)圖5;穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)一個(gè)典型周期內(nèi)污染物的變化見(jiàn)圖6。

圖4 AAO-BAF工藝流程圖

表3 A2O和BAF聯(lián)合工藝的技術(shù)參數(shù)

圖5 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)污染物的去除率

圖6 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)一個(gè)典型周期內(nèi)污染物的變化圖

進(jìn)水TN=76.8 mg/L，TN平均去除率81.2%

進(jìn)水TP=5.4 mg/L，TP平均去除率90.3%

平均出水分別為：TN≤ 13.2mg/L，TP ≤ 0.23mg/L

A2O-BAF工藝低溫下COD的去除規(guī)律：負(fù)荷為0.316KgCOD/KgMLSS/d，COD的平均去除率為86.2%。

厭氧段PAOs的釋磷過(guò)程、缺氧段的反硝化都消耗了大部分可生物降解有機(jī)物，厭氧段和缺氧段出水的COD值分別為91.77 mg/L和48.08 mg/L。

好氧段COD沒(méi)有明顯的變化，但在BAF中COD的去除率僅為2.52%。

低溫(14-15℃)時(shí)AAO-BAF深度脫氮除磷性能：缺氧吸磷率91%，好氧吸磷率9%;在低碳氮比條件下反硝化除磷是該工藝除磷的主要方式。

3. A2O-BAF工藝的優(yōu)點(diǎn)

• 硝化和除磷分別在兩個(gè)污泥齡不同的系統(tǒng)中進(jìn)行，而且回流污泥中，無(wú)硝態(tài)氮可以使厭氧釋磷更充分，達(dá)到同時(shí)高效脫氮除磷的目的。

• 該工藝為反硝化除磷菌提供一個(gè)適宜的環(huán)境，反硝化除磷將是其除磷的主要形式，這就可以節(jié)省碳源，更有利于處理低C/N污水。

• 反硝化除磷過(guò)程去除了大量有機(jī)物，在好氧段停留時(shí)間只有1.8h，再加上BAF的停留時(shí)間2.5h，總好氧曝氣時(shí)間只有4.3h。

• 由于有機(jī)物和懸浮物質(zhì)大多都在A2O中被去除，這有利于BAF中硝化作用的進(jìn)行，同時(shí)可以延長(zhǎng)BAF的反沖洗時(shí)間。

• 進(jìn)入二沉池的混合液中，很少有硝態(tài)氮，無(wú)二沉池污泥上浮現(xiàn)象。

五、分段進(jìn)水A2/O達(dá)一級(jí)A的升級(jí)改造案例——青島城陽(yáng)污水處理廠改造

傳統(tǒng)A2/O工藝存在的問(wèn)題：(1)硝化不完全;(2)冬季溫度較低時(shí)，出水NH4+-N很難控制在5mg/L以下;(3)反硝化不完全;(4)TN去除率較低，平均值僅為27%;(5)除磷效果較差;(6)出水總磷偏高，平均值為1.9mg/L;(7)進(jìn)水中有機(jī)碳源沒(méi)有充分利用;(8)大量DO進(jìn)入缺氧池，破壞了缺氧環(huán)境，脫氮效率較低。(9)攪拌效果不佳，攪拌機(jī)功率偏小，缺氧區(qū)有明顯的泥水分離界面;(10)好氧池和缺氧池的隔墻過(guò)水通道斷面太大，存在返混現(xiàn)象。

三段進(jìn)水A2/O工藝的改造見(jiàn)圖7，改造后出水達(dá)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。升級(jí)改造后的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：沒(méi)增加附屬構(gòu)筑物，沒(méi)增加總水力停留時(shí)間;正常情況下，無(wú)外加碳源即可達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn);強(qiáng)化了缺氧反硝化過(guò)程，減少了好氧時(shí)間，提高了TN去除率;投加懸浮填料增加了生物量和硝化細(xì)菌，強(qiáng)化了硝化過(guò)程;減少了曝氣時(shí)間和電耗。

迄今為止，這是中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)評(píng)出的唯一一項(xiàng)城市污水處理達(dá)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的示范工程。國(guó)家環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢驗(yàn)報(bào)告見(jiàn)表4。

圖7 三段進(jìn)水A2/O工藝的改造流程圖

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