懸掛鏈曝氣A/O工藝在低溫地區(qū)污水處理廠的應(yīng)用

劉勝利

（國中水務(wù)股份有限公司，北京100006）

1 引言

懸掛鏈曝氣A/O工藝起源于德國的百樂克（BIOLAK）工藝，其采用低負荷活性污泥工藝和懸掛鏈曝氣系統(tǒng)，通過多級A/O系統(tǒng)高效降解污水中的碳、氮等有機污染物。

我國在20世紀90年代開始接觸百樂克工藝，經(jīng)過多年的消化吸收和改進，已形成了適合我國國情，并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的各種工藝技術(shù)。其中，懸掛鏈曝氣A/O工藝即是比較有代表性的工藝，其保留了傳統(tǒng)工藝的主要優(yōu)勢，并進行了完善和改進。改進主要包括：①在生化池增設(shè)除磷區(qū)，強化除磷效果，對生化池進行靈活布局；②沉池可采用獨立構(gòu)筑物的輻流沉淀池等形式，并取消了不實用的穩(wěn)定池［1］。

懸掛鏈曝氣A/O工藝具有運行穩(wěn)定、管理維護簡單、能耗較低等優(yōu)勢，并且適用范圍廣泛，在處理生活污水、生活和工業(yè)混合污水方面均取得了較好效果，特別是針對低溫地區(qū)的生活污水處理具有一定優(yōu)勢。

2 工藝原理和特點

2.1 工藝原理

懸掛鏈曝氣A/O工藝是基于延時曝氣的多級A/O活性污泥處理系統(tǒng)，采用低污泥負荷和高泥齡的設(shè)計，通過漂浮在水面的移動式曝氣鏈系統(tǒng)供氧。由于懸掛鏈曝氣系統(tǒng)的充氧特征，并輔以曝氣控制系統(tǒng)，在生化池內(nèi)能產(chǎn)生多級的缺氧和好氧區(qū)域，因而可實現(xiàn)良好的脫氮除磷效果（見圖1）。

圖1 懸掛鏈曝氣A/O工藝典型流程

常規(guī)的A/O工藝有多種組合方式，主要由是獨立的A區(qū)（缺氧區(qū)或厭氧區(qū)）和O區(qū)（好氧區(qū)）組成，分別處于獨立的池體中。懸掛鏈曝氣A/O系統(tǒng)的生化池是多個單級A/O的組合，在池中能形成多級缺氧段和好氧段，系統(tǒng)內(nèi)可以實現(xiàn)多個硝化和反硝化過程，這種多級A/O系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)是非穩(wěn)定狀態(tài)理論和硝化－反硝化反應(yīng)機理。由于系統(tǒng)污泥負荷較低、泥齡較長，如其生化池內(nèi)有足夠的停留時間，可以通過獨特的懸掛鏈曝氣系統(tǒng)調(diào)整曝氣區(qū)域，實現(xiàn)多級不同的A/O反應(yīng)區(qū)，使A/O容積比根據(jù)水質(zhì)的變化而變化，進而增強系統(tǒng)對水質(zhì)變化的適應(yīng)能力［2］。

2.2 工藝特點

2.2.1 系統(tǒng)低負荷運行，抗沖擊能力強，剩余污泥穩(wěn)定

與常規(guī)活性污泥工藝相比，懸掛鏈曝氣A/O工藝污泥回流量大，污泥濃度較高，相對停留時間較長，所以污泥負荷較低。污水中的有機污染物經(jīng)高濃度微生物的分解利用，出水水質(zhì)較好；由于泥齡較長，有利于系統(tǒng)的硝化過程，保證了后續(xù)的脫氮效果；由于采用延時曝氣系統(tǒng)，系統(tǒng)污泥產(chǎn)量較少，且污泥礦化程度高，無需進一步的消化穩(wěn)定處理［1］。

2.2.2 高效、節(jié)能的曝氣系統(tǒng)

懸掛鏈曝氣系統(tǒng)主要由微孔曝氣管、連接軟管及懸浮鏈組成。其工作時，鼓風(fēng)機提供的大量空氣，依次通過主管道、懸浮鏈和連接軟管最終進入微孔曝氣管，然后從曝氣管表面逸出微小氣泡并擴散到水中，達到充氧的目的。經(jīng)過實踐總結(jié)，懸掛鏈曝氣系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢：

（1）傳統(tǒng)曝氣器固定于池底，其產(chǎn)生的氣泡在水中通過垂直距離到達水面，運動停留時間5～6s。而懸掛鏈曝氣管產(chǎn)生的微氣泡受到曝氣鏈擺動和水流等擾動，在水中是斜向上行進，可使停留時間延長到11s，明顯提升了氧的利用率，進而降低了曝氣的能耗［2］；

（2）懸浮鏈及曝氣管在一定區(qū)域的擺動過程中，會對池內(nèi)污水起到較強的攪拌混合作用，采用此曝氣系統(tǒng)的池中混合作用所需能耗僅為1.5～3W/m3，大大低于同等條件下傳統(tǒng)曝氣系統(tǒng)的8W/m3耗能。獨特的曝氣系統(tǒng)可保證較高的氧氣傳遞效率，將供氧能力提高到2.5kgO2/（kWd·h），而傳統(tǒng)曝氣系統(tǒng)的該值為1kgO2/（kWd·h）［3］；

（3）懸掛鏈曝氣管的檢修維護方便，無需停止曝氣和排空池體，可乘小船到指定位置，直接將單組的曝氣管提出水面進行維修，避免了清空池體后需重新培養(yǎng)活性污泥的問題。

2.2.3 設(shè)置厭氧區(qū)，強化除磷效果

改進后的懸掛鏈曝氣A/O系統(tǒng)，在生化池前增設(shè)了厭氧區(qū)，強化系統(tǒng)除磷效果。二沉池回流的污泥先進入?yún)捬鯀^(qū)，進行厭氧釋磷反應(yīng)，然后再和來水混合后進入生化池。

3 工程實踐

3.1 工程概況

內(nèi)蒙古東北某污水處理廠采用懸掛鏈曝氣A/O工藝，該污水處理廠規(guī)模為2×104m3/d，其進水中生活污水所占比例為80%，工業(yè)和其他廢水占20%。污水處理廠所處地區(qū)年氣溫變化較大，冬季嚴寒而漫長，夏季炎熱而短暫，最高氣溫37.5 ℃，最低氣溫-42.7 ℃，年平均氣溫-1.3 ℃，全年有5個月時間平均氣溫在0 ℃以下。該廠的工藝流程見圖2。

圖2 污水處理廠工藝流程

3.2 設(shè)計規(guī)模及進、出水水質(zhì)

設(shè)計處理規(guī)模為2×104m3/d，設(shè)計進、出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計進、出水水質(zhì) 單位：mg/L

3.3 主要處理單元

（1）格柵間和提升泵房1座，內(nèi)設(shè)柵距20mm的粗格柵2臺，柵距5mm的細格柵2臺。

（2）曝氣沉砂池1座，分為兩格，內(nèi)設(shè)橋式吸砂機1套，處理量為5～12L/s的砂水分離器1臺。

（3）厭氧池1座，其分為兩格，分別為厭氧區(qū)和選擇區(qū)，且兩個區(qū)域可通過控制閘板實現(xiàn)連通，設(shè)計總停留時間2h，有效容積1600m3。池內(nèi)設(shè)潛水攪拌器4臺，每臺功率4.0kW。

（4）A/O生物池1座，有效容積18700m3，設(shè)計污泥負荷0.06kgBOD5/（kgMLSS·d），污泥濃度3500mg/L，總泥齡20d。池內(nèi)設(shè)有18條懸掛鏈曝氣系統(tǒng)，共包括270組微孔曝氣器，其氧利用率30%。

（5）沉淀池1座，采用與生化池一體化合建的矩形沉淀池，有效池容5500m3，設(shè)計表面負荷0.7m3/（m2·h），污泥回流量50%～100%。池內(nèi)安裝1套桁車式吸泥機，最大排泥量900m3/h。

（6）接觸池1座，有效容積600m3，消毒接觸時間30min。

（7）鼓風(fēng)機房1座，安裝鼓風(fēng)機4臺，3用1備，每臺風(fēng)量35m3/min。

（8）污泥脫水間1座，安裝帶式濃縮脫水一體機1套，帶寬2m；安裝配套絮凝劑制備投加系統(tǒng)1套，另外還備有化學(xué)除磷加藥設(shè)備1套。

（9）加氯間1座，安裝二氧化氯發(fā)生器設(shè)備1套，最大產(chǎn)藥量8kg/h。

3.4 運行情況

污水處理廠自2010年7月下旬開始通水調(diào)試，經(jīng)過1個月的調(diào)試和2個月的試運行，到當年的11月初，出水各項指標基本達到了設(shè)計標準，污水處理廠開始穩(wěn)定運行。

從2010年12月到2011年2月，污水處理廠進水溫度在7 ℃～8.5 ℃之間，每天進水量為1.9萬m3。這段時間內(nèi)，除總磷偶有超標外，其他出水指標均達標，各項水質(zhì)指標情況見表2。

表2 進、出水水質(zhì)和出水達標率

此段時間內(nèi)運行情況的分析如下：

（1）CODCr、BOD5、SS和NH3-N 4項指標出水水質(zhì)穩(wěn)定，達標率均較高；污水處理廠在低溫情況下運行穩(wěn)定。

（2）由于低溫環(huán)境下微生物生長速度緩慢，并且酶促反應(yīng)速度下降，導(dǎo)致活性污泥的活性降低。為維持活性污泥中較高的微生物數(shù)量，適當提高了混合液污泥濃度并延長了泥齡。但是泥齡長、污泥負荷低影響了生物除磷的效率，因此總磷去除效果一般，出水TP的達標率偏低。

（3）此污水處理廠不考核總氮指標，因此表2沒有統(tǒng)計總氮的達標率。但在運行過程中對出水總氮進行過一段時間的檢測，結(jié)果顯示總氮的去除效果一般，原因在于生物池內(nèi)僅靠曝氣鏈的間隙形成缺氧和好氧區(qū)，在水體流動等影響因素下較難形成穩(wěn)定的缺氧環(huán)境，因此多級A/O很難保證穩(wěn)定的脫氮效果。

（4）此段時間生物池的MLSS維持在4300mg/L左右，第1個月內(nèi)SV30為40%，活性污泥狀態(tài)較好。第2個月末SV30達到了70%，且污泥結(jié)構(gòu)較為松散，鏡檢顯示絲狀菌生長正常，適當增加排泥量及調(diào)整曝氣量一段時間后，活性污泥性狀逐漸好轉(zhuǎn)。分析是由于污泥負荷的下降和污泥齡的延長，致使污泥老化和菌膠團凝聚作用減弱，污泥的沉降性隨之變差，經(jīng)過工況調(diào)整后活性污泥菌膠團恢復(fù)正常。

4 結(jié)語

內(nèi)蒙古東北某污水處理廠運行情況表明，懸掛鏈曝氣A/O工藝在低溫地區(qū)污水處理廠的應(yīng)用是可行的，處理效果達到了設(shè)計要求。但還存一些問題和不足，建議采取如下措施：

（1）在泥齡長、污泥負荷低的工況下，生物除磷效率降低，可采用化學(xué)除磷加以強化；

（2）多級A/O無法保證穩(wěn)定的脫氮效果，總氮去除率一般，可設(shè)置獨立的反硝化區(qū)加以解決。

［1］陳現(xiàn)明，元培勝，李勇華.一種新型污水處理工藝——百樂克［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2006，28（2），109-112.

［2］劉萬楊.百樂克工藝在城市污水處理中的應(yīng)用［J］.環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2008（7）：22-23.

［3］沈耀良.廢水生物處理新技術(shù)理論與應(yīng)用［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1999.

［4］王濤.懸掛鏈曝氣技術(shù)應(yīng)用于河流污染治理［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，2003，10（5）：16-18.

［5］樓上游.懸掛鏈脈動波式曝氣系統(tǒng)及相關(guān)工藝的研究［J］.環(huán)境工程，2002，12（6）：22-24.