污水處理脫氮除磷工藝優(yōu)化技術
目前國內大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠排放標準執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（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，同時伴隨著碳源、化學除磷藥劑使用量的大幅增加以及能耗的提高，污水廠的運行管理，除了保證穩(wěn)定達標排放，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，被廣泛應用于國內外大型污水處理廠的實際運行當中。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，進行脫氮除磷的工藝優(yōu)化，通過改變內回流運行方式和配水方式，在不外加碳源的情況下，優(yōu)化脫氮除磷的同時，達到節(jié)能降耗的目的，節(jié)省運行成本。
1、全流程分析試驗
(1)試驗對象概況
該污水處理廠位于福州市東區(qū)，其中一組處理系統(tǒng)設計規(guī)模為10萬t/d，采用A2/O加深床濾池工藝，出水水質執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準。該項目預處理采用轉鼓細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河水體。該項目生化池分為兩個池子，每池5萬t/d，可單獨運行。具體工藝流程見圖1。
(2)分析方法
本試驗以該項目其中一組A2/O生化池為研究對象，該生化池的結構見圖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水至紫外出水共監(jiān)測11個取樣點（0#～10#），取樣點布置見圖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指標，水樣檢測指標包括TN、NH4+-N、NO3--N和TP等。
(3)試驗工況
以生產現(xiàn)場為依托，通過調整回流比和多點配水，監(jiān)測各個工況下的脫氮性能和除磷效果。試驗工況如表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，因進水點為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；因內回流點為A3、且A2和A5進水補充碳源，因此A3-A5池發(fā)生反硝化反應，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，內回流點為A1，NO3--N濃度上升，A2進水點供應進水碳源，A2發(fā)生反硝化反應，NO3--N濃度下降趨勢，但A3-A6反硝化反應不明顯。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、外回流混合液的稀釋作用，因為PAC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為進水點，說明來自外回流的NO3--N在A1池內已經基本被反硝化，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。
從全流程分析結果可以看出，工況一（即單點內回流、多點配水）的情況下，生物脫氮和除磷均有一定效果；工況二（單點進水、單點內回流）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（單點進水，沒有內回流）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的情況下實現(xiàn)除磷目標。
2、生產性試驗
針對全流程分析結果，在實際生產過程開展生產性試驗。試驗時間為2020年3月19日～2020年8月17日，其中2020年3月28日～4月7日因進水水質異常低不納入統(tǒng)計，工況三試驗期間開啟內回流的時段而不納入統(tǒng)計。試驗期間各種工況下進水平均COD濃度分別為127mg/L、121mg/L和134mg/L，均未外加補充碳源。
(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，內回流和配水的調整，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%；在進水水質相當?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%。
試驗期間三種工況下平均進水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，且其中有兩天實現(xiàn)不投加或少量投加PAC的情況下，出水TP達標。結果與全流程實驗一致。
(3) 工況優(yōu)化選擇
從生產性試驗可知，工況二對脫氮有強化作用，工況三對生物除磷有強化作用。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的出水排放標準（15mg/L)），因此在日常生產過程，優(yōu)先選擇工況三，在出水TN可實現(xiàn)達標的情況下，不需要開啟內回流，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果進行工況二和工況三切換，在保證出水穩(wěn)定達標的同時，降低能耗，節(jié)省成本。
3、能耗分析
(1)電耗分析
該項目共有兩組生化池，每組生化池的內回流泵各自獨立運行，內回流泵功率為22kW，當2臺內回流泵投入生產時，日電耗約1056kW?h。按照電價0.5元/kW?h計，在不開內回流泵的情況下，每年可節(jié)省電費約19.3萬元。若工況二和工況三切換運行，按照內回流泵半年運行的情況測算，一年也可節(jié)省電費9.6萬元。
(2)藥耗分析
從生產性試驗可知，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%，因此采用工況三運行時，每年至少可節(jié)約PAC100噸，按照PAC單價650元/噸計，一年大約可節(jié)約6.5萬元。這個費用雖然不多，但因為生產性試驗為工藝調控提供了指導方向，PAC投加量每降低5mg/L，則每年就可節(jié)約約12萬元。
4、結論
（1）通過全流程實驗，對污水廠生化處理過程氮和磷變化進行分析，為污水處理脫氮處理工藝的調控提供指導。
（2）根據(jù)生產性試驗結果可知，對于該污水廠的A2/O工藝，A2單點配水和A1單點內回流時能夠強化脫氮，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單點配水且關閉內回流時能夠強化生物除磷，可以降低化學除磷藥劑的投加量。因此在日常工藝調控時優(yōu)先選擇A1單點配水且關閉內回流運行模式，并根據(jù)在線出水硝氮儀的檢測結果進行強化生物除磷和強化脫氮模式的切換運行。
（3）根據(jù)全流程實驗和生產性試驗提供的運行工況，可以降低電耗、PAC藥耗，每年至少可節(jié)省運行成本16萬元。
（4）該污水廠可以在生產性試驗提供的運行工況下，進一步挖掘系統(tǒng)生物脫氮除磷潛力，降低PAC的藥耗量。（來源：福建海峽環(huán)保集團股份有限公司）