奥贝尔氧化沟工艺改造成AAO工艺的反硝化脱氮实例分析

闫法龙

(晋能控股煤业集团生活污水处理分公司，山西 大同 037001)

1 奥贝尔氧化沟工艺与AAO工艺介绍

1.1 奥贝尔氧化沟工艺介绍

奥贝尔氧化沟一般由3条同心圆或椭圆形渠道组成，各渠道之间相通，污水在厌氧池与回流污泥混合后进入外渠道，由外渠道依次进入中间渠道和内渠道，在各渠道循环达数十次到数百次，最后经中心岛出水堰板流出至二沉池。奥贝尔氧化沟在各渠道横跨安装有曝气转碟给活性污泥提供足够的溶解氧，同时具有推流搅拌作用，以维持渠道内污水的循环及活性污泥的悬浮状态。因转碟上下游存在一定的溶解氧梯度，在同一渠道内可形成交替好氧-缺氧-厌氧的条件，能够较高程度地发生同时硝化反硝化，在不设内回流的情况下具有较好的脱氮效果。在3条渠道系统中，由外到内，第一渠的容积占总容积的50%～55%，溶解氧控制在0 mg/L～0.5 mg/L，主要生物氧化过程和80%的脱氮过程在第一渠道内完成；第二渠的容积占总容积的30%～35%，溶解氧控制在1.0 mg/L，起过渡区的作用，发挥外渠道或内渠道的强化作用；第三渠的容积占总容积的15%～20%，溶解氧控制在2.0 mg/L，保证BOD5的去除率和最终的除氮。氧化沟工艺污泥龄长，负荷低，排出的剩余污泥得到高度稳定，剩余污泥量也较少，同时因氧化沟型工艺具有流程简单、运行管理方便、出水稳定、抗冲击负荷强、便于管理等优点，是我国应用广泛的工艺之一。

1.2 AAO工艺介绍

AAO工艺是厌氧/缺氧/好氧工艺的简称，污水与回流污泥首先进入厌氧池，兼性厌氧发酵细菌将污水中的大分子不溶性有机物水分解成小分子的水溶性的有机物，将可生物降解的有机物转化为低分子发酵中间产物，提高污水的可生化性，同步伴随氨化和硝化反应，聚磷菌在厌氧池进行磷的释放，产生的能量供好氧的聚磷菌在厌氧环境中维持生存，随后污水进入缺氧池，硝化菌将污水中的氨氮转变成硝态氮或亚硝态氮，反硝化菌利用好氧池回流混合液带来的硝酸盐或亚硝酸盐与污水中可生物降解的碳源发生反硝化反应转化成氮气从水中溢出，达到去除总氮的目的，同时因碳源参与了反硝化反应，有机物的去除得到了强化。之后污水进入好氧池，聚磷菌过量摄取污水中的溶解磷，通过剩余污泥排放的形式降低污水中溶解磷的浓度，同时通过氧化和硝化作用进一步降低污水中有机物和氨氮的浓度。

AAO工艺的优点是厌氧、缺氧、好氧独立运行，不同的生物反应器运行环境受其他反应器的影响较小，可以达到同时去除有机物、脱氮和除磷多重目的，设置了内回流，脱氮效果好于其他活性污泥法工艺。

2 原奥贝尔氧化沟工艺在实际运行中存在的问题

经过多年氧化沟运行发现，氧化沟工艺在运行过程中存在很多问题，导致出水水质不稳定，波动较大。

1) 流速不均及污泥沉积问题。受表曝设备吃水深度限制，氧化沟上部流速较大，底部流速较小甚至没有流速，致使渠道底部积泥严重(有时积泥厚度达池深的三分之一以上)，大大减少了氧化沟的有效容积，降低了氧化沟池容利用效率，随着积泥程度的增加，处理效果也逐步降低。

2) 出水总氮不稳定问题。受转碟充氧曝气调节能力的限制，氧化沟各渠道溶解氧并不能按照设计数值进行控制，尤其是外渠道很难形成交替好氧缺氧的环境，使反硝化过程不能稳定的进行，导致总氮去除率低；又由于氧化沟没有内回流，内渠道中大量的没有进行反硝化反应的硝态氮和亚硝态氮进入二沉池随出水外排，也是造成氧化沟总氮去除率不高的原因。

3) 能耗高的问题。由于表曝设备兼具供氧与搅拌功能，为避免污泥沉积不得不开启全部表曝设备，在造成能耗偏高的同时，还存在氧化沟溶解氧过高导致的过曝现象。

4) 冬季表面泡沫及结冰问题。由于进水中带有油脂，处理系统不能完全有效地将其除去，部分油脂富集于污泥中，经表曝设备充氧搅拌，产生大量泡沫；泥龄偏长，污泥老化，也易产生泡沫。特别是进入冬季，低温下污水的粘滞系数增大，产生的泡沫无法破碎，极易结冰，导致氧化沟近50%的表面被厚厚的冰层覆盖，严重影响氧化沟工艺运行感官，除冰过程中还存在一定的安全隐患。

5) 污泥膨胀问题。氧化沟中污泥负荷过高、溶解氧浓度不均等易引发丝状菌性污泥膨胀。

3 工艺改造方案

经调研对比各污水处理工艺优缺点，结合兄弟厂不同工艺实际运行经验，针对环保对脱氮要求的提高，决定采用脱氮效率更高的AAO工艺，具体改造方案如下：

1) 将厌氧池和氧化沟改造为AAO生物除磷脱氮工艺。以原有厌氧池为A段，氧化沟改造成A-O池。

2) 外沟2/3区域设置为缺氧区，1/3区域设置为选择区(根据出水氨氮、总氮浓度自由切换好氧、缺氧运行状态)，中沟与内沟改造为好氧区。

3) 增加内回流系统，好氧池混合液回流至缺氧池，设计内回流比为200%，提高整个工艺脱氮效果。

4) 采用鼓风机曝气方式，好氧区底部增加盘式曝气系统，保证溶解氧含量及曝气均匀。

5) 外沟、中沟和内沟设置潜水推进器，保持污水环流状态，避免污泥沉积。

6) 改造碳源投加系统，碳源投加点由厌氧池起点更改至缺氧池起点，提高反硝化反应碳源利用效率。

7) 改造化学除磷系统，除磷剂投加点由二沉池进水管道更改至好氧池出口，充分利用水力条件，强化磷的去除效果。

8) 封堵不必要的氧化沟连接孔，保证AAO各反应器的独立状态。

4 改造前后出水总氮对比

该厂2020年8月完成工艺改造并投入运行，9月出水调试合格，为了使改造前后总氮去除率具有可比性，选取2019年11月～2020年1月和2020年1月～2021年1月两个运行周期进出水总氮数据进行分析，具体见表1。

表1 总氮去除率对比表

由表1可知，在负荷率、碳源投加量、进水总氮浓度等因素基本相同的情况下，改造后与改造前相比，即使在反硝化菌最不活跃的冬季总氮去除率仍提高了10%左右，出水总氮数据稳定低于10mg/L，出水总氮达到一级A标准的稳定性更有保障。

5 结语

1) 氧化沟工艺改造成AAO工艺后，既保留了氧化沟工艺推流式流态的优势，又引入了AAO工艺的运行优点，通过实际运行发现改造后的AAO工艺在反硝化脱氮方面比原奥贝尔氧化沟工艺效率更高、效果更好。

2) 污水处理工艺改造应在充分利用原构筑物的基础上有针对性的制定改造方案，切不可盲目追求先进工艺。

3) 污水处理工艺运行过程中，必须保证设计参数(溶解氧、污泥浓度)的有效实现，否则，出水指标较难达到设计标准。