某污水厂一期改造工程小试试验研究

　　摘要：对某污水处理厂在目前运行过程中出现的问题进行分析，找出引起这些问题的原因。根据分析的结果进行了改造方案的比选、小试模型的设计、小试试验。通过对小试试验中关键参数的控制，找出了在较优的工况条件下，A2/O工艺有效的解决了该厂大部分出水水质不能稳定达到GB18918-2002国标中一级B排放标准要求的问题。
　　关键词：小试试验，硝化，反硝化，工况
　　
　　2003年7月1日，由国家环保总局和国家质量监督检验检疫总局联合颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》（以下简称02标准）正式实施。新标准对城镇污水处理厂的出水排放在88标准的基础上提出了更高的要求。这使得国内大部分按照88标准设计建造的污水处理厂的出水不能满足新标准的要求，于是就涉及到了老厂改造的问题。本文结合了某污水处理厂的现状问题，探讨了其一期工程的改造思路，希望能对国内其他老厂的改造问题提供借鉴作用。
　　1 某污水厂运行现状及问题
　　某污水处理厂一期工程采用挪威HCR（高效生化反应塔）二级处理工艺，设计规模12万m3/d，于2000年10月竣工验收并正式投产，已经正常运行，目前平均日处理污水量8万m3/d。
　　1.1工艺流程
　　某污水处理厂HCR工艺流程见图1.1
　　
　　图1.1现状工艺流程图
　　
　　1.2主要问题及原因分析
　　（1）HCR反应塔对CODcr平均去除率低，在采取脱气池出水加药的措施后，出水的CODcr在70~100mg/L之间，不能满足02标准的要求。通过对进水水质及HCR反应塔的运行情况的分析，发现这一问题的原因只要有：进水中BOD5较低，BOD5/CODcr=0.27<0.30，进水的可生化性较差，生化系统缺乏水解设施；反应塔设计平均水力停留时间只有0.8h，降低了难降解的大分子有机物的去除能力；初沉池对BOD5有30％的去除率，使得原水中BOD5进一步降低，限制了微生物的增值。
　　（2）原设计中没有去除总氮脱氮的功能区，导致了出水TN的去除率很低，不能达到02标准的要求。TP的出水情况较好，主要是通过投加聚合氯化铝、经沉淀池排泥带走TP，但在改变泥龄或者投药量时，回造成出水TP的不稳定。
　　（3）HCR反应塔生化系统的HRT、SRT太小，硝化细菌难以大量繁衍和生存，造成了NH3-N出水不能达标。
　　（4）HCR循环泵经过喷嘴的高速射流，将活性污泥中生物絮体打碎，造成活性污泥的絮凝性和沉降性能变差，致使泥水分离效果不好，造成出水SS、CODcr偏高，因此需在脱气池出水处投加大量的聚合氯化铝，增加了运行成本。
　　2针对该厂现状问题进行中试试验模型设计
　　用生物法有效的去除污水中的CODcr、TN、NH4+-N、TP是对该厂进行改造的关键，尤其是要结合污水厂的现状增加去除氮磷的功能。目前同步除磷脱氮的工艺很多，如：A2/O工艺、Bardenpho工艺、Phoredox工艺、UCT工艺、VIP工艺等，这些工艺的特点都是为不同功能的微生物菌种创造有利于生长的厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件。各工艺之间的不同在于变换了三种运行状态的组合方式、进水方式、回流方式以及空间分布等。
　　分析比较各种除磷脱氮的工艺，其中A2/O工艺流程简单、停留时间短、系统稳定性高。结合该厂一期工程的实际占地情况，本改造方案拟采用传统A2/O工艺。同时通过试验得出，初沉池对脱氮除磷贡献不大，总氮总磷的去除率在10％左右，同时对BOD5也有30％的去除率[1]，可能造成除磷脱氮碳源不够，另外考虑到老厂的改造中存在的占地问题，所以改造方案决定不设初沉池。
　　模型设计进水量为0.5T/h，水质采用某污水处理厂2005年10月1日至2006年1月31日的每日进水水质的平均值，水质情况见表2-1。
　　进水水质表表2-1

　　由表中数据分析，进水的平均BOD5/CODcr=0.27,接近可生物降解的界限0.3，BOD5:N:P=30:10:1，碳源明显不足，本次试验研究的目的就是要找出A2/O工艺处理这种污水的较优工况控制参数。
　　2.1工艺流程
　　模型设计的主体构筑物为A2/O工艺脱氮除磷反应器，包括厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池，工艺流程见下图
　　
　　图2.1模型工艺流程图
　　2.2模型设计的主要参数
　　（1）厌氧段设计水力停留时间：1.5h
　　（2）缺氧段设计水力停留时间：2.5h
　　（3）好氧段设计水力停留时间：8h
　　（4）设计最大污泥回流比：100%
　　（5）设计最大内回流比：200%
　　（6）溶解氧控制：厌氧区不大于0.2，缺氧区0.2~0.5,好氧区不小于2.0
　　（7）反应池污泥浓度MLSS：3000mg/L
　　
　　3中试试验工况划分
　　本次试验污泥取自某污水处理厂二期工程A2/O工艺回流污泥，混合液回流比为2，进水中含有大量的工业废水，所以处理系统中的PH值一直稳定在7.2-7.8之间。在上述条件下以污泥龄（SRT）以及污泥回流比（R）作为试验控制的关键参数，以此计划安排三个工况，并从中寻找较优工况。
　　（1）工况一：泥龄30天，污泥回流比控制在100%，时间段：8月3日～8月14日。
　　（2）工况二：泥龄16天，污泥回流比控制在70%，时间段：8月15日～8月26日。
　　（3）工况三：泥龄22天，污泥回流比控制在50%，时间段：8月27日～9月5日。
　　4 试验结果分析
　　4.1第一工况的运行结果分析
　　第一工况污泥龄（SRT）30d，污泥回流比（R）为100％，在此工艺条件下每日对各污染指标进行测定，结果如表4-1、4-2所示。
　　
　　从上表数据分析，回流比为100％，实际上减少了污水在反应器中的实际停留时间，并且30天的污泥龄，污泥活性下降，使得出水CODCR不能达到02标准的排放要求，但由于反应器好氧池内停留时间长，曝气充分，回流污泥量大，这又使得系统硝化反硝化彻底，聚磷菌除磷效果良好。因此TN平均去除率为71.8％，NH3-N的平均去除率为69.2％，TP的平均去除率为79.5％。达到较好的除磷脱氮效果。另外，虽然进水CODCR与SS变化剧烈，但二者的出水均比较稳定，虽然CODCR不能达标，但其平均去除率也达到了78.5％，说明反应器系统在此工况条件下具有较强的抗冲击负荷的能力，并且稳定性好。
　　4.2第二工艺条件的运行结果分析
　　第二工况污泥龄（SRT）16d，污泥回流比（R）为70％，在此工况条件下的试验结果如表4-3、4-4所示。
　　
　　
　　第二工况的运行结果数据分析，减小回流比，增加污水在反应器特别是在好氧池中的停留时间，CODCR的平均去除率比第一工况稍有上升，达到82.3％，但同时造成了SS的平均去除率升高，由第一工况的94.1％下降到91.7％，且出水SS不能满足02标准。一般情况下，长泥龄对脱氮有利，短泥龄对除磷有利，所以降低泥龄，TN和氨氮的平均去除率分别下降到66.8％和67.2％，但都能达到02标准的排放要求，同时除磷效果增加，平均去除率上升到83.0％。通过表中数据可以看到，进水的水质变化依然剧烈，但系统出水的各项指标均波动不大，
　　4.3第三工艺条件的运行结果分析
　　第三工况SRT为22d，R为50％，在此工况条件下的试验结果如表4-5、4-6所示。
　　
　　
　　降低回流比，进一步提高污水在反应器中的实际停留时间，同时为了保证系统内的污泥浓度，在工况一的基础上适当的增加污泥龄。通过对工况的调整，CODcr的平均去除率上升到84.0％。除前两天系统处于过渡期，出水CODcr偏高外，以后8天的出水各项指标均达到02标准的排放要求。由于较工况二增加了污泥龄，所以总氮的去除率又有升高，达到了77.2％，甚至超过了泥龄为30d工况一的平均去除率。主要原因分析为在低碳源的条件下，当泥龄大于25d时，微生物缺乏必要的代谢能量，内源代谢过程明显，造成系统的总氮去除率反而降低【3】。
　　4.4较优工况的比选
　　从各个工况运行的结果可以看出，该厂进水的水质变化很大，并且CODcr与SS的变化趋势相同，这是由于进水中含有大量的纤维棉絮，这些难溶物质大大提高了CODcr的含量，但也同时降低了进水的可生化性。但从上述三个工况的运行结果看，A2/O工艺对CODcr的去除率在78.5％-84％之间，有着很好的处理效果，并且在进水水质变化剧烈，冲击负荷大的情况下，出水水质变化不大，说明A2/O工艺系统有着很好的系统稳定性。三个工况下污染物的去除率对比见表4-7。
　　
　　通过对三个工况的对比，在工况三的条件下，各污染物的去除率最高，并且都能稳定到达02标准的排放要求，说明本工艺在SRT=22d、R＝50％的时候对某污水厂的进水有着很好的处理效果，并且对于较强的冲击负荷，系统运行稳定，能够有效的解决该厂目前运行中存在的问题。因此本次小试试验把工况三作为较优工况。
　　5结论
　　通过对某污水处理厂一期工程改造工艺的比选、小试试验以及结合该厂的构筑物及占地等情况，证明A2/O工艺适用于该厂的老厂改造，因此得出如下改造方案：
　　（1）改造方案工艺图见图5-1。
　　
　　图5-1
　　（2）改造方案A/A/O工艺设计推荐参数：
　　HRT=12h，其中厌氧池、缺氧池、好氧池分别为1.5h、2.5h、8h
　　污泥回流比R＝0.5
　　污泥浓度MLSS＝3000mg/L
　　污泥龄θc＝22d
　　
　　
　　参考文献：
　　1宋晓明.厌氧+立体循环脱氮除磷中试试验研究.硕士学位论文，2003，11：80～82
　　2国家环保局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法.第三版.北京：中国环境科学出版社，1989
　　3王涛.单池分区优化及能量模型的研究[学位论文].重庆：重庆大学.2004