黃甦¹， 劉 瑾²
（1.南通市環(huán)境保護(hù)局，江蘇 南通 226006；2.同濟(jì)大學(xué) 建筑設(shè)計(jì)研究院，上海 200092）

　　摘要： 改變傳統(tǒng)活性污泥法的運(yùn)行方式，使其成為AO工藝或連續(xù)流間隙曝氣工藝，具備生物除磷脫氮功能。經(jīng)兩種工藝處理后出水NH₃-N＜3mg/L；TP、TN去除率分別為72%和80%。適用于老污水處理廠的改造和新建污水廠的設(shè)計(jì)。?
　　關(guān)鍵詞：AO工藝；連續(xù)流間隙曝氣；生物除磷脫氮
　　中圖分類號(hào)： X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2000)01-0042-03

1 傳統(tǒng)工藝低負(fù)荷運(yùn)行除磷脫氮的限度

　　由于傳統(tǒng)工藝運(yùn)行的污水廠沒有深度凈化功能，也沒有更多資金新建大規(guī)模污水處理廠，因此對(duì)老廠原工藝進(jìn)行改進(jìn)，使其成為AO或連續(xù)流間隙曝氣工藝是十分必要的。?
　　常規(guī)的活性污泥法采用的污泥負(fù)荷為0.2～0.3kgBOD₅/(kgMLSS·d)，曝氣 池活性污泥濃度控制在2～3g/L之間，泥齡維持在4～5d以內(nèi)。由于泥齡短，活性污泥中硝化菌的增殖速率小于其隨剩余污泥排出的速率，因而常規(guī)活性污泥法在滿負(fù)荷的條件下，氨氮去除率低，一般僅為20%～30%。?
　　為使按常規(guī)法設(shè)計(jì)的污水廠獲得滿意的硝化效果，必須減小污泥負(fù)荷，提高污泥泥齡。在不增加曝氣池容積的前提下，可采用的辦法就是提高曝氣池污泥濃度。為了達(dá)到這一目標(biāo)，要保證做到以下兩點(diǎn)：一是活性污泥具有良好的沉降性能；二是曝氣系統(tǒng)具有足夠的供氧能力 。?
　　為了改善污泥的沉降性能，可采用超越初沉池的辦法，這樣進(jìn)水中懸浮顆粒可能成為細(xì)菌絮凝的核心。
某污水處理廠采用超越初沉池的低負(fù)荷活性污泥法，嚴(yán)格控制曝氣池溶解氧(前段1.1mg/L，中段1.6mg/L，后段2.8mg/L)，運(yùn)行結(jié)果表明，BOD₅的去除很好，出水平均值＜10mg/L，去除率達(dá)95.4%；NH₃-N硝化相當(dāng)完全，出水為0.1mg/L，硝化率為99.6%；氮磷的去除情況見表1。

表1 污染物降解指標(biāo) 工藝 BOD3/TN BOD5/TP TN（mg/L) TP(mg/L) 有機(jī)氯（mg/L) 流入 流入 流入 流出 去除率
（%） 流入 流出 去除率
（%） 流入 流出 去除率
（%） 傳統(tǒng)工藝 4.1 19.1 50.8 21.8 57.0 11.1 5.6 49.3 23.6 1.6 93.3 AO工藝 4.3 26.7 60.0 12.0 80.0 9.6 2.7 72.0 29.1 3.6 87.6 連續(xù)流間隙曝氣 4.4 31.2 33.9 9.3 72.5 5.3 1.3 74.6 12.1 1.8 84.9

　　超越初沉池，提高曝氣池污泥濃度的運(yùn)行結(jié)果表明，硝化的效果相當(dāng)好，氨氮去除率達(dá)99%，但出水的總氮在20mg/L以上，去除效果還不是很理想。
　　某污水廠設(shè)計(jì)處理能力27 000 m³/d，實(shí)際水量為15 000m³/d，進(jìn)水中很大部分為工業(yè)廢水。超越初沉池低負(fù)荷活性污泥法運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，在平均水溫為26.6 ℃，MLSS為4.98 g/L，SVI為50.5 mL/g時(shí)，COD、BOD₅的去除率達(dá)90%以上，出水NH₃-N為3.0mg/L，硝化率為85.3%，當(dāng)BOD₅/TN為4.4時(shí)，總氮去除率為48.5%。
　　總之，低負(fù)荷傳統(tǒng)活性污泥法除磷脫氮的量是很有限的。為了進(jìn)一步提高總氮去除率，可充分利用傳統(tǒng)工藝的現(xiàn)有設(shè)施和設(shè)備，對(duì)工藝進(jìn)行切實(shí)可行的改進(jìn)，使之成為高濃度活性污泥AO工藝，使氮、磷的去除提高到一定水平。

2 低負(fù)荷AO工藝

　　利用傳統(tǒng)工藝的全部設(shè)施，關(guān)閉曝氣池前1/3段空氣管，安裝攪拌機(jī)，保持原來的回流方式和回流比，變傳統(tǒng)工藝為缺氧—好氧(AO)工藝。運(yùn)行參數(shù)見表2。

表2 各種工藝運(yùn)行參數(shù)（平均值） 工藝 氣溫
（℃） 回流比
（%） 水力停留時(shí)間
（h） 泥齡
（d） 容積負(fù)荷
（kgBOD₅/m³.d) 污泥負(fù)荷
（kgBOD₅/(KGMLSS.d) 污泥濃度
（g/L) SVI
(mL/g) 傳統(tǒng)工藝 17.3 106 8 14.3 0.601 0.102 6.53 68.0 AO工藝 15.3 100 8 8.2 0.738 0.133 5.79 68.5 連續(xù)流間隙曝氣 17.4 190 15 11.6 0.230 0.042 6.51 49.3

　　與常規(guī)意義的AO法不同之處在于，本工藝不設(shè)內(nèi)回流裝置，僅設(shè)污泥回流系統(tǒng)，工藝流程如圖1所示。

　　在運(yùn)行中采用了兩種容積比，缺氧：好氧為1：1或1：3。由表3可見，1：1的情況總氮去除率略高于1:3的情況，但并無明顯的優(yōu)勢(shì)。缺氧區(qū)容積的設(shè)定首先應(yīng)保證系統(tǒng) 在COD、BOD₅、NH₃-N、SS等方面有良好的去除率，故本工藝的1：3容積比是合適的， 污泥回流比為80%～100%。?
　　該工藝進(jìn)水COD、BOD₅平均值為543和246mg/L，出水平均值為47和17mg/L，去除率分別達(dá)到91.3%和93.1%，進(jìn)水NH₃-N為30.2mg/L，出水為0.5mg/L，硝化率為98.2%，TN和TP的降解指標(biāo)見表1。?
　　AO工藝對(duì)總氮的去除已大為改善，出水TN在12mg/L左右，去除率達(dá)80%，TP的去除尚未達(dá)到較好水平，但相對(duì)于進(jìn)水的9.6 mg/L，出水已有很大程度的降低，如果輔以其他方式的除磷，AO工藝是一種適合于老廠改進(jìn)的方案。?

3 連續(xù)流間隙曝氣工藝

　　眾所周知，SBR法中間歇曝氣的方法有較好的去除氮磷能力。對(duì)于按傳統(tǒng)活性污泥法設(shè)計(jì)的污水廠，不可能按SBR法運(yùn)行。一是不可能間斷進(jìn)水，二是不可能從曝氣池出水。因此，保留高濃度活性污泥法運(yùn)行中已有的經(jīng)驗(yàn)，只把連續(xù)曝氣改為分時(shí)段曝氣，保持正常流量的進(jìn)出水，就可把這個(gè)改進(jìn)后的工藝稱為連續(xù)流間隙曝氣工藝。?
　　某污水處理廠設(shè)計(jì)能力27000m³/d，實(shí)際水量為15000m³/d，由于水量負(fù)荷低，故減少曝氣量，縮短曝氣時(shí)間，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的鼓風(fēng)機(jī)輪流給兩組曝氣池充氧，8h為一周期，運(yùn)行參數(shù)見表2。
　　在生產(chǎn)性試驗(yàn)的運(yùn)行期間，進(jìn)行了三個(gè)不同工況的研究，其運(yùn)行參數(shù)和結(jié)果見表3。

表3 工況A、B、C運(yùn)行參數(shù)和結(jié)果 參數(shù) 工況A 工況B 工況C HRT(h) 14.7 10.9 9.2 曝氣時(shí)間（h/d) 12（每次4h） 15（每次5h） 15（每次5h） 非曝氣時(shí)間（h/d) 12(每次4h） 9（每次3h） 9（每次3h） MLSS（g/L) 6.51 6.67 6.92 SVI(mL/g) 49.3 46.7 45.6 COD污泥負(fù)荷[kgCOD/(kgMLSS.d) 0.083 0.112 0.202 BOD₅污泥負(fù)荷[kgBOD₅/(kgMLSS.d) 0.042 0.056 0.074 氣溫（℃） 16.5 14.7 COD(mg/L) 進(jìn)水 329.3 340.1 535.2 出水 47.8 38.6 49.2 去除率% 85.5 88.7 90.8 BOD₅(mg/L) 進(jìn)水 164.5 169.5 194.9 出水 14.0 13.8 15.2 去除率% 91.5 91.9 92.2 NH₃-N(mg/L) 進(jìn)水 20.2 21.4 20.7 出水 2.9 3.5 4.1 去除率% 85.6 83.6 80.2 TN(mg/L) 進(jìn)水 36.3 37.6 39.8 出水 9.7 10.8 10.2 去除率% 73.3 71.3 74.4

　　由表3可見，這三個(gè)工況的運(yùn)行情況都很好，用于老廠的改造是完全可行的。出水COD和BOD₅與工藝改進(jìn)前相似，硝化率相似，TN、TP出水濃度大為降低，去除率達(dá)到72.5% 和74.6%，由于氮、磷的去除消耗了碳源，因而工藝改進(jìn)前后BOD₅、COD的去除機(jī)理不同。?
　　活性污泥鏡檢發(fā)現(xiàn)，菌膠團(tuán)密實(shí)，在團(tuán)狀結(jié)構(gòu)中有不透光的核心。鐘蟲及采蓋蟲成株茂盛，數(shù)量極其多，很難發(fā)現(xiàn)游動(dòng)型的后生動(dòng)物如輪蟲等。污泥指數(shù)小、污泥沉降性能好的原因 在于：①間隙曝氣方式抑制了游動(dòng)型后生動(dòng)物的生長(zhǎng)，菌膠團(tuán)密實(shí)；②因超越初沉池，入流惰性物質(zhì)與污泥絮體結(jié)合在一起，增加了污泥的體積質(zhì)量；③保持50%以上的高回流比，污泥新鮮，利于沉降。?
　　當(dāng)氣溫下降至4 ℃左右，BOD₅、COD的降解幾乎沒受影響，但硝化水平下降，出水NH₃-N上升至7.6mg/L，去除率下降至68%，總磷的去除率下降至63.2%。
　　連續(xù)流間隙曝氣工藝中，曝氣時(shí)有機(jī)物部分被好氧微生物分解利用，部分由兼性微生物作糖元貯存；NH₃-N被硝化桿菌最終氧化為NO₃^--N；溶解性磷鹽被聚磷菌吸收。不曝氣時(shí)，溶解氧被迅速消耗掉，開始了反硝化，入流帶來的有機(jī)物以及被貯存的糖元作電 子供體在 反硝化菌的作用下還原NO₃^--N為N₂；聚磷菌把低分子有機(jī)酸變?yōu)橘A存在體內(nèi)的PHB，并釋放PO₄^3-；活性污泥充分發(fā)揮其網(wǎng)捕和吸附功能，“過濾”污染物。

4 幾種工藝氮的去除途徑分析

　　氮的最終去除途徑是生成N₂或轉(zhuǎn)化入污泥。假設(shè)實(shí)際消耗的堿度包括入流NH₃-N硝化和有機(jī)氮氨化再硝化兩部分，那么由NH₃-N硝化的計(jì)算堿度與實(shí)際消耗堿度之差可以 推算出有機(jī)氮硝化消耗的堿度，從而推算出有機(jī)氮通過N₂和污泥途徑去除的量，確定總氮兩種去除途徑所占比例。各種工藝的計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 氮去除分配表 工藝 △TN（mg/L)
流入-流出 有機(jī)氮（mg/L)
流入-流出 計(jì)算耗堿度（mg/L,CaCO₃)計(jì) 實(shí)際耗堿度（mg/L) N₂途徑（mg/L) 污泥途徑
（mg/L) N₂/△TN 污泥途徑/△TN 傳統(tǒng)工藝 29.0 22.0 163.0 215.0 21.6 7.4 74.5% 25.5% AO工藝 47.7 25.5 136.4 196.0 37.9 8.8 79.4% 18.4% 連續(xù)流間隙曝氣 26.7 13.3 79.1 83.5 13.8 12.1 51.7% 45.3%

　　連續(xù)流間隙曝氣工藝通過污泥途徑去除的氮最多，因而該工藝脫氮對(duì)BOD₅/TN的要求最低。?

5 結(jié)論

　　① 傳統(tǒng)活性污泥法經(jīng)過較為簡(jiǎn)單的工藝改進(jìn)后，具備了良好的生物除磷脫氮功能。
　　② 工藝改進(jìn)后，可節(jié)省部分用于曝氣的費(fèi)用，但要求曝氣系統(tǒng)有更好的供氧能力，即供氧速率高。?
　　③ 由于城市污水中可被利用的有機(jī)物在保證脫氮(反硝化)之后所剩無幾，若要確保出水總磷小于1mg/L，有必要增加輔助除磷措施，如在進(jìn)二沉池前加藥劑等。?
　　④ 連續(xù)流間隙曝氣工藝由污泥途徑去除的氮遠(yuǎn)高于AO工藝，故間隙曝氣工藝的脫氮對(duì)有機(jī) 物依賴性更小。?

參考文獻(xiàn)：
　　[1］ Schonberger R. Wat Sci Tech, 1990,22(7.8):45-51.

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