丁曰堂
（青島市李村河污水處理廠，山東 青島 266042）

　　摘要：近年來，由于國家《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)規定了非常嚴格的磷酸鹽排放標準和較嚴格的氨氮排放標準，進一步加速了生物除磷脫氮技術的應用。但如何根據當地的具體水質特性和環境條件合理地選擇除磷脫氮工藝流程及參數仍然是一個有待進一步研究和解決的問題。本文在工藝改良、工程應用及運行管理等方面，研究探討了生物除磷脫氮技術及其應用，介紹了相關的運行與管理的實際經驗。
　　關鍵詞：污水處理；生物除磷脫氮；應用
　　中圖分類號：X505
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：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市政工程華北設計研究院進行了現場試驗。試驗內容包括污水處理廠服務區域的污水量調查、主要工業污染源調查、水質特性分析測定和工藝試驗。
　　污染源調查表明，工業廢水占污水總量的75%左右，以棉紡、造紙、肉類加工和釀造等工業為主。試驗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、有機氮＝27 mg/L、TP＝6.9 mg/L、Cl^-＝650 mg/L。混合原水COD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%。
　　工藝試驗結果表明，不論采用AB工藝還是采用A/O脫氮工藝，BOD₅、COD和SS的去除率都能達到90%以上，但AB工藝按硝化方式運行時出水NO₃^--N濃度高達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%。
　　在當時的出水水質排放要求中，對磷的去除無要求，氨氮是否需要去除尚待有關部門研究確定，因此未進行專門的生物除磷試驗。在污水處理廠的初步設計期間，有關部門已經明確出水氨氮的排放標準按25 mg/L執行。考慮到該廠的建設周期較長，建設期間環境部門有可能進一步提出對磷的處理要求，因此在污水處理廠總體工藝流程(見圖1)的確定過程中，決定采用生物除磷脫氮工藝，并針對近、遠期可能出現的出水水質標準變化，在工藝運行調整的靈活性方面作了專門的考慮。由于進水SS濃度高，工藝流程中設置了初沉池；考慮到污水濃度高，污泥產生量較大，污泥采用厭氧消化處理。

2 工藝的構成與運行原理

　　生物脫氮所需的必備條件為：由自養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，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)異化還原成氮氣，從污水中去除。
　　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與好氧狀態的交替循環；在沒有溶解氧與硝酸鹽存在的厭氧反應區，存在溶解性快速降解有機物(發酵產物或可發酵有機物)的情況下，聚磷菌通過細胞內的聚磷分解產生能量，用于吸收和存儲有機物，同時釋放出磷酸鹽；在隨后的(缺氧區)好氧區，聚磷菌利用存儲的有機物進行能量代謝，產生大量能用于胞外磷酸鹽的超量吸收，在胞內轉變成聚磷；當剩余污泥從流程中排出，并進一步處理和處置時，磷即可從工藝流程中除去；避免硝酸鹽進入厭氧區是工藝控制的關鍵，適宜的進水TKN/COD比值以及穩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，實施方式各異，但都是依據上述運行原理。A/O工藝、A²/O工藝、Bardenpho工藝和UCT工藝(系列)是較為經典的生物除磷脫氮工藝。VIP(Virginia Initiative Plant)工藝類似于UCT工藝，但設計負荷與運行負荷要比UCT工藝高，池型構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，根據現場試驗研究結果，結合國內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工藝相結合的綜合處理工藝(見圖2)，其工藝組成特點見表1。

表1 A/O、VIP極其組合工藝的主要特點 VIP工藝 A/O工藝 A?o與VIP的組合 ①多個完全混合型反應格組成厭氧、缺氧和好氧區 ①缺氧或厭氧、好氧區是單個反應器也殼合建在一起用隔墻分開 ①多個完全混合型反應格組成 ②流程分區，每區由2～4格組成 ②每個反應區混合完全或推流 ②流程分區，每區由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進水與缺氧混合液混合 ④設缺氧區或厭氧區 ④泥齡15～20d ⑤泥齡較短(４～12d) ⑤泥齡5～10d 或2～6d ⑤低負荷方式運行，除磷脫氮 ⑥按較高復合方式運行 ⑥低負荷運行，主導脫氮 ⑥主導除磷時，高負荷運行 ⑦主導除磷工藝 ⑦高負荷運行，主導除磷 ⑦

　　該組合工藝具有非常強的運行靈活性，通過改變回流點、進水方式和運行參數，可以按A/O、A²/O、VIP等工藝方式運行，以適應不同的水質特性、環境條件和處理要求，適應性強，穩定性好。不但集中了A/O和VIP工藝的優點，而且具有如下特[HJ]點：
　　①通過調整混合液循環，控制回流到缺氧區的硝酸鹽含量，這是控制缺氧區硝酸鹽含量的有效途徑之一。當缺氧區末端硝酸鹽含量近于零或在設計值范圍內，就可大大降低甚至全部消除厭氧區的硝酸鹽負荷，為厭氧區聚磷菌優先吸收和存儲有機物創造最佳環境。
　　② 通常認為好氧區DO濃度太低(＜1 mg/L)不利于磷的吸收，DO濃度太高(＞2.5 mg/L)則回流到缺氧區的DO會增加，反硝化可能受到限制，NO₃^--N濃度高，影響厭氧區磷的有效釋放。李村河污水處理廠利用鼓風機自動控制系統，通過溶解氧探測儀自動調節空氣電動蝶閥，控制鼓風機風量，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 污水經初沉后可一部分進厭氧區，為聚磷菌有效釋磷提供發酵基質，一部分進入缺氧區，為反硝化反應提供有機基質，強化了厭氧區和缺氧區的功能。
　　④ 按生物生長及生化反應各階段需氧量的規律布置曝氣頭密度，合理分配供氧量。如圖2所示，沿反應區水流方向，供氧量分別為38%、26%、26%和10%，即4個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能降耗，而且有助于通過溶解氧儀調節鼓風量，控制好氧區出水的DO濃度。
　　⑤ 在好氧混合液進入二沉池之前，剩余污泥以好氧混合液形式直接排入濃縮池，降低了剩余污泥經沉淀、濃縮等后續處理單元的厭氧釋磷機會。由于好氧混合液直接排入濃縮池，使濃縮池的水力停留時間變得易于控制，現該廠嚴格將其水力停留時間控制在12 h內，加之好氧混合液中DO和NO₃^--N的存在，進一步抑制了濃縮池釋磷機會。
　　⑥ 為便于在運行中根據需要調整工藝，設計中采取進水點、污泥回流點、混合液回流點的多點設置，通過渠道和閘門進行切換控制，以便于按A/O、A²/O、VIP及其組合工藝運行。在好氧區前端還設置了選擇段，在該段既安裝曝氣頭，又安裝水下攪拌器，可根據水質及季節因素，靈活設置一段工藝。
　　⑦ 好氧區1^＃廊道DO＞4 mg/L，以強化硝化程度。同時強化磷的吸收，提高除磷脫氮效率。

3 生物除磷脫氮運行效果

　　李村河污水處理廠的設計進、出水水質如表2所示，主要設計參數及1999年實際運行工藝參數見表3。目前所接納的污水中約70%為工業廢水，以化工、造紙、棉紡印染為主，1999年部分月份實際運行結果(見表4)表明，處理工藝運行穩定，出水達標。

表2 李村河污水處理廠的設計進、出水水質

mg/L 參數 BOD₅ COD SS NH₃-N TKN TP 進水 400 900 700 60 90 5 出水 30 150 30 25 1

表3　主要設計參數及1999年實際運行參數 參數 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) 污泥負荷
[kgBOD₅/(kgMLVSS·d)] 設計參數 80000 15～20 21 0.35 70～100 56000 3.5 0.14 運行參數 60000 15 28 0.35 100 30000 7 0.083

表4 1999年1～6月進、出水水質水量月平均值 日期 水量
(m³/d) BOD5
(mg/L) COD
(mg/L) SS
(mg/L) NH₃-N
(mg/L) TP
(mg/L) 進水 出水 進水 出水 進水 出水 進水 出水 進水 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月進水TP值高的原因是污泥脫水不及時，造成剩余污泥在濃縮池及脫水機房儲泥池發生厭氧釋磷，釋放的磷隨上清液和脫水后液體又返回到處理系統

4 運行總結

　　① 除磷脫氮的效果很大程度上取決于DO值的控制。應選擇適宜的DO濃度分布，使其既不降低磷酸鹽的去除效果，又不抑制對磷的過量吸收，也不抑制硝化作用。應進一步加強對DO濃度的控制方式、方法和正確的DO濃度分布的研究。
　　② 運行中對厭氧區的釋磷、缺氧區的反硝化與釋磷，以及好氧區的硝化與吸磷功能的強化很重要，不應忽視。對濃縮池、二沉池的強化管理，既要抑制濃縮池的釋磷，也要避免污泥在二沉池中停留過長而釋磷。?
　　③ 運行中應注意初沉池的兩面性。其一是初沉池對減輕后續構筑物的有機物和SS負荷具有重要作用；其二是反硝化和聚磷菌都要求有足夠的碳源和易降解COD，當進水碳源和易降解COD不充足時，初沉池就會加劇碳源不足的程度。所以在采用除磷脫氮工藝設計初沉池時，應有旁通管道，以便必要時超越初沉池直接進入生物系統。

參考文獻：
［1］鄭興燦，李亞新.污水除磷脫氮技術［M］.北京：中國建筑工業出版社，1998.
［2］嚴熙世.水和廢水技術研究［M］.北京：中國建筑工業出版社，1993.

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