悬挂链曝气A/O工艺在低温地区污水处理厂的应用

2012-11-25刘胜利

水科学与工程技术 2012年6期

刘胜利

（国中水务股份有限公司，北京100006）

1 引言

悬挂链曝气A/O工艺起源于德国的百乐克（BIOLAK）工艺，其采用低负荷活性污泥工艺和悬挂链曝气系统，通过多级A/O系统高效降解污水中的碳、氮等有机污染物。

我国在20世纪90年代开始接触百乐克工艺，经过多年的消化吸收和改进，已形成了适合我国国情，并具有自主知识产权的各种工艺技术。其中，悬挂链曝气A/O工艺即是比较有代表性的工艺，其保留了传统工艺的主要优势，并进行了完善和改进。改进主要包括：①在生化池增设除磷区，强化除磷效果，对生化池进行灵活布局；②沉池可采用独立构筑物的辐流沉淀池等形式，并取消了不实用的稳定池［1］。

悬挂链曝气A/O工艺具有运行稳定、管理维护简单、能耗较低等优势，并且适用范围广泛，在处理生活污水、生活和工业混合污水方面均取得了较好效果，特别是针对低温地区的生活污水处理具有一定优势。

2 工艺原理和特点

2.1 工艺原理

悬挂链曝气A/O工艺是基于延时曝气的多级A/O活性污泥处理系统，采用低污泥负荷和高泥龄的设计，通过漂浮在水面的移动式曝气链系统供氧。由于悬挂链曝气系统的充氧特征，并辅以曝气控制系统，在生化池内能产生多级的缺氧和好氧区域，因而可实现良好的脱氮除磷效果（见图1）。

图1 悬挂链曝气A/O工艺典型流程

常规的A/O工艺有多种组合方式，主要由是独立的A区（缺氧区或厌氧区）和O区（好氧区）组成，分别处于独立的池体中。悬挂链曝气A/O系统的生化池是多个单级A/O的组合，在池中能形成多级缺氧段和好氧段，系统内可以实现多个硝化和反硝化过程，这种多级A/O系统的理论基础是非稳定状态理论和硝化－反硝化反应机理。由于系统污泥负荷较低、泥龄较长，如其生化池内有足够的停留时间，可以通过独特的悬挂链曝气系统调整曝气区域，实现多级不同的A/O反应区，使A/O容积比根据水质的变化而变化，进而增强系统对水质变化的适应能力［2］。

2.2 工艺特点

2.2.1 系统低负荷运行，抗冲击能力强，剩余污泥稳定

与常规活性污泥工艺相比，悬挂链曝气A/O工艺污泥回流量大，污泥浓度较高，相对停留时间较长，所以污泥负荷较低。污水中的有机污染物经高浓度微生物的分解利用，出水水质较好；由于泥龄较长，有利于系统的硝化过程，保证了后续的脱氮效果；由于采用延时曝气系统，系统污泥产量较少，且污泥矿化程度高，无需进一步的消化稳定处理［1］。

2.2.2 高效、节能的曝气系统

悬挂链曝气系统主要由微孔曝气管、连接软管及悬浮链组成。其工作时，鼓风机提供的大量空气，依次通过主管道、悬浮链和连接软管最终进入微孔曝气管，然后从曝气管表面逸出微小气泡并扩散到水中，达到充氧的目的。经过实践总结，悬挂链曝气系统具有如下优势：

（1）传统曝气器固定于池底，其产生的气泡在水中通过垂直距离到达水面，运动停留时间5～6s。而悬挂链曝气管产生的微气泡受到曝气链摆动和水流等扰动，在水中是斜向上行进，可使停留时间延长到11s，明显提升了氧的利用率，进而降低了曝气的能耗［2］；

（2）悬浮链及曝气管在一定区域的摆动过程中，会对池内污水起到较强的搅拌混合作用，采用此曝气系统的池中混合作用所需能耗仅为1.5～3W/m3，大大低于同等条件下传统曝气系统的8W/m3耗能。独特的曝气系统可保证较高的氧气传递效率，将供氧能力提高到2.5kgO2/（kWd·h），而传统曝气系统的该值为1kgO2/（kWd·h）［3］；

（3）悬挂链曝气管的检修维护方便，无需停止曝气和排空池体，可乘小船到指定位置，直接将单组的曝气管提出水面进行维修，避免了清空池体后需重新培养活性污泥的问题。

2.2.3 设置厌氧区，强化除磷效果

改进后的悬挂链曝气A/O系统，在生化池前增设了厌氧区，强化系统除磷效果。二沉池回流的污泥先进入厌氧区，进行厌氧释磷反应，然后再和来水混合后进入生化池。

3 工程实践

3.1 工程概况

内蒙古东北某污水处理厂采用悬挂链曝气A/O工艺，该污水处理厂规模为2×104m3/d，其进水中生活污水所占比例为80%，工业和其他废水占20%。污水处理厂所处地区年气温变化较大，冬季严寒而漫长，夏季炎热而短暂，最高气温37.5 ℃，最低气温-42.7 ℃，年平均气温-1.3 ℃，全年有5个月时间平均气温在0 ℃以下。该厂的工艺流程见图2。

图2 污水处理厂工艺流程

3.2 设计规模及进、出水水质

设计处理规模为2×104m3/d，设计进、出水水质见表1。

表1 设计进、出水水质单位：mg/L

3.3 主要处理单元

（1）格栅间和提升泵房1座，内设栅距20mm的粗格栅2台，栅距5mm的细格栅2台。

（2）曝气沉砂池1座，分为两格，内设桥式吸砂机1套，处理量为5～12L/s的砂水分离器1台。

（3）厌氧池1座，其分为两格，分别为厌氧区和选择区，且两个区域可通过控制闸板实现连通，设计总停留时间2h，有效容积1600m3。池内设潜水搅拌器4台，每台功率4.0kW。

（4）A/O生物池1座，有效容积18700m3，设计污泥负荷0.06kgBOD5/（kgMLSS·d），污泥浓度3500mg/L，总泥龄20d。池内设有18条悬挂链曝气系统，共包括270组微孔曝气器，其氧利用率30%。

（5）沉淀池1座，采用与生化池一体化合建的矩形沉淀池，有效池容5500m3，设计表面负荷0.7m3/（m2·h），污泥回流量50%～100%。池内安装1套桁车式吸泥机，最大排泥量900m3/h。

（6）接触池1座，有效容积600m3，消毒接触时间30min。

（7）鼓风机房1座，安装鼓风机4台，3用1备，每台风量35m3/min。

（8）污泥脱水间1座，安装带式浓缩脱水一体机1套，带宽2m；安装配套絮凝剂制备投加系统1套，另外还备有化学除磷加药设备1套。

（9）加氯间1座，安装二氧化氯发生器设备1套，最大产药量8kg/h。

3.4 运行情况

污水处理厂自2010年7月下旬开始通水调试，经过1个月的调试和2个月的试运行，到当年的11月初，出水各项指标基本达到了设计标准，污水处理厂开始稳定运行。

从2010年12月到2011年2月，污水处理厂进水温度在7 ℃～8.5 ℃之间，每天进水量为1.9万m3。这段时间内，除总磷偶有超标外，其他出水指标均达标，各项水质指标情况见表2。

表2 进、出水水质和出水达标率

此段时间内运行情况的分析如下：

（1）CODCr、BOD5、SS和NH3-N 4项指标出水水质稳定，达标率均较高；污水处理厂在低温情况下运行稳定。

（2）由于低温环境下微生物生长速度缓慢，并且酶促反应速度下降，导致活性污泥的活性降低。为维持活性污泥中较高的微生物数量，适当提高了混合液污泥浓度并延长了泥龄。但是泥龄长、污泥负荷低影响了生物除磷的效率，因此总磷去除效果一般，出水TP的达标率偏低。

（3）此污水处理厂不考核总氮指标，因此表2没有统计总氮的达标率。但在运行过程中对出水总氮进行过一段时间的检测，结果显示总氮的去除效果一般，原因在于生物池内仅靠曝气链的间隙形成缺氧和好氧区，在水体流动等影响因素下较难形成稳定的缺氧环境，因此多级A/O很难保证稳定的脱氮效果。

（4）此段时间生物池的MLSS维持在4300mg/L左右，第1个月内SV30为40%，活性污泥状态较好。第2个月末SV30达到了70%，且污泥结构较为松散，镜检显示丝状菌生长正常，适当增加排泥量及调整曝气量一段时间后，活性污泥性状逐渐好转。分析是由于污泥负荷的下降和污泥龄的延长，致使污泥老化和菌胶团凝聚作用减弱，污泥的沉降性随之变差，经过工况调整后活性污泥菌胶团恢复正常。