厭氧+多級(jí)AO工藝的優(yōu)化運(yùn)行研究

陳建武

（泰安市城市排水管理處，山東 泰安 271000）

1 工程概況

泰安市第一污水處理廠（以后簡(jiǎn)稱一廠）于1990年引進(jìn)奧地利技術(shù)，采用A+A2O工藝。設(shè)計(jì)規(guī)模5X104m3/d。為出水水質(zhì)達(dá)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，2016年改為厭氧+多級(jí)A/O工藝。工藝流程圖見圖1。

圖1 改造后的工藝流程

2 運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題

改造完成后發(fā)現(xiàn)4個(gè)問題：

（1）需往復(fù)多次調(diào)整曝氣閥才滿足DO需求。

（2）Q進(jìn)水大于2350m3/h時(shí)細(xì)格柵因液位高而溢流。

（3）冬季沉淀池因泥位高每天至少1次跑泥。

（4）根據(jù)出水水質(zhì)調(diào)整DO，不能及時(shí)根據(jù)進(jìn)水量或者水質(zhì)調(diào)整風(fēng)量。

3 優(yōu)化措施

3.1 曝氣閥門調(diào)節(jié)

（1）閥門及曝氣設(shè)備設(shè)置情況。生化北、南池各設(shè)一級(jí)曝氣總閥（簡(jiǎn)稱BQ1，BQ2），二級(jí)曝氣總閥（簡(jiǎn)稱BQ3、BQ4），對(duì)應(yīng)DO簡(jiǎn)稱DO1～DO4。BQ1，BQ2各分設(shè)10個(gè)細(xì)分閥門。BQ3、BQ4各分設(shè)4個(gè)細(xì)分閥門。北池一、二級(jí)及南池一級(jí)好氧區(qū)為膜孔曝氣。南池二級(jí)好氧區(qū)為穿孔管曝氣。

（2）影響閥門開度因素。①膜孔氧轉(zhuǎn)移效率比穿孔管高，相應(yīng)生化池風(fēng)量需求小。②風(fēng)壓變化時(shí)膜孔曝氣量變化幅度比穿孔管大。因?yàn)槟た卓讖诫S風(fēng)壓變化而變化，而穿孔管孔徑不受風(fēng)壓影響。風(fēng)壓升高時(shí)膜孔增加風(fēng)量大，風(fēng)壓降低時(shí)膜孔減少風(fēng)量大。

（3）閥門調(diào)節(jié)思路。先調(diào)節(jié)各分總閥門BQ1～BQ4，再調(diào)節(jié)各膜孔曝氣細(xì)分閥門，最后南池二級(jí)好氧區(qū)細(xì)分閥門。

（4）閥門調(diào)節(jié)時(shí)控制參數(shù)。①按多級(jí)AO工藝各構(gòu)筑物功能要求，一級(jí)好氧區(qū)應(yīng)降解進(jìn)入該區(qū)大部分凱氏氮。二級(jí)好氧區(qū)需降解二級(jí)配水中凱氏氮和一級(jí)未降解氨氮，使出水氨氮符合排放標(biāo)準(zhǔn)。②一級(jí)好氧區(qū)混合液DO不應(yīng)影響二級(jí)缺氧段反硝化，二級(jí)好氧區(qū)混合液DO應(yīng)防止污泥在二沉池發(fā)生反硝化。閥門設(shè)置參數(shù)見表1。

表1 閥門設(shè)置參數(shù)/mg.L-1

（5）閥門調(diào)節(jié)過程。最初各分總閥門和細(xì)分閥門都被調(diào)節(jié)以求達(dá)到精確控制各生化池DO的目的。每天調(diào)節(jié)閥門15次以上。為降低勞動(dòng)量，采用以生化池功能定曝氣閥門的方法，實(shí)現(xiàn)只調(diào)節(jié)穿孔管曝氣分總閥門BQ4就能出水達(dá)標(biāo)。具體依照后面步驟進(jìn)行。①固定分總閥門BQ1～BQ4開度：先打開所有閥門，再以各曝氣區(qū)進(jìn)水端DO為0.8～1.0mg/L初步調(diào)節(jié)各分總閥門；按表1中DO參數(shù)設(shè)置各曝氣區(qū)最末端一個(gè)細(xì)分閥門；經(jīng)過一級(jí)好氧區(qū)HRT（約3h）后測(cè)量各好氧區(qū)出口氨氮看是否符合表1。如不滿足再調(diào)節(jié)分總閥門和末端細(xì)分閥門直到滿足為止；如各曝氣區(qū)出水氨氮均超出上限或者下限，則調(diào)整風(fēng)量并重復(fù)本步驟直到滿足為止；BQ1～BQ3今后不再變動(dòng)。只測(cè)氨氮指標(biāo)是因?yàn)橹灰钡_(dá)標(biāo)COD就能達(dá)標(biāo)。②固定膜孔曝氣細(xì)分閥門開度。從各曝氣區(qū)中間細(xì)分閥門（標(biāo)記為M開始）開始沿著水流方向閥門開度逐步變小，然后設(shè)本區(qū)末端細(xì)分閥門并滿足表1中DO要求。3h后測(cè)氨氮看是否符合表1要求，不符合就改變M開始位置或者閥門開度變化幅度，重復(fù)本步驟直到符合為止。各膜孔細(xì)分閥門不再變動(dòng)。③固定南池穿孔管細(xì)分閥門開度，調(diào)節(jié)BQ4。南池二級(jí)好氧區(qū)穿孔管細(xì)分閥門參照北池預(yù)設(shè)，然后按照北池方法調(diào)節(jié)。在此過程中，如膜孔曝氣的生化區(qū)DO不滿足需求，只需調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量來滿足而不能調(diào)節(jié)所有膜孔曝氣閥門。至此所有閥門設(shè)置完成。今后風(fēng)量變化只調(diào)節(jié)南池二級(jí)好氧分總閥門BQ4使DO4高于DO3在0.2～0.3mg/L區(qū)間（該值是統(tǒng)計(jì)兩池出水水質(zhì)相近時(shí)DO差值關(guān)系得出）

經(jīng)過一年多的實(shí)踐表明，此法工作量小，滿足工藝要求，出水達(dá)標(biāo)。

3.2 新增污泥回流管（見圖1）

（1）存在問題。①一廠改造時(shí)沒改造厭氧池到一級(jí)缺氧池管道?；旌弦汉臀勰嗷亓鲗?dǎo)致厭氧池和細(xì)格柵液位高。當(dāng)Q進(jìn)水大于2350m3/h時(shí)細(xì)格柵會(huì)溢流，而一廠最大時(shí)流量為2450m3/h。②冬季生化池MLSS需大于6500mg/L。在高M(jìn)LSS和連續(xù)4h Q進(jìn)水大于2000m3/h時(shí)，沉淀池每天至少跑泥1次。

（2）降低厭氧池回流污泥量防止細(xì)格柵溢流。溢流進(jìn)水量與最高進(jìn)水量之差為100m3/h，如減少外回流200m3/h就能確保細(xì)格柵不溢流。減少的回流污泥量占正常外回流量2100m3/h的比例較小，對(duì)除磷影響有限。而且后續(xù)有化學(xué)除磷確保出水TP達(dá)標(biāo)。

（3）新增污泥回流管，提高污泥回流比。MLSS高使二沉池表面固體負(fù)荷超過極限通量，造成污泥界面上升。加大回流比使污泥從二沉池轉(zhuǎn)移到生化池可確保二沉池不跑泥。這在前期研究中已得到證實(shí)。王旭等認(rèn)為，SV%是二沉池運(yùn)行工況的主要決定因素，SV%較大時(shí)，需大幅提高回流比才能改善二沉池工況。周克釗認(rèn)為，高濃度活性污泥需采用較高回流比1.5～2.5。

一廠在回流污泥管上接入相同管徑的回流污泥管，將污泥引入一級(jí)生化池首端（見圖1中優(yōu)化運(yùn)行新增污泥回流管）。污泥從這里流入是為了充分利用工藝改造前回流污泥管道及閥門。同時(shí)有利于在冬季提高生化池MLSS。實(shí)踐證明，當(dāng)回流污泥分配給厭氧池1800～1900m3/h、一級(jí)好氧池1200～1100m3/h時(shí)，滿足細(xì)格柵不溢流以及二沉池不跑泥。

表3 2019.12.4 11:00 ～ 2019.12.5 1:00 ORP 氨氮

表4 2020.1.8 16:00 ～ 2020.1.9 3:00 ORP 氨氮

3.3 根據(jù)厭氧池ORP調(diào)節(jié)DO

（1）厭氧池ORP能提前反映進(jìn)水變化。根據(jù)出水水質(zhì)調(diào)節(jié)DO具有滯后性。滯后時(shí)間為好氧池入口到水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的HRT。為及時(shí)調(diào)整曝氣區(qū)DO將目光轉(zhuǎn)向厭氧池ORP。

在曝氣池污染物被氧化分解并產(chǎn)生氧化物，宏觀表現(xiàn)為ORP提高。當(dāng)出水水質(zhì)穩(wěn)定時(shí)，氧化產(chǎn)物累積在一定范圍，宏觀表現(xiàn)為ORP穩(wěn)定在一定范圍。在前期研究中，馮云風(fēng)等認(rèn)為曝氣池ORP控制在合適范圍才能保證出水水質(zhì)。馬勇等認(rèn)為A/O工藝好氧區(qū)末端ORP值與出水氨氮、硝態(tài)氮有很好相關(guān)性。因此，出水水質(zhì)穩(wěn)定時(shí)，回流污泥ORP應(yīng)穩(wěn)定。

當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)也穩(wěn)定時(shí)，厭氧池ORP應(yīng)穩(wěn)定。江慧真等證實(shí)，在CAST工藝的厭氧選擇區(qū)，COD、TP與ORP相關(guān)性良好，ORP可以間接反應(yīng)COD、TP。因此，運(yùn)行良好的水處理系統(tǒng)厭氧池ORP應(yīng)穩(wěn)定，如超出范圍，就表明進(jìn)水水質(zhì)或水量波動(dòng)較大。

（2）厭氧池ORP范圍確定。影響ORP因素很多，進(jìn)水水質(zhì)、不同工藝和工況形成不同氧化還原體系，ORP值波動(dòng)范圍不同。因此，不能統(tǒng)一劃定適合所有工藝的ORP波動(dòng)范圍。但在選取ORP范圍時(shí)，水質(zhì)穩(wěn)定期時(shí)長(zhǎng)必須大于污水在污水廠的HRT。只有這樣，才能認(rèn)定工藝運(yùn)轉(zhuǎn)良好和厭氧池穩(wěn)定，ORP才有參考價(jià)值。

為避免回流污泥ORP與進(jìn)水ORP均異常但兩相抵消而ORP正常的誤判，可在好氧池出口測(cè)ORP。兩者對(duì)比可知是否誤判。這種工況可暫不調(diào)整DO，但要關(guān)注曝氣區(qū)指標(biāo)變化。以回流污泥ORP升高但進(jìn)水ORP降低為例。排除反硝化不徹底而致硝態(tài)氮升高的原因，回流污泥ORP升高表明曝氣過量需降低DO。而進(jìn)水ORP降低表明進(jìn)水量或者污染物濃度增高需提高DO。因此可暫不調(diào)整DO，但在異常進(jìn)水流入曝氣區(qū)中間位置時(shí)，做水質(zhì)檢測(cè)以確認(rèn)是否調(diào)整DO。

從厭氧池ORP異常到調(diào)整風(fēng)量時(shí)間，應(yīng)為厭氧池出口到曝氣池入口的HRT。

（3）一廠實(shí)踐。一廠只在厭氧池安裝ORP測(cè)定儀。部分運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2～4。從表2～4可以看出：①厭氧池ORP正常為-40～-60mV。②ORP低于正常值大約6～7h后水質(zhì)出現(xiàn)異常。一廠做法如下：取ORP連續(xù)2h低于正常波動(dòng)范圍就調(diào)節(jié)DO。2h約為一級(jí)缺氧池HRT；一廠把DO3（北池二級(jí)好氧末端）作為DO控制點(diǎn)（原因見前面3.1）；DO3通常在0.12～0.4mg/L；首次提高0.2mg/L，如連續(xù)3小時(shí)高于波動(dòng)范圍，需要測(cè)量生化池參數(shù)，判斷DO調(diào)整是否合適。這里取3小時(shí)是因?yàn)樽兓M(jìn)水經(jīng)過這段時(shí)間可到達(dá)一級(jí)好氧區(qū)中段，可以初步判斷DO調(diào)整值是否合適；如ORP連續(xù)2h高于正常波動(dòng)范圍就降DO約0.10mg/L。同樣3h后監(jiān)測(cè)生化池中段。通過一年的實(shí)踐證明此法是可行的。

表2 2019.12.3 11:00 ～ 2019.12.4 1:00 ORP 氨氮

4 結(jié)語

在厭氧+多級(jí)A/O工藝中，如存在微孔曝氣和穿孔管曝氣兩種設(shè)備，只調(diào)控穿孔管曝氣總閥是可行的。生化池MLSS高時(shí)增大污泥回流比可避免沉淀池跑泥。在有回流污泥的厭氧池，ORP在一定范圍波動(dòng)，以此來調(diào)整生化池DO，做到及時(shí)調(diào)整風(fēng)量避免風(fēng)量不足或者過量。