水库上游中小型污水处理厂工艺优化研究

赵宇(抚顺市环境科学研究院，辽宁 抚顺 113006)

1 研究目的及意义

大伙房饮用水水源地坐落于辽宁省抚顺市，是在我省在国家第一个五年计划中竣工的第一个大型水库，也是当时全国第二大水库。多年以来该水库已成为沈阳、抚顺两大城市居民饮用水的重要水源地。2009年辽宁省人民政府颁布《关于划定大伙房饮用水水源保护区的批复》，实现了对大伙房饮用水水源地的行政行保护。2018年10月，省人大对《辽宁省大伙房饮用水水源保护条例》进行修正，进一步完善了有关法规。对大伙房饮用水水源地进行持续有效的保护，关系到我省人民的饮水安全和社会安定。

入库河流的水质成为了对水库水质控制的重要因素。大伙房水库常年出现总氮及总磷超标现象，超标原因主要为大伙房水库以上流域内的点源、农业面源、水土流失及流域水文特性等对其水质造成的影响。本研究主要针对水库上游村镇污水处理厂对总氮的削减技术进行研究，并以大伙房水库上游某村镇污水处理厂为对象，对其A2/O工艺运行过程中的曝气方式及曝气量进行了筛选试验，选出最优的曝气方式及曝气量以优化各污染物去除率，以此解决该污水处理厂出水总氮不能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中一级A标准的问题。

2 试验装置

A2/O工艺污水处理小试装置由有机玻璃制造，主反应池内部由隔板分为4个隔室，自左向右分别为厌氧池，缺氧池，2个好氧池，容积比例为7.5∶7.5∶42.5∶42.5，以折流方式运行。二沉池采用竖流式。装置中设置污泥回流系统，内回流系统。此装置完全模拟示范污水处理厂的尺寸比例及运行模式。

3 试验用水及污泥

试验用水取自示范污水处理厂进水，污泥也取自该污水处理厂。其中，COD，氨氮，总氮和总磷质量浓度分别为113.2～150.4mg/L，14.5～18.6mg/L，38.2～45.4mg/L和0.447～0.520mg/L。

4 分析项目及方法

COD采用重铬酸盐法；氨氮采用纳氏试剂比色法；总氮采用过硫酸钾消解紫外分光光度法；总磷采用钼酸铵分光光度法。

5 曝气方式及曝气量操作策略

分为以下几种情景进行试验：(1)曝气方式：边进水边进行曝气；曝气量：0.1m3/h；(2)曝气方式：边进水边进行曝气；曝气量：0.2m3/h；(3)曝气方式：边进水边进行曝气；曝气量：0.3m3/h；(4)曝气方式：进水半小时后进行曝气；曝气量：0.1m3/h；(5)曝气方式：进水半小时后进行曝气；曝气量：0.2m3/h；(6)曝气方式：进水半小时后进行曝气；曝气量：0.3m3/h；(7)曝气方式：间歇曝气(曝气半小时，停滞10min)；曝气量：0.1m3/h；(8)曝气方式：间歇曝气(曝气半小时，停滞10min)；曝气量：0.2m3/h；(9)曝气方式：间歇曝气(曝气半小时，停滞10min)；曝气量：0.3m3/h。

6 结果与分析

本试验旨在研究各种曝气方式及曝气量条件下各类污染物去除情况。试验中先后共采用了三种曝气方式，分别是边进水边进行曝气、进水半小时后进行曝气及间歇曝气(曝气半小时，停滞10min)。同时，在试验中采用三种曝气量，分别是0.1m3/h，0.2m3/h，0.3m3/h。

6.1 COD去除率的变化

通过对实验数据的分析，COD去除率的变化总结如下：在3种曝气方式下，边进水边曝气方式去除效果比另外两种曝气方式要更好。原因是边进水边进行曝气方式的曝气时间较长，水中能够保持有充足的溶解氧，有利于有机物的去除。在3种曝气量条件下，COD去除率变化不大。分析其原因为微生物的吸附作用和代谢作用可以对污水中COD的进行去除，吸附是去除COD的主要过程，吸附过程只与颗粒污泥本身的粒径、比表面积等有关，与曝气量大小关系不大。在代谢过程中，较低的曝气就能够满足微生物代谢的耗氧量，因为合成与分解代谢需氧量所需量都较低。因此，COD的去除与曝气量大小关系不大，在较低曝气量下COD去除率能维持在稳定水平。

6.2 氨氮去除率的变化

氨氮去除率的变化总结如下：在3种曝气方式下，间歇曝气方式去除效果比另外两种曝气方式要更好。原因是间歇曝气可以形成兼氧-厌氧-好氧环境，为硝化和反硝化的提供了良好环境。在3种曝气量条件下，曝气量为0.3m3/h条件下去除效果最好。分析原因为大量曝气增加了水中溶解氧的浓度，提高了氨氮的氧化效率，进而提高了氨氮去除率。

6.3 总氮去除率的变化

总氮去除率的变化总结如下：在3种曝气方式下，间歇曝气方式去除效果比另外两种曝气方式要更好。采用间歇曝气方式可使好氧池内不断形成缺氧-好氧环境，既能同步硝化反硝化的发生，还可以进一步加强系统的硝化、反硝化能力。此外，采用间歇曝气方式，从曝气开始就能使系统保持较高的氧利用率，缩短曝气时间，可以避免好氧池的过度曝气，使系统短程硝化反硝化更加完全。在3种曝气量条件下，曝气量为0.2m3/h条件下去除效果最好。分析其原因是当曝气量达到0.3m3/h，反应区溶解氧量的增高使污泥回流液携带至选择区内的溶解氧量也相应提高，由于氧会与NO3-争夺系统内的碳源，同时会抑制NO3-还原酶的合成及其活性，一定程度上影响了预反应区内反硝化反应的过程，降低了系统对总氮的去除。

6.4 总磷去除率的变化

总磷去除率的变化总结如下：在3种曝气方式下，间歇曝气方式去除效果比另外两种曝气方式要更好。原因是间歇曝气有利于聚磷菌的生长，为强化生物脱磷过程提供更好的环境。在3种曝气量条件下，曝气量为0.1m3/h条件下去除效果最好。因为缺/厌氧环境可以使聚磷菌更为有效放磷，并可以吸收或吸附大量易降解的有机物，使主曝气区具有更多的动力和营养物质来进行吸磷，而增大曝气量更容易让污泥回流过程中就有一定量高浓度溶解氧进入厌氧池，使得厌氧池不能完全放磷，导致好氧池无法正常完成吸磷，除磷效果下降。

7 结语

以上研究结果可以得出结论：

(1)边进行曝气边进水对COD去除效果最好；而间歇曝气有利于对氨氮、总氮及总磷的去除。

(2)曝气量大小对COD的去除率影响不大；曝气量为0.3m3/h条件下氨氮去除效果最好；曝气量为0.2m3/h条件下总氮去除效果最好；曝气量为0.3m3/h条件下总磷去除效果最好。

(3)结合示范污水处理厂的实际情况，即出水总氮不能稳定达标，本研究选择“间歇曝气+曝气量0.2m3/h”条件对示范工程进行优化。

综上所述，本研究认为A2/O工艺使用“间歇曝气+单池曝气量2m3/h”的运行方案是最优的。该工艺优化方法可最大限度地降低示范工程系统的能耗和投资，为水库上游类似的中小型污水处理厂提供借鉴。