桂劍釗，谷 娟，徐志兵

(安慶師范大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，安徽安慶246133)

我國城鎮(zhèn)污水處理廠約3 900余座，日處理能力1.55×109m3/d[1]?；趥鹘y(tǒng)活性污泥法為主要處理工藝的早期投建的城市污水處理廠工藝技術(shù)落后，對污水處理設(shè)施進(jìn)行改造勢在必行[2]。改良型Orbal氧化溝作為一種新型的氧化溝模式，在傳統(tǒng)的氧化溝工藝段之前增加了厭氧池，從理論上來講可有效抑制污泥膨脹，提高脫氮除磷效果。安徽省某城市生活污水處理廠Orbal氧化溝處理設(shè)施經(jīng)常性出現(xiàn)出水總磷、氨氮等超標(biāo)，處理效果不理想。本文對此水廠進(jìn)行了監(jiān)測，分析了進(jìn)水、厭氧池、氧化溝三溝（內(nèi)、中、外）、二沉池、出水等水質(zhì)指標(biāo)，并分析原因。

1 污水處理工藝及檢測方法

安徽省某污水處理廠設(shè)計處理規(guī)模為日平均處理污水量1.2×105m3/d，處理工藝為改良型氧化溝，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)。

污水通過排水管網(wǎng)進(jìn)入該污水處理廠，通過集水井，流經(jīng)細(xì)格柵、旋流式沉砂池、厭氧池、Orbal氧化溝和輻流式二沉池，最后經(jīng)過紫外消毒排入河流。Orbal氧化溝是一種首尾相連的循環(huán)流曝氣溝渠，初期采用延時曝氣，連續(xù)進(jìn)出水，所產(chǎn)生的微生物污泥在污水曝氣凈化的同時得到穩(wěn)定，在不設(shè)初沉池的情況下，有機(jī)性懸浮物在氧化溝內(nèi)也能夠達(dá)到好氧穩(wěn)定的程度[3]，故該污水處理廠沒有設(shè)置初沉池。污泥采用深度脫水，使得該污水處理廠的污泥含固率≥50%，干泥餅填埋減少50%的填埋場庫容[4]，具體工藝如圖1所示。

圖1 污泥處理工藝流程

由于水溫由系統(tǒng)自動檢測，為了分析DO、溫度、BOD對TN、TP的影響，找出TN、TP去除率長期明顯偏低的原因，按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法對DO、TN、TP、BOD進(jìn)行分析，見表1。

2 污水廠監(jiān)測結(jié)果

2.1 實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)

對安徽省某污水處理廠2016年9月至2016年12月共122天的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得到安徽省某污水廠的實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)匯總表，如表2和表3所示。

2.2 主要污染物去除效果

對安徽省某污水處理廠2016年9月至2016年12月共122天的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到該污水廠主要污染物去除情況如圖2所示。

表1 實(shí)驗(yàn)項目標(biāo)準(zhǔn)分析方法

表3 水質(zhì)指標(biāo)法表征污（廢）水可生化程度

圖2 安徽省某污水處理廠主要污染物去除效率

COD的去除效果。安徽省某污水處理廠對COD的去除一部分發(fā)生在厭氧池當(dāng)中，由微生物吸附和聚磷菌代謝；另一部分發(fā)生在氧化溝內(nèi)，同程硝化反硝化和生物降解[5]。從圖2可以看出，進(jìn)水的COD濃度波動較大，但是系統(tǒng)對于COD的去除效果穩(wěn)定，平均去除率達(dá)68.34%，出水達(dá)標(biāo)率100%，說明氧化溝對有機(jī)物沖擊負(fù)荷的抵抗力較強(qiáng)，去除COD的能力較強(qiáng)。

BOD的去除效果。該污水廠進(jìn)水可生化性較好，但是有機(jī)碳源不足，易降解的有機(jī)物處于“供不應(yīng)求”的狀態(tài)。從圖2可以看出，安徽省某污水處理廠2016年9月至2016年12月共122天BOD的進(jìn)水濃度波動不大，這也是生活污水的特點(diǎn)。進(jìn)水平均濃度達(dá)28 mg/L，出水BOD穩(wěn)定，OD:TN:TP=100:58.25:4.39，低于100:5:1，整體去除效率較高。

NH3-N的去除效果。Orbal氧化溝道氨氮的去除也就是硝化作用。硝化作用即在有氧條件下，氨基酸脫下來的氨，經(jīng)過亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的作用轉(zhuǎn)化為硝酸，這主要發(fā)生在外溝道。Orbal氧化溝溶解氧含量分別是外圈0 mg/L、中圈1 mg/L、內(nèi)圈2 mg/L的模式，外溝有機(jī)物充分，有機(jī)分解需氧量大，供氧量幾乎占到全部供氧量的50%[6]。但是由于對氧化溝的實(shí)際供氧量控制不夠精確，對該氧化溝為期10天的DO濃度檢測分析表明，實(shí)際DO濃度為外圈0.30 mg/L、中圈0.53 mg/L、內(nèi)圈0.55 mg/L，DO梯度不夠明顯，同程硝化反硝化效果較差，致使氨氮的去除效果一般。由圖2可知，進(jìn)水氨氮變化幅度較大，工藝對氨氮的去除效果一般，由于氧化溝段的外溝DO控制不夠準(zhǔn)確，有氧硝化反應(yīng)進(jìn)行不完全，為后期的反硝化作用設(shè)置了阻礙，這是脫氮效果降低的主要原因。

TN的去除效果。以上分析表明，該污水廠進(jìn)水的氨氮去除效果較好，平均去除率為53.64%，但TN去除率低于25%，可能是反硝化受阻。反硝化指兼性厭氧的硝酸鹽還原菌將硝酸鹽還原為氮?dú)獾倪^程，主要發(fā)生在外溝道，而反硝化運(yùn)行段操作的關(guān)鍵指標(biāo)有碳源（BOD：TN＜5碳源不足)、pH（7.2左右適宜，最適為7～8）、最終電子受體和（不足）、溫度（13℃適宜）和DO（外溝0.55過高），因此反硝化進(jìn)行不夠順利。一般來說，一個有極低的DO、和有機(jī)物存在的環(huán)境，只要pH和溫度適宜就能發(fā)生反硝化。從圖2可知，除個別時間外，TN的進(jìn)出水濃度均表現(xiàn)平穩(wěn)，說明影響脫氮的主要原因是工藝運(yùn)行的實(shí)際參數(shù)，DO和最終電子受體不足，進(jìn)而影響反硝化的進(jìn)行，而不是進(jìn)水水質(zhì)水量的影響。

TP的去除效果。厭氧池的作用就是讓聚磷菌在此釋放大量的磷，便于后期好氧過量吸收磷，通過排放富磷污泥達(dá)到去除系統(tǒng)磷的目的[7]。然而后期工藝段供氧不足、有機(jī)物缺乏、溫度偏低、污泥齡過長等原因?qū)е鲁仔Ч麡O差，由圖2可知，TP去除率僅為16.94%。

3 污水處理工藝效率分析與討論

從以上分析可知，安徽省某污水處理廠對于主要污染物中BOD、COD、氨氮的去除效果較好。對于TN，進(jìn)出水濃度均達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)，但總體的去除效率不高，為配合污水廠體表改造工作，脫氮效率有待提高；對于TP，雖然Orbal氧化溝工藝段之前添加了厭氧池，但由于系統(tǒng)碳源不足、污泥齡過長等因素，仍然不能達(dá)到理想的除磷效果，除磷壓力很大。影響生物脫氮除磷的因素主要有3種：水質(zhì)條件、環(huán)境因素和運(yùn)行參數(shù)[8]。水質(zhì)條件包括進(jìn)水有機(jī)物種類、碳磷比、進(jìn)水碳氮比等；環(huán)境因素包括溫度、溶解氧等；運(yùn)行參數(shù)包括污泥回流比、水力停留時間、污泥齡、污泥濃度和曝氣量等。通常來說，水質(zhì)條件和環(huán)境因素難以進(jìn)行人為控制，所以，污水處理系統(tǒng)運(yùn)行的好壞在于對運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)和控制。

3.1 厭氧池

污泥老化。厭氧池主要提供聚磷菌的厭氧釋磷環(huán)境。對厭氧池近一個星期的DO測定發(fā)現(xiàn)，平均DO濃度為0.116 mg/L，達(dá)到厭氧池DO的要求，但是本課題采集數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)厭氧池浮泥現(xiàn)象嚴(yán)重。咨詢工作人員后解釋為污泥齡較長，回流比高，部分污泥出現(xiàn)了老化。老化的污泥對磷的釋放能力下降，開始進(jìn)行內(nèi)源呼吸；回流到氧化溝時，由于外界碳源供給不足，不能過量吸收磷，可能為除磷效率低的原因之一。

有機(jī)碳源不足。厭氧池內(nèi)BOD5/TP是影響聚磷菌釋磷和攝磷的重要因素，聚磷菌利用有機(jī)碳源不同，其釋磷的速度會存在明顯差異。為給聚磷菌提供足夠的有機(jī)碳源，BOD5/TP應(yīng)該大于15，實(shí)際上，本污水廠的進(jìn)水BOD5/TP=4.86，即有機(jī)碳源不足，釋磷不充分。

硝態(tài)氮干擾釋磷。從污水處理廠的工藝流程圖可知，二沉池的污泥一部分回流到分配井，將沉砂池來水及二沉池回流污泥平均分配到厭氧池。由于氧化溝的出水含有一定的硝酸鹽和亞硝酸鹽，當(dāng)流進(jìn)厭氧池時，一些發(fā)酵菌會利用它們作為最終電子受體，進(jìn)行反硝化作用，這樣會抑制對有機(jī)物發(fā)酵產(chǎn)酸的作用，從而阻礙聚磷菌吸收3類基質(zhì)，影響聚磷菌的釋磷和合成PHB能力。一般來說，硝酸鹽的濃度應(yīng)控制在0.2 mg/L以下。

3.2 Orbal氧化溝

Orbal氧化溝屬于第3代氧化溝，它是一種多級氧化溝，由3個（三級）P型氧化溝組合而成的多溝式橢圓形。Orbal氧化溝采用水平軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)碟，氧化溝總體有較大的溶解氧梯度，充氧能力高、省電。其出水水質(zhì)好、穩(wěn)定；能較好地避免二沉污泥流失，有利于有機(jī)物的去除，污泥膨脹現(xiàn)象較少[9]。改良型Orbal氧化溝3個廊道的溶解氧分別控制為0～0.3 mg/L、0.5～1.5 mg/L、2～3 mg/L，通過控制曝氣強(qiáng)度，使外圈廊道的供氧速率與渠道內(nèi)耗氧速率相近，保證混合液的硝化反應(yīng)，同時因?yàn)槿芙庋鯘舛容^低，反硝化細(xì)菌可以利用硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行反硝化反應(yīng)[10]。氮素在外圈是一個同步硝化反硝化過程，系統(tǒng)脫氮效率理論上較高。

溶解氧控制不夠。由于對轉(zhuǎn)碟曝氣的充氧控制不佳，氧化溝內(nèi)DO濃度梯度并沒有達(dá)到0 mg/L、1 mg/L、2 mg/L的模式，同步硝化反硝化條件不具備，脫氮效果差。圖3為2017年3月29日至2017年4月4日的為時7天的各工藝段DO的平均濃度。

圖3 主要工藝段實(shí)測DO濃度

由圖3知，氧化溝三圈DO濃度為0.65 mg/L、0.661 mg/L、0.803 mg/L，不滿足理想模式，而且外圈DO過高，不利于氧化作用和反硝化脫氮；內(nèi)圈DO過低，無法保證有機(jī)物和氨氮較高的去除率。

污泥齡太長。污泥齡的長短對聚磷菌的攝磷作用和剩余排放量有直接影響。污泥齡越長，污泥中的含磷量越低，加之排泥量的減少，會導(dǎo)致除磷效果下降[11]。Orbal氧化溝工藝段的污泥齡普遍較長，但是聚磷菌為世代周期短的微生物，需要低的污泥齡，約3～7 d，而硝化細(xì)菌生長緩慢，世代周期長，完成脫氮作用的污泥齡為10～20 d[12]。大多數(shù)污水處理廠為克服脫氮與除磷之間的污泥齡矛盾會選擇兩種微生物的最適污泥齡之間的數(shù)值，然而這只是一種折中的辦法，如安徽省某廠的污泥齡為16.1 d，實(shí)際上對脫氮除磷都不利，尤其除磷，長的污泥齡會造成富磷污泥的回流，遇到厭氧環(huán)境和有機(jī)物充足時就會大量釋放磷，造成除磷效率低下。

3.3 二沉池

現(xiàn)場觀測二沉池水面清澈無浮泥，周圍沒有特殊氣味，進(jìn)出水DO適宜，不太容易出現(xiàn)污泥的厭氧釋磷和反硝化細(xì)菌利用硝酸鹽的反硝化。出水DO約2.08 mg/L，TP濃度有所下降，運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

4 結(jié)束語

對安徽省某污水處理廠的主要污染物BOD、氨氮、COD、TN、TP的去除效果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，BOD、氨氮、COD的去除效果較好，均在55%以上，無任何超標(biāo)記錄；TN進(jìn)出水均達(dá)標(biāo)，去除率較低，無任何超標(biāo)現(xiàn)象；TP的平均去除效果低于20%，57%以上的時間超標(biāo)，18%以上的時間出水濃度異常。TP去除率低和異常的原因主要有兩個方面。污水處理方面：厭氧池污泥老化、有機(jī)碳源不足、硝酸鹽干擾釋磷；氧化溝溶解氧控制不準(zhǔn)確，好氧吸磷受阻、污泥齡過長，易造成富磷污泥回流。污泥處置方面：富磷污泥在污泥泵房停留一段時間，存在一定的營養(yǎng)物質(zhì)，發(fā)生厭氧釋磷、上清液TP含量高，未經(jīng)過化學(xué)除磷輔助而直接流入?yún)捬醭?，增加了系統(tǒng)TP去除負(fù)荷。

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