楊鵬程，田智勇，宋永會(huì)*，楊永哲，傅博思遠(yuǎn)，李魁,2

1.西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，陜西 西安 710055 2.中國環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012 3.中國環(huán)境科學(xué)研究院城市水環(huán)境科技創(chuàng)新基地，北京 100012

SDAO工藝污水廠提標(biāo)改造為A2O和MUCT工藝的對(duì)比試驗(yàn)

楊鵬程1,2,3，田智勇2,3，宋永會(huì)2,3*，楊永哲1，傅博思遠(yuǎn)2,3，李魁1,2

1.西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，陜西 西安 710055 2.中國環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012 3.中國環(huán)境科學(xué)研究院城市水環(huán)境科技創(chuàng)新基地，北京 100012

基于生物脫氮除磷的機(jī)理，在不增加新構(gòu)筑物和不進(jìn)行較大結(jié)構(gòu)改造的前提下，研究將污水處理廠SDAO工藝提標(biāo)改造為A2O和MUCT工藝的處理效果與差異。結(jié)果表明，馴化前期進(jìn)水CN為3.25，A2O和MUCT工藝的CODCr和去除率可達(dá)90.0%以上，但TN和TP去除率較低；后期補(bǔ)充一定量的碳源可明顯提高同步脫氮除磷效果。反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后維持進(jìn)水CN為6.75時(shí)，A2O工藝在穩(wěn)定運(yùn)行條件下，TN去除率可達(dá)75.6%，出水TN平均濃度為15.6 mgL；TP去除率可達(dá)78.8%，出水TP平均濃度為1.4 mgL。MUCT工藝脫氮除磷效果相對(duì)較差，穩(wěn)定運(yùn)行條件下TN和TP去除率僅達(dá)62.8%和37.3%，出水TN和TP平均濃度分別為25.3和2.8 mgL。分段進(jìn)水可改善MUCT工藝的處理效果，穩(wěn)定運(yùn)行條件下，出水TN和TP的濃度分別為20.3和0.9 mgL，去除率分別為72.8%和86.8%。研究認(rèn)為，在SDAO工藝的提標(biāo)改造過程中，A2O工藝相對(duì)MUCT工藝具有明顯優(yōu)勢(shì)，出水及TN接近GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，出水TP可達(dá)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，需輔以化學(xué)除磷手段達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

SDAO工藝；提標(biāo)改造；A2O工藝；MUCT工藝；對(duì)比

該工藝設(shè)計(jì)出水指標(biāo)為CODCr≤100 mgL，BOD5≤20 mgL，是根據(jù)GB 18918—2002二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，故沒有TN，TP濃度的要求。實(shí)際出水平均濃度：CODCr為60.0 mgL，TN為25.0 mg為15.0 mgL，TP為2.8 mgL，僅能達(dá)到GB 18918—2002二級(jí)或劣于二級(jí)[2]。該工藝為AO的變形，欲在原有反應(yīng)器構(gòu)型的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部調(diào)整[3]，使其出水達(dá)到GB 18918—2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，需將改造工藝定位在AO改進(jìn)型上。A2O(anaerobic-anoxic-oxic process)與MUCT(modified university of cape town process)工藝是在AO工藝的基礎(chǔ)之上針對(duì)脫氮除磷目的應(yīng)運(yùn)而生的。研究將SDAO改造為A2O與MUCT工藝的可行性，以期為沈陽北部污水處理廠的改造提供技術(shù)支持。

1 設(shè)計(jì)思路

首先根據(jù)處理規(guī)模和出水水質(zhì)要求，按照設(shè)計(jì)手冊(cè)[4]計(jì)算出改造為MUCT的幾何尺寸，與現(xiàn)有構(gòu)筑物進(jìn)行理論可行性的對(duì)比；A2O工藝是維持原型，調(diào)整回流。然后進(jìn)行小試裝置設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際反應(yīng)池體積計(jì)算出縮放比例，進(jìn)而計(jì)算試驗(yàn)裝置各段體積與流量，從而達(dá)到模型裝置與實(shí)際污水處理廠的HRT相等。接種馴化污泥，使反應(yīng)器中污泥濃度與實(shí)際污泥濃度相等，使小試裝置其他條件與實(shí)際設(shè)施盡量相近，開展試驗(yàn)研究，并依據(jù)小試試驗(yàn)結(jié)果來指導(dǎo)工程改造。從小試到將來實(shí)施工程方案可作如下轉(zhuǎn)化：A2O工藝厭氧區(qū)為SDAO工藝原有缺氧區(qū)，A2O缺氧區(qū)為原有SDAO活性恢復(fù)區(qū)，好氧區(qū)仍為好氧區(qū)；MUCT工藝厭氧池借用現(xiàn)場初沉池，預(yù)缺氧區(qū)和缺氧區(qū)為SDAO工藝中缺氧區(qū)、好氧區(qū)，兼并了原恢復(fù)區(qū)和好氧區(qū)。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)裝置

按照泥齡法和污泥負(fù)荷法[5-7]計(jì)算出與SDAO工藝同進(jìn)水量的MUCT工藝各段體積，而A2O是在SDAO工藝基礎(chǔ)之上進(jìn)行工藝段的調(diào)節(jié)，算出縮放比例，進(jìn)而得出小試規(guī)模各工藝反應(yīng)裝置體積。各反應(yīng)池由獨(dú)立的有機(jī)玻璃柱加工而成，總處理規(guī)模為23 Lh(圖1)。A2O工藝的生化池由厭氧池、缺氧池、好氧池組成，各段有效容積分別為35.6、51.5和68.5 L，水力停留時(shí)間分別為1.60、2.57和3.14 h；MUCT由厭氧池、預(yù)缺氧池、缺氧池和好氧池組成，各段有效容積為31.8、6.2、31.8和127.2 L，水力停留時(shí)間分別為1.44、0.28、1.44和5.78 h。

1—集水桶；2—厭氧池；3—缺氧池；4—好氧池；5—二沉池；6—預(yù)缺氧池；7—液體流量計(jì)；8—?dú)獗茫?—攪拌槳。

2.2 水質(zhì)分析方法

水樣的預(yù)處理：從取樣口取得泥水混合液經(jīng)0.45 μm的中速濾紙過濾，濾后液加酸調(diào)節(jié)pH至2以下，防止水樣變質(zhì)。

2.3 試驗(yàn)原水與種泥

種泥分別取自北京高碑店污水處理廠回流污泥和北小河污水廠膜生物反應(yīng)器剩余污泥，前者富含硝化及反硝化菌，后者富含聚磷菌。污泥濃度均接近8 000 mgL，SV為90%左右，接種量分別與各工藝好氧池的體積成正相關(guān)比例，MUCT工藝接種15.0 L，A2O工藝接種8.1 L。試驗(yàn)原水為某研究院家屬樓生活污水。其水質(zhì)特征：CODCr為(278.9±120.1) mgL；TN濃度為(78.0±7.1) mgL；TP濃度為(7.7±0.8) mgL。沈陽北部污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)：CODCr為350.0 mgL；TN濃度為46.8 mgL；TP濃度為3.6 mgL。模擬水質(zhì)較現(xiàn)場水質(zhì)負(fù)荷大，為將來改造預(yù)留有更大緩沖空間?？刂扑|(zhì)C∶N∶P與現(xiàn)場水質(zhì)基本相近，采取投加葡萄糖480 g來補(bǔ)充碳源，由于葡萄糖在集水桶中有降解，故實(shí)測CODCrTN(CN)基本保持在6.0～7.0。

2.4 運(yùn)行與操作

參考賴楚懷等[11-12]分別在工業(yè)廢水和生活污水中成功應(yīng)用的同步馴化法，水力負(fù)荷先半負(fù)荷后全負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的啟動(dòng)。

第Ⅱ階段：向原水中投加480 g葡萄糖補(bǔ)充碳源，基本可維持進(jìn)水CN為6.75；同時(shí)將進(jìn)水流量調(diào)為全水力負(fù)荷(即設(shè)計(jì)流量)，排泥運(yùn)行。反應(yīng)器MLSS穩(wěn)定維持在2 500～3 000 mgL[13-14]，污泥沉降性能良好且鏡檢下出現(xiàn)大量鐘蟲及輪蟲時(shí)，出水各項(xiàng)指標(biāo)基本穩(wěn)定，則認(rèn)為污泥接種馴化完成，反應(yīng)器成功啟動(dòng)。

反應(yīng)器啟動(dòng)后，控制總SRT為15 d[15]。MUCT工藝各段反應(yīng)器MLSS分別為：厭氧，2 520 mgL；預(yù)缺氧，2 990 mgL；缺氧，2 020 mgL；好氧，2 322 mgL。A2O工藝各段反應(yīng)器MLSS分別為：厭氧，2 671 mgL；缺氧，2 573 mgL；好氧，2 958 mgL。平均溫度為20.1～27.3 ℃；pH為7～8；各厭氧段與缺氧段DO濃度均在0.1 mgL以下；好氧段DO濃度控制在4.0 mgL左右。

其他運(yùn)行參數(shù)：MUCT污泥回流比為0.6，硝化液回流比為2.5，預(yù)缺氧回流比為1.0[16]。A2O污泥回流比為0.6[17]，硝化液回流比為2.5[18]。

進(jìn)水CODCr為(486.1±175.2) mgL；TN濃度為(71.3±8.4) mgL；TP濃度為(7.09±0.43) mgL。

對(duì)比試驗(yàn)中MUCT工藝分為兩個(gè)階段：第21～68天以前端進(jìn)水方式運(yùn)行；第69～103天采用分段進(jìn)水的方式，按0.5∶0.5比例從集水桶分流到厭氧池和缺氧池補(bǔ)充碳源[19]。

3 結(jié)果與分析

3.1 污泥的馴化

圖2 A2O與MUCT工藝在污泥馴化階段的處理效果對(duì)比Fig.2 The comparison of treatment performances between the A2O and MUCT processes in the sludge acclimation stage

圖3 A2O與MUCT工藝在穩(wěn)定運(yùn)行階段的處理效果對(duì)比Fig.3 The comparison of treatment performances between the A2O and MUCT processes in the stable operation stage

3.2提標(biāo)改造為A2O與MUCT工藝后的處理效果對(duì)比

反應(yīng)器馴化成功后，兩工藝穩(wěn)定運(yùn)行的平均溫度均為20.0～27.3 ℃，pH為7.0～8.0，厭氧段與缺氧段DO濃度均小于0.1 mgL，好氧段DO濃度保持在4.0 mgL左右，仍采用投加葡萄糖的方式補(bǔ)充碳源，控制CN為6.75左右。MUCT工藝在第21～68天維持原流程；第69～103天采用分段進(jìn)水，即將原水按流量的0.5∶0.5分流到厭氧池和缺氧池中。在滿負(fù)荷運(yùn)行條件下，對(duì)兩工藝持續(xù)監(jiān)測83天變化如圖3所示。由圖3可以看出，由于投加的碳源屬于易降解的，其在集水桶中停留一定時(shí)間后，會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)進(jìn)水CODCr波動(dòng)。但是CODCr基本可以維持在350.0～550.0 mgL，其他指標(biāo)均在小范圍內(nèi)波動(dòng)。

第50～68天，A2O工藝出水TN濃度呈逐漸降低趨勢(shì)，TP受到的影響不大，TN與TP平均去除率分別為53.9%和85.6%。第21～68天，MUCT工藝出水TN濃度基本趨于穩(wěn)定，平均去除率為62.8%。出水TP濃度較高，平均去除率僅為57.9%。CODCr的升降對(duì)兩工藝的處理結(jié)果影響不大，說明兩工藝的穩(wěn)定性良好。

4 討論

MUCT工藝采用單一進(jìn)水模式，其TN去除效果比A2O工藝差，原因有三：1)MUCT沿程單元池體較多，CODCr降解較快，反硝化所需碳源不能得以補(bǔ)充，致使缺氧池反硝化菌較少，影響了該段脫氮效果；2)MUCT的好氧池與缺氧池體積比值較大，即過高負(fù)荷的硝化液回流到缺氧池，沒來得及全部反硝化就被外排，故出水TN濃度依然很高；3)MUCT脫氮幾乎只在缺氧段，而二次回流致使缺氧段的污泥濃度較低。MUCT缺氧池MLSS為2 020 mgL，A2O為2 573 mgL。缺氧池反硝化菌較少，成為MUCT反硝化效果差的另一個(gè)重要因素。

MUCT工藝在后續(xù)采用分段進(jìn)水模式后，脫氮除磷效果均得以優(yōu)化。主要原因是分段進(jìn)水在缺氧段補(bǔ)充了碳源，有利于反硝化的進(jìn)行，降低了硝氮濃度，從而改善了厭氧環(huán)境，使聚磷菌釋磷充分，在缺氧段反硝化除磷菌的作用更加突出，碳源為異養(yǎng)的反硝化除磷菌的生長提供了條件[20]。但是MUCT工藝既要兼顧利用SDAO工藝的原有構(gòu)筑，又要提高處理效果，二者在該工藝改造中存在一定的局限性。雖然后續(xù)采用分段進(jìn)水，效果得到優(yōu)化，但是與A2O工藝相比沒有明顯優(yōu)勢(shì)。后期擬通過投加填料來截留污泥，以解決污泥濃度低的問題。

A2O工藝在第21～48天除TP濃度外各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到GB 18918—2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，后期經(jīng)歷了污泥損失與恢復(fù)過程，脫氮除磷效果恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，但是未達(dá)到對(duì)比試驗(yàn)中第21～48天的處理效果。可能是由于各池未加恒溫裝置，且后續(xù)的試驗(yàn)是在10—11月期間，溫度較前期有所降低，影響了微生物的活性。但其穩(wěn)定后在較短的停留時(shí)間下取得了與MUCT工藝相同的去除效果。A2O工藝對(duì)高負(fù)荷污水的處理效果穩(wěn)定且工藝簡單、易于管理。而且試驗(yàn)采用的生活污水TN、TP濃度都較沈陽北部污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)高，在只進(jìn)行工藝改進(jìn)和低碳氮比的情況下，處理難度較高，試驗(yàn)結(jié)果對(duì)SDAO工藝提標(biāo)改造具有一定指導(dǎo)作用。

綜上所述，基于污水廠原有池型的限制，在該改造試驗(yàn)中，改造后的A2O工藝前期處理效果優(yōu)于MUCT工藝，后期雖然出現(xiàn)跑泥現(xiàn)象，但是經(jīng)過恢復(fù)過程也能達(dá)到與MUCT相當(dāng)?shù)某鏊|(zhì)，輔以生物強(qiáng)化及化學(xué)除磷手段可以使出水穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)[21]，對(duì)SDAO工藝提標(biāo)改造具有一定的指導(dǎo)意義。

5 結(jié)論

(1)將SDAO工藝改造為A2O與MUCT工藝，采用水力負(fù)荷從半負(fù)荷到全負(fù)荷調(diào)節(jié)的同步馴化法，對(duì)低碳氮比污水有很好的適用性，并且馴化周期短，污泥活性高?？梢钥朔幚硭看?、調(diào)節(jié)程序繁、馴化周期長的問題。

(4)MUCT工藝采用按流量0.5∶0.5分段進(jìn)水模式后，TN、TP去除率得以提高。其出水TN平均濃度為(20.3±2.1) mgL，TP平均濃度為(0.9±0.4) mgL。

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ComparativeExperimentalStudyonA2OandMUCTProcessesfortheImprovementofDischargeStandardsandReconstructionofWastewaterTreatmentPlantwithSDAOProcess

YANG Peng-cheng1,2,3, TIAN Zhi-yong2,3, SONG Yong-hui2,3, YANG Yong-zhe1, FU Bo-siyuan2,3, LI Kui1,2

1.School of Environmental and Municipal Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055, China 2.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 3. Department of Urban Water Environmental Research, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

SDAO process; improvement of discharge standards and reconstruction; A2O; MUCT; comparison

1674-991X(2013)03-0195-07

2013-01-07

國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2012ZX07202-005，2012ZX07202-010)

楊鵬程(1988—)，男，碩士研究生，主要從事污水處理廠脫氮除磷技術(shù)研究，ypc19881104@sina.com

*責(zé)任作者:宋永會(huì)(1967—)，男，研究員，博士，主要從事水污染控制技術(shù)研究，songyh@craes.org.cn

X703.1

A

10.3969j.issn.1674-991X.2013.03.032