摘要：在长期的低碳氮比运行条件下，污水处理容易出现出水不达标的问题。本文结合某工业园区污水处理厂实例，在了解污水处理厂进出水水质和污水处理工艺的基础上，针对其出水TN超标问题提出了工艺优化方案，即在对缺氧区DO质量浓度、曝气方式等条件参数进行调整的同时，适当增加碳源投加量。从工艺优化效果来看，采用优化后的A/O脱氮工艺能够使出水水质达标。
关键词：工业园区污水处理厂；低负荷；A/O脱氮工艺
1工业园区污水处理厂污水处理工艺
某工业园区污水处理厂属于园区配套环保项目，用于解决园区环境污染严重的问题，项目设计规模5万m3/d，出水排放标准执行《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级B标准。项目污水处理工艺流程如图1所示，其中生化处理工艺采用A/O工艺。作为前置反硝化工艺的一种，污水经过初沉池后进入缺氧池，通过反硝化微生物进行反硝化反应，使硝态氮得到减少。经过好氧池，在好氧条件下将TKN转化为硝酸盐氮，降低TKN浓度，同时通过混合液回流与污泥回流进入缺氧区，在缺氧条线下将硝酸盐氮转化为氮气，实现污水脱氮处理。
图1 某工业园区污水处理厂污水处理工艺流程
2工业园区污水处理厂低负荷条件下A/O脱氮工艺的优化
2.1污水处理存在的问题
从2015年投运以来，污水处理厂拥有稳定进水水质，但由于园区多家企业进行工业废水混合排放，污水处理厂实际进水水质与设计进水水质存在一定差距。按照设计，工艺进水CODcr、BOD5、SS、NH4-N、TN、TP的质量浓度分别为300、150-200、300、35、45、4mg/L，实际进水CODcrcr、BOD5、SS、NH4-N、TN、TP的质量浓度分别为280、30、210、30、60、4mg/L。设计pH值与实际相同，均处在6.5-8.5之间。在各项指标中，BOD5与CODcrcr的质量浓度比值为0.1，低于0.3，生化性差，进水BOD5/TN不足1，使得污水处理厂长期处于低碳氮比条件运行状态，导致脱氧工艺在缺氧条件下难以有效进行TN去除，继而导致出水TN浓度不达标因此须对A/O脱氮工艺进行优化。
2.2影响工艺效果的因素
想要实现工艺优化，首先需要对设计工艺条件参数进行确认。水解酸化沉淀池，直径32m，高6.3m，污水停留时间3.8h。A/O曝气池共两座，分为两格，分别为生物缺氧区和好氧区，长和宽分别为65m和32.5m，高6.8m，总容积达12400m3，缺氧区2600m3。污水停留11.64h，其中缺氧区停留时间2.4h，需要采用搅拌器进行混合。在好氧区内，采用微孔曝气盘提供氧气。在曝气池内，设计污泥泥龄20d,污泥浓度4g/L，活性回流比100%，内回流比300%。在BOD5处理方面，每kg需要2.1kg氧气，二氧化碳和水的体积比为1:5.25。工艺采用4座二沉池，直径30m，高4.4m，表面负荷1m3/(㎡·h)，水力停留时间2h，回流比100%。配备的催化臭氧池长和宽分别为41m和34.1m，有效水深8m，臭氧质量浓度达38mg/L,水力停留时间2h。
工业园区废水中，包含亚硝酸盐氮、有机氮、NO3-N和NH4-N四种物质，利用微生物作用进行生物脱氮，可以对NH4-N和有机氮进行转化，经过硝化和反硝化得到氮氧化物和氮气[1]。分析实际工艺运行情况可发现影响脱氮效果的主要原因有：首先，导致出水TN不达标主要因素为DO浓度过高，需将缺氧区DO质量浓度控制不超过0.5mg/L，保证反硝化脱氮效果；再者，生物脱氮将受到营养物质量影响。在反硝化反应过程中，除了受溶解氧的影响，还会受到碳源影响，应当适当进行碳源补充，使BOD5与TKN的质量浓度比值达到4以上[2]。相较于外源呼吸碳源，内源呼吸碳源使用只能达到投加碳源20%-50%的反应速度，因此还应从外部适当增加碳源。另外，在硝化反应过程中，在好氧条件下使水中TKN变为硝态氮。在NH4-N浓度较高时，容易发生基质抑制和产物抑制问题。在pH＞8的条件下，硝化菌将受到游离氨的抑制。为促进硝化反应发生，需要将pH控制在7.2-8.0的范围内。从温度条件上来看，还应使反硝化温度处于20-35℃范围内，以便保持较高的反应速率。
2.3脱氮工艺的优化措施
结合上述分析，在对脱氮A/O工艺进行优化时，需要对DO进行调控。在内、外回流比分别为300%和100%的条件下，还要使缺氧区达到低于0.5mg/L的DO质量浓度。而之所以会出现无缺氧条件的问题，主要是由于进水BOD5和NH4-N的数值未能达到设计要求，使得工艺处理过程中出现了耗氧速率慢的情况。同时曝气池出水DO质量浓度超出了5.2mg/L,使得大量DO被回流液带入到缺氧区，无法达到脱氧条件。因此对工艺参数进行调整，控制外回流比不超过50%，内回流比不超过200%。在曝气方面，采用间歇曝气方法进行连续曝气方法的替代，使风机保持开机3h后停机1h。污泥浓度从3500mg/L提高至5000mg/L，使污泥龄达到18d。通过对以上系列参数进行调整后，使缺氧区DO浓度下降至0.3mg/L左右。
在碳源添加方面，首先需要进行碳源的选择。使用反硝化碳源，在对1kgTN进行消除时，将耗费2.86kgCODcr。采用常规碳源，投加1kg葡萄糖消耗的TN接近于1.1kgCODcr产生的效果，投加1kg甲醇消耗的TN接近于1.5kgCODcr产生的效果，投加1kg乙酸钠消耗的TN接近于0.58kgCODcr产生的效果[3]。从经济性角度来看，甲醇具有较高经济效益，其次则为葡萄糖。但从安全性角度来看，甲醇易燃易爆，未能较好进行该类危险化学药品的管控将出现安全问题。从工业园区采取的安全措施上来看，难以达到安全消防专项验收要求，因此还应选用葡萄糖作为外源碳源。
2.4工艺的优化效果分析
按照上述方案完成脱氮A/O工艺优化后，对污水处理厂运行质量展开分析可以发现，经过12个月的运行，处理厂可以保持稳定出水水质，并且出水TN指标能够达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级B标准要求。在为期12个月的运行中，进水TN平均达到40mg/L，为达到出水要求设置内控出水TN质量浓度为14mg/L的，则需去除26mg/L的TN。按照5万m3/d进行计算，总共需要去除1300kg的TN，理论上需要3718kg的CODcr。实际在进行葡萄糖投加时，应当使投加量比理论值大40%，因此每天需要投加5205.2kg的葡萄糖。12个月共完成约1900t葡萄糖的投加，按照3000元/t进行计算，总费用为570万元。总计处理水量达1820万m3，因此在污水处理方面单位成本提高0.3元/m3左右。如果采用甲醇，能够使单位成本降低0.2元/m3，因此还应完善园区安全措施，从而进一步优化工艺方案。
结论
综上所述，污水处理工艺能否有效发挥作用，与污水处理厂的工艺运行条件有关。因此在实践工作中，还要结合实际情况对污水处理问题展开分析，确定影响工艺效果的因素，从而采取有针对性的措施实现工艺优化，使污水处理效果得到保证。通过采用适合的污水处理工艺，能够使污水处理厂出水水质稳定且达标，继而带来一定经济效益和社会效益。
参考文献
[1]乔璐.大型脱氮除磷污水处理厂A/A/O工艺设计与研究[J].山东工业技术,2017(18):57.
[2]王睿,何锡辉,刘恒豪.高氮废水分段进水A/O工艺脱氮效果研究[J].应用化工,2016,45(11):2193-2195+2200.
论文作者:陈洁
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/8/2
标签：污水处理论文; 工艺论文; 碳源论文; 浓度论文; 脱氮论文; 条件下论文; 工业园区论文; 《防护工程》2019年8期论文;