王希明

(中通環(huán)境治理有限公司，北京 100050)

1 概述

A2O工藝生活污水處理廠實現(xiàn)出水水質(zhì)達標需要開展工藝調(diào)控，根據(jù)實際進水的水質(zhì)、水量對生化池各項運行參數(shù)開展調(diào)控是保障出水穩(wěn)定達標的關鍵。出水TN指標穩(wěn)定達標是各污水廠都面臨的一個重要課題，要保障出水TN穩(wěn)定達標通常需要在A2O生化池開展以下調(diào)控內(nèi)容：1)硝化液回流比調(diào)控。根據(jù)進水TN濃度和出水TN限值計算所需TN去除率后再計算所需的總回流比，扣減內(nèi)回流比后即為所需硝化液回流比。2)硝化液回流量調(diào)控。根據(jù)進水實際流量、理論硝化液回流比計算所需的硝化液回流量。3)調(diào)控曝氣量和好氧區(qū)溶解氧。保障好氧區(qū)曝氣量能夠至少滿足氨氮完全硝化的需求的同時盡可能降低曝氣強度，以降低曝氣能耗。4)缺氧區(qū)溶解氧調(diào)控。應控制回流硝化液中攜帶的溶解氧，保障缺氧區(qū)DO<0.5 mg/L[1]。5)進水C/N調(diào)控，在進水C/N數(shù)值低、只利用原水中的碳源無法實現(xiàn)TN達標排放的情況下，需要投加外碳源，調(diào)控原水C/N。6)其他調(diào)控措施。如維持污泥濃度和總泥齡在合理范圍內(nèi)，維持各池內(nèi)良好的污泥懸浮狀態(tài)和泥水混合狀態(tài)等。

污水處理廠常面臨進水TN濃度高導致實際需去除的TN量大、進水有機物濃度過低、出水TN不能穩(wěn)定達標等情況。此時如果僅依靠原水中有機物無法實現(xiàn)出水TN指標達標，就需要開展C/N調(diào)控。在工程調(diào)試實踐中，進水C/N調(diào)控主要依靠控制外碳源的投加量來實現(xiàn)。C/N調(diào)控既要避免投加外碳源量過大造成藥劑浪費、出水COD升高、污泥增殖速率過快等問題，也要避免投加外碳源量過小導致的出水TN無法穩(wěn)定達標。

在進水水質(zhì)存在波動的條件下要保障出水TN穩(wěn)定達標，一方面需要充分利用生化池較長的停留時間具有的緩沖能力，讓生化系統(tǒng)的出水水質(zhì)變化為漸進式的遞增或遞減，不產(chǎn)生劇烈波動，為開展C/N調(diào)控贏得調(diào)整外碳源投加量的時間；另一方面需要選擇合適的水質(zhì)檢測指標和檢測方法，盡量能夠快速出具結果并根據(jù)檢測結果及時調(diào)整外碳源投加量。

通常意義上的C/N為BOD5/TN，生物脫氮過程BOD5/TN理論值為2.86，考慮到生化處理過程中厭氧區(qū)也有一定的有機物去除效率，同時好氧池內(nèi)也會消耗部分有機物，故一般要求BOD5/TN>4[1]462-463或COD/TN>8[2]，方可基本保障生物脫氮效果和出水TN達標。

BOD5顧名思義為五日生化需氧量，其國標檢測方法需要檢測時間長，結果反饋慢。如果通過檢測原水BOD5數(shù)值來調(diào)控進水C/N，無法滿足對進水C/N開展快速調(diào)控的要求。在調(diào)試實踐中只能作為輔助手段，不適宜作為C/N調(diào)控過程的主要檢測指標，工程調(diào)試實踐中更多的是依靠COD檢測結果開展C/N調(diào)控。

COD為化學需氧量，其檢測周期短，分光光度法能夠在2 h～3 h左右快速出具檢測結果，COD快速消解法20 min左右即可出具檢測結果，能很好地滿足C/N調(diào)控過程要求快速出具檢測結果的需求。同時由于生活污水的BOD5/COD的比值通常相對固定，一般在0.4～0.65[3]，變化幅度不大，因而以COD作為進水C/N調(diào)控的主要控制指標是相對合理和科學的。

實踐中以COD指標為基礎開展的進水C/N調(diào)控的實際效果可能隨著地域變化、水質(zhì)、水量不同而有所變化，因而有必要對此研究方向開展更多的實踐和分析研究。

本次研究所在的污水處理廠在調(diào)試期間平均進水TN濃度為80.72 mg/L，出水TN要求為15 mg/L，實際需要去除的TN值平均約為65.72 mg/L，按照BOD5/TN=2.86，則理論需要BOD5的量為187.96 mg/L，若假定原水B/C為0.4，則需要的COD量至少為469.9 mg/L，而該水廠的實際進水COD約為200 mg/L～300 mg/L，碳源不足導致只能依靠投加外碳源來保障出水TN達標排放。在此條件下，既要保障出水TN穩(wěn)定達標同時降低運營成本，開展進水C/N的調(diào)控工作就顯得更加重要。

通常說的C/N是根據(jù)原水水質(zhì)指標檢測結果表征該原水生物脫氮特征的實踐經(jīng)驗性數(shù)值。由于計算簡單因而得到了廣泛的使用，但因為原水中有機物并非全部用于反硝化，同時也并非所有的TN都需要完全去除，為了便于更加準確的表征有機物去除與TN去除的關系，后續(xù)按照以下兩種定義分別對調(diào)控過程數(shù)據(jù)開展分析和研究：

1)C/N：投加外碳源后的總有機物濃度與進水TN濃度的比值，此處有機物濃度以COD濃度作為計算依據(jù)。

2)C/NR：投加外碳源后的總有機物濃度與實際需去除TN濃度的比值，此處有機物濃度以COD濃度作為計算依據(jù)。

國內(nèi)北方地區(qū)城鎮(zhèn)生活污水的主要水質(zhì)指標：COD一般為200 mg/L～400 mg/L，TN約為40 mg/L～60 mg/L，以COD計量的C/N約為3～5。而出水水質(zhì)中TN指標根據(jù)設計出水水質(zhì)標準有一定差異，GB 18918中的一級B標準出水TN限值為20 mg/L，一級A標準出水TN限值為15 mg/L，北京市地方污染物排放標準中B標準為15 mg/L，A標準為10 mg/L。設計進出水TN差值為實際需要去除的TN濃度，需要去除的TN濃度絕對數(shù)值的大小對進水C/N調(diào)控的影響非常大，例如：進水COD=300 mg/L，TN=60 mg/L，出水TN要求分別為20 mg/L，10 mg/L的條件下，理論上需要去除的TN濃度分別為40 mg/L，50 mg/L，雖然以COD計的進水C/N都等于5，但是其達標難度相差很大。根據(jù)經(jīng)驗，額外去除10 mg TN/L需要投加的外碳源量約需30 mg BOD5/L～50 mg BOD5/L，同時需要更大的缺氧池池容來維持反硝化脫氮所需的停留時間。

故C/NR相比C/N能夠更準確的反映達到不同出水標準中TN限值時，實際待去除TN濃度對應綜合需要的有機物濃度的關系，考慮到C/N在日常使用較多且數(shù)據(jù)獲取更加直接，所以在研究過程中對以上兩種比值都開展了計算分析。

開展C/N調(diào)控主要是通過投加外碳源實現(xiàn)，選擇經(jīng)濟合理的外碳源就顯得尤為重要。污水處理廠常用的外碳源有甲醇、乙醇、乙酸、乙酸鈉、葡萄糖、淀粉、復合高效碳源等[4]，其中，甲醇、乙醇、乙酸會帶來防爆風險，較少采用，淀粉、葡萄糖由于碳鏈過長導致利用速率低，也相對較少選用。乙酸鈉是經(jīng)實踐檢驗效果穩(wěn)定、性能優(yōu)良的外碳源，是現(xiàn)在多數(shù)污水處理廠外碳源投加的選擇。乙酸鈉的BOD5當量為0.52 g BOD5/g乙酸鈉，COD當量為0.78 g COD/g乙酸鈉。

由于外碳源產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，在經(jīng)歷配置、運輸、儲存等過程后其實際的有機物當量數(shù)值會產(chǎn)生變化，建議污水處理廠在開展C/N調(diào)控前，應檢測該批次產(chǎn)品的實際COD當量，以保障投加外碳源的量滿足實際需求。

2 調(diào)控過程與效果

2.1 研究對象的基本情況

開展研究的污水處理廠生化處理單元采用A2/O工藝，設計處理能力為1.2萬m3/d，分為兩個系列并聯(lián)運行，單系列設計處理規(guī)模為6 000 m3/d。

設計原水水質(zhì)和出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設計進出水水質(zhì)表

設計處理工藝流程如圖1所示。

管線收集的生活污水首先進入廠區(qū)粗格柵及提升泵站，去除20 mm以上的懸浮物后利用提升泵提升至細格柵及旋流沉砂池，細格柵用于去除5 mm以上的懸浮物，沉砂池用于去除原水中的細小砂粒，出水重力進入A2O-MBR綜合池，先經(jīng)過膜格柵過濾截留1 mm以上的纖維、顆粒等后進入A2O生化池進行生化反應，在厭氧區(qū)釋放磷和吸收VFA轉(zhuǎn)化為PHB，在缺氧區(qū)利用原水碳源和外加碳源對回流硝化液中的硝酸鹽進行反硝化脫氮，好氧區(qū)完成有機物氧化、好氧吸磷以及氨氮的硝化反應，在膜池完成泥水分離和污泥回流。膜產(chǎn)水泵將產(chǎn)水輸送至消毒接觸及中水回用水池，投加次氯酸鈉消毒后，根據(jù)中水回用需求進行回用，多余產(chǎn)水溢流排放至大龍河。

生化池排出的剩余污泥進入貯泥池，采用離心式脫水機進行污泥脫水后，產(chǎn)出的80%含水率污泥定期外運至大興區(qū)污泥處置中心。

根據(jù)生化池的尺寸和設計計算書，生化池設計參數(shù)見表2。

表2 生化池設計參數(shù)表

2.2 外碳源投加量估算方法

根據(jù)工程調(diào)試經(jīng)驗和文獻資料[5]，去除1 mg/L TN約需要乙酸鈉5 mg/L～6 mg/L(折合COD約3.9 mg/L～4.68 mg/L≈BOD5約2.6 mg/L～3.12 mg/L)，估算需投加的20%液體乙酸鈉(16.7萬mg COD/L)的體積。

本項目調(diào)試過程中乙酸鈉的用量估算如下：以1 000 m3/d處理規(guī)模、去除1 mg/L TN為例，理論計算所需的20%乙酸鈉(16.7萬mg COD/L)體積約為23.35 L/d～28.02 L/d。

2.3 C/N調(diào)控數(shù)據(jù)與出水TN

調(diào)試初期未投加外碳源時，該污水處理廠出水TN平均約34.9 mg/L，不投加外碳源無法實現(xiàn)出水TN達標。在開展C/N調(diào)控過程中，按照以上計算方法投加了液體乙酸鈉開展了C/N調(diào)控。每日根據(jù)檢測進水TN數(shù)值，調(diào)整每日的理論投加量，基本實現(xiàn)了出水TN穩(wěn)定達標。C/N調(diào)控過程中水質(zhì)檢測結果及外碳源投加量見表3。

C/N調(diào)控期間的水質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析如下：

1)平均進水量為1 706 m3/d，最大值為2 426 m3/d，最小值為1 179 m3/d；其中平均進水量約為設計運行系列處理能力的28.43%，屬于低水量負荷工況。

2)進水COD最低值為256.98 mg/L，最高值為378.40 mg/L，平均值為339.39 mg/L，滿足設計進水水質(zhì)的要求。

3)進水TN平均值為80.72 mg/L，最低值為72.50 mg/L，最高值為91.00 mg/L，嚴重超過設計進水水質(zhì)的要求。

表3 C/N調(diào)控數(shù)據(jù)表

4)出水TN平均值為13.72 mg/L，最低10.99 mg/L，最高15.68 mg/L，基本實現(xiàn)了出水TN穩(wěn)定達標。

3 C/N調(diào)控數(shù)據(jù)分析

以進水COD和投加外碳源的COD當量之和作為分子，分別以原水TN檢測結果和實際去除TN濃度作為分母，可以得到前述定義的C/N，C/NR的數(shù)值，分別繪圖如圖2，圖3所示。

維持出水TN基本穩(wěn)定達標的條件下，投加外碳源后的總COD和進水TN的比值最高值為6.98，最低值為4.76，平均值為5.90。

維持出水TN基本穩(wěn)定達標的條件下，投加外碳源后的總COD和實際去除TN量的比值最高值為8.4，最低值為5.62，平均值為7.10。

根據(jù)圖2,圖3中的數(shù)據(jù)，C/N調(diào)控分析結論如下：

1)在維持C/N平均值為5.90，C/NR平均值為7.10時，系統(tǒng)出水基本能夠保障達標。

2)C/N數(shù)值較小是因為進水TN的數(shù)值包含了未去除的出水TN，導致分母數(shù)值變大。

3)C/NR數(shù)值比相較C/N大，反映了進水及投加外碳源后的總COD與去除TN之間的實際關系，而這種綜合因素作用下的實踐值能夠更加貼合工程實際情況。

4)考慮到原水水質(zhì)波動以及生化池池容較大具備一定的緩沖能力，建議實際開展C/N調(diào)控時，將調(diào)控數(shù)值控制在平均值至最高值范圍內(nèi)，即將C/N控制在5.9～6.98,C/NR控制在7.1～8.4。

4 結論

1)基于COD能夠快速出具檢測結果的特點，采用了以COD作為控制指標的C/N調(diào)控措施，通過調(diào)控生化池內(nèi)的各項運行參數(shù)及投加適量的外碳源，實現(xiàn)了出水水質(zhì)TN基本穩(wěn)定達標的調(diào)試效果。2)由于投加的外碳源并不能保障100%用于反硝化脫氮，以進水及投加外碳源的總COD與進水TN的比值為調(diào)控控制指標時，建議將C/N控制在5.9～6.98。3)以投加外碳源后的總COD與需要去除的TN的比值開展調(diào)控時，根據(jù)研究中檢測數(shù)據(jù)分析，建議將C/NR控制在7.1～8.4。4)由于投加外碳源的實際反硝化利用效率、原水水質(zhì)的B/C均會對以COD為計算指標的C/N調(diào)控效果產(chǎn)生影響，建議調(diào)試實踐時首先將生化系統(tǒng)的硝化液回流量、溶解氧等調(diào)控至合理范圍后，再根據(jù)C/N,C/NR調(diào)控值的范圍計算外碳源投加量，并根據(jù)實際出水TN數(shù)值及變化趨勢適時調(diào)整外碳源投加量。