水庫上游中小型污水處理廠工藝優(yōu)化

　　一、研究目的及意義

　　大伙房飲用水水源地坐落于遼寧省撫順市，是在我省在國家第一個五年計劃中竣工的第一個大型水庫，也是當(dāng)時全國第二大水庫。多年以來該水庫已成為沈陽、撫順兩大城市居民飲用水的重要水源地。2009年遼寧省人民政府頒布《關(guān)于劃定大伙房飲用水水源保護(hù)區(qū)的批復(fù)》，實現(xiàn)了對大伙房飲用水水源地的行政行保護(hù)。2018年10月，省人大對《遼寧省大伙房飲用水水源保護(hù)條例》進(jìn)行修正，進(jìn)一步完善了有關(guān)法規(guī)。對大伙房飲用水水源地進(jìn)行持續(xù)有效的保護(hù)，關(guān)系到我省人民的飲水安全和社會安定。

　　入庫河流的水質(zhì)成為了對水庫水質(zhì)控制的重要因素。大伙房水庫常年出現(xiàn)總氮及總磷超標(biāo)現(xiàn)象，超標(biāo)原因主要為大伙房水庫以上流域內(nèi)的點源、農(nóng)業(yè)面源、水土流失及流域水文特性等對其水質(zhì)造成的影響。本研究主要針對水庫上游村鎮(zhèn)污水處理廠對總氮的削減技術(shù)進(jìn)行研究，并以大伙房水庫上游某村鎮(zhèn)污水處理廠為對象，對其A2/O工藝運行過程中的曝氣方式及曝氣量進(jìn)行了篩選試驗，選出最優(yōu)的曝氣方式及曝氣量以優(yōu)化各污染物去除率，以此解決該污水處理廠出水總氮不能滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918―2002)中一級A標(biāo)準(zhǔn)的問題。

　　二、試驗裝置

　　A2/O工藝污水處理小試裝置由有機(jī)玻璃制造，主反應(yīng)池內(nèi)部由隔板分為4個隔室，自左向右分別為厭氧池，缺氧池，2個好氧池，容積比例為7.5：7.5：42.5：42.5，以折流方式運行。二沉池采用豎流式。裝置中設(shè)置污泥回流系統(tǒng)，內(nèi)回流系統(tǒng)。此裝置完全模擬示范污水處理廠的尺寸比例及運行模式。

　　三、試驗用水及污泥

　　試驗用水取自示范污水處理廠進(jìn)水，污泥也取自該污水處理廠。其中，COD，氨氮，總氮和總磷質(zhì)量濃度分別為113.2～150.4mg/L，14.5～18.6mg/L，38.2～45.4mg/L和0.447～0.520mg/L。

　　四、分析項目及方法

　　COD采用重鉻酸鹽法;氨氮采用納氏試劑比色法;總氮采用過硫酸鉀消解紫外分光光度法;總磷采用鉬酸銨分光光度法。

　　五、曝氣方式及曝氣量操作策略

　　分為以下幾種情景進(jìn)行試驗：

　　(1)曝氣方式：邊進(jìn)水邊進(jìn)行曝氣;曝氣量：0.1m3/h;

　　(2)曝氣方式：邊進(jìn)水邊進(jìn)行曝氣;曝氣量：0.2m3/h;

　　(3)曝氣方式：邊進(jìn)水邊進(jìn)行曝氣;曝氣量：0.3m3/h;

　　(4)曝氣方式：進(jìn)水半小時后進(jìn)行曝氣;曝氣量：0.1m3/h;

　　(5)曝氣方式：進(jìn)水半小時后進(jìn)行曝氣;曝氣量：0.2m3/h;

　　(6)曝氣方式：進(jìn)水半小時后進(jìn)行曝氣;曝氣量：0.3m3/h;

　　(7)曝氣方式：間歇曝氣(曝氣半小時，停滯10min);曝氣量：0.1m3/h;

　　(8)曝氣方式：間歇曝氣(曝氣半小時，停滯10min);曝氣量：0.2m3/h;

　　(9)曝氣方式：間歇曝氣(曝氣半小時，停滯10min);曝氣量：0.3m3/h。

　　六、結(jié)果與分析

　　本試驗旨在研究各種曝氣方式及曝氣量條件下各類污染物去除情況。試驗中先后共采用了三種曝氣方式，分別是邊進(jìn)水邊進(jìn)行曝氣、進(jìn)水半小時后進(jìn)行曝氣及間歇曝氣(曝氣半小時，停滯10min)。同時，在試驗中采用三種曝氣量，分別是0.1m3/h，0.2m3/h，0.3m3/h。

　　6.1 COD去除率的變化

　　通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，COD去除率的變化總結(jié)如下：在3種曝氣方式下，邊進(jìn)水邊曝氣方式去除效果比另外兩種曝氣方式要更好。原因是邊進(jìn)水邊進(jìn)行曝氣方式的曝氣時間較長，水中能夠保持有充足的溶解氧，有利于有機(jī)物的去除。在3種曝氣量條件下，COD去除率變化不大。分析其原因為微生物的吸附作用和代謝作用可以對污水中COD的進(jìn)行去除，吸附是去除COD的主要過程，吸附過程只與顆粒污泥本身的粒徑、比表面積等有關(guān)，與曝氣量大小關(guān)系不大。在代謝過程中，較低的曝氣就能夠滿足微生物代謝的耗氧量，因為合成與分解代謝需氧量所需量都較低。因此，COD的去除與曝氣量大小關(guān)系不大，在較低曝氣量下COD去除率能維持在穩(wěn)定水平。

　　6.2 氨氮去除率的變化

　　氨氮去除率的變化總結(jié)如下：在3種曝氣方式下，間歇曝氣方式去除效果比另外兩種曝氣方式要更好。原因是間歇曝氣可以形成兼氧-厭氧-好氧環(huán)境，為硝化和反硝化的提供了良好環(huán)境。在3種曝氣量條件下，曝氣量為0.3m3/h條件下去除效果最好。分析原因為大量曝氣增加了水中溶解氧的濃度，提高了氨氮的氧化效率，進(jìn)而提高了氨氮去除率。

　　6.3 總氮去除率的變化

　　總氮去除率的變化總結(jié)如下：在3種曝氣方式下，間歇曝氣方式去除效果比另外兩種曝氣方式要更好。采用間歇曝氣方式可使好氧池內(nèi)不斷形成缺氧-好氧環(huán)境，既能同步硝化反硝化的發(fā)生，還可以進(jìn)一步加強系統(tǒng)的硝化、反硝化能力。此外，采用間歇曝氣方式，從曝氣開始就能使系統(tǒng)保持較高的氧利用率，縮短曝氣時間，可以避免好氧池的過度曝氣，使系統(tǒng)短程硝化反硝化更加完全。在3種曝氣量條件下，曝氣量為0.2m3/h條件下去除效果最好。分析其原因是當(dāng)曝氣量達(dá)到0.3m3/h，反應(yīng)區(qū)溶解氧量的增高使污泥回流液攜帶至選擇區(qū)內(nèi)的溶解氧量也相應(yīng)提高，由于氧會與NO3-爭奪系統(tǒng)內(nèi)的碳源，同時會抑制NO3-還原酶的合成及其活性，一定程度上影響了預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)反硝化反應(yīng)的過程，降低了系統(tǒng)對總氮的去除。

　　6.4 總磷去除率的變化

　　總磷去除率的變化總結(jié)如下：在3種曝氣方式下，間歇曝氣方式去除效果比另外兩種曝氣方式要更好。原因是間歇曝氣有利于聚磷菌的生長，為強化生物脫磷過程提供更好的環(huán)境。在3種曝氣量條件下，曝氣量為0.1m3/h條件下去除效果最好。因為缺/厭氧環(huán)境可以使聚磷菌更為有效放磷，并可以吸收或吸附大量易降解的有機(jī)物，使主曝氣區(qū)具有更多的動力和營養(yǎng)物質(zhì)來進(jìn)行吸磷，而增大曝氣量更容易讓污泥回流過程中就有一定量高濃度溶解氧進(jìn)入?yún)捬醭?，使得厭氧池不能完全放磷，?dǎo)致好氧池?zé)o法正常完成吸磷，除磷效果下降。

　　七、結(jié)語

　　以上研究結(jié)果可以得出結(jié)論：

　　(1)邊進(jìn)行曝氣邊進(jìn)水對COD去除效果最好;而間歇曝氣有利于對氨氮、總氮及總磷的去除。

　　(2)曝氣量大小對COD的去除率影響不大;曝氣量為0.3m3/h條件下氨氮去除效果最好;曝氣量為0.2m3/h條件下總氮去除效果最好;曝氣量為0.3m3/h條件下總磷去除效果最好。

　　(3)結(jié)合示范污水處理廠的實際情況，即出水總氮不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，本研究選擇“間歇曝氣+曝氣量0.2m3/h”條件對示范工程進(jìn)行優(yōu)化。

　　綜上所述，本研究認(rèn)為A2/O工藝使用“間歇曝氣+單池曝氣量2m3/h”的運行方案是最優(yōu)的。該工藝優(yōu)化方法可最大限度地降低示范工程系統(tǒng)的能耗和投資，為水庫上游類似的中小型污水處理廠提供借鑒。(來源：撫順市環(huán)境科學(xué)研究院)