SDAO工艺污水厂提标改造为A2O和MUCT工艺的对比试验

杨鹏程，田智勇，宋永会*，杨永哲，傅博思远，李魁,2

1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西 西安 710055 2.中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012 3.中国环境科学研究院城市水环境科技创新基地，北京 100012

SDAO工艺污水厂提标改造为A2O和MUCT工艺的对比试验

杨鹏程1,2,3，田智勇2,3，宋永会2,3*，杨永哲1，傅博思远2,3，李魁1,2

1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西 西安 710055 2.中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012 3.中国环境科学研究院城市水环境科技创新基地，北京 100012

基于生物脱氮除磷的机理，在不增加新构筑物和不进行较大结构改造的前提下，研究将污水处理厂SDAO工艺提标改造为A2O和MUCT工艺的处理效果与差异。结果表明，驯化前期进水CN为3.25，A2O和MUCT工艺的CODCr和去除率可达90.0%以上，但TN和TP去除率较低；后期补充一定量的碳源可明显提高同步脱氮除磷效果。反应器稳定运行后维持进水CN为6.75时，A2O工艺在稳定运行条件下，TN去除率可达75.6%，出水TN平均浓度为15.6 mgL；TP去除率可达78.8%，出水TP平均浓度为1.4 mgL。MUCT工艺脱氮除磷效果相对较差，稳定运行条件下TN和TP去除率仅达62.8%和37.3%，出水TN和TP平均浓度分别为25.3和2.8 mgL。分段进水可改善MUCT工艺的处理效果，稳定运行条件下，出水TN和TP的浓度分别为20.3和0.9 mgL，去除率分别为72.8%和86.8%。研究认为，在SDAO工艺的提标改造过程中，A2O工艺相对MUCT工艺具有明显优势，出水及TN接近GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准，出水TP可达一级B标准，需辅以化学除磷手段达到一级A标准。

SDAO工艺；提标改造；A2O工艺；MUCT工艺；对比

该工艺设计出水指标为CODCr≤100 mgL，BOD5≤20 mgL，是根据GB 18918—2002二级标准设计的，故没有TN，TP浓度的要求。实际出水平均浓度：CODCr为60.0 mgL，TN为25.0 mg为15.0 mgL，TP为2.8 mgL，仅能达到GB 18918—2002二级或劣于二级[2]。该工艺为AO的变形，欲在原有反应器构型的基础上进行局部调整[3]，使其出水达到GB 18918—2002一级A标准，需将改造工艺定位在AO改进型上。A2O(anaerobic-anoxic-oxic process)与MUCT(modified university of cape town process)工艺是在AO工艺的基础之上针对脱氮除磷目的应运而生的。研究将SDAO改造为A2O与MUCT工艺的可行性，以期为沈阳北部污水处理厂的改造提供技术支持。

1 设计思路

首先根据处理规模和出水水质要求，按照设计手册[4]计算出改造为MUCT的几何尺寸，与现有构筑物进行理论可行性的对比；A2O工艺是维持原型，调整回流。然后进行小试装置设计，根据实际反应池体积计算出缩放比例，进而计算试验装置各段体积与流量，从而达到模型装置与实际污水处理厂的HRT相等。接种驯化污泥，使反应器中污泥浓度与实际污泥浓度相等，使小试装置其他条件与实际设施尽量相近，开展试验研究，并依据小试试验结果来指导工程改造。从小试到将来实施工程方案可作如下转化：A2O工艺厌氧区为SDAO工艺原有缺氧区，A2O缺氧区为原有SDAO活性恢复区，好氧区仍为好氧区；MUCT工艺厌氧池借用现场初沉池，预缺氧区和缺氧区为SDAO工艺中缺氧区、好氧区，兼并了原恢复区和好氧区。

2 材料与方法

2.1 试验装置

按照泥龄法和污泥负荷法[5-7]计算出与SDAO工艺同进水量的MUCT工艺各段体积，而A2O是在SDAO工艺基础之上进行工艺段的调节，算出缩放比例，进而得出小试规模各工艺反应装置体积。各反应池由独立的有机玻璃柱加工而成，总处理规模为23 Lh(图1)。A2O工艺的生化池由厌氧池、缺氧池、好氧池组成，各段有效容积分别为35.6、51.5和68.5 L，水力停留时间分别为1.60、2.57和3.14 h；MUCT由厌氧池、预缺氧池、缺氧池和好氧池组成，各段有效容积为31.8、6.2、31.8和127.2 L，水力停留时间分别为1.44、0.28、1.44和5.78 h。

1—集水桶；2—厌氧池；3—缺氧池；4—好氧池；5—二沉池；6—预缺氧池；7—液体流量计；8—气泵；9—搅拌桨。

2.2 水质分析方法

水样的预处理：从取样口取得泥水混合液经0.45 μm的中速滤纸过滤，滤后液加酸调节pH至2以下，防止水样变质。

2.3 试验原水与种泥

种泥分别取自北京高碑店污水处理厂回流污泥和北小河污水厂膜生物反应器剩余污泥，前者富含硝化及反硝化菌，后者富含聚磷菌。污泥浓度均接近8 000 mgL，SV为90%左右，接种量分别与各工艺好氧池的体积成正相关比例，MUCT工艺接种15.0 L，A2O工艺接种8.1 L。试验原水为某研究院家属楼生活污水。其水质特征：CODCr为(278.9±120.1) mgL；TN浓度为(78.0±7.1) mgL；TP浓度为(7.7±0.8) mgL。沈阳北部污水处理厂进水水质：CODCr为350.0 mgL；TN浓度为46.8 mgL；TP浓度为3.6 mgL。模拟水质较现场水质负荷大，为将来改造预留有更大缓冲空间。控制水质C∶N∶P与现场水质基本相近，采取投加葡萄糖480 g来补充碳源，由于葡萄糖在集水桶中有降解，故实测CODCrTN(CN)基本保持在6.0～7.0。

2.4 运行与操作

参考赖楚怀等[11-12]分别在工业废水和生活污水中成功应用的同步驯化法，水力负荷先半负荷后全负荷，实现反应器的启动。

第Ⅱ阶段：向原水中投加480 g葡萄糖补充碳源，基本可维持进水CN为6.75；同时将进水流量调为全水力负荷(即设计流量)，排泥运行。反应器MLSS稳定维持在2 500～3 000 mgL[13-14]，污泥沉降性能良好且镜检下出现大量钟虫及轮虫时，出水各项指标基本稳定，则认为污泥接种驯化完成，反应器成功启动。

反应器启动后，控制总SRT为15 d[15]。MUCT工艺各段反应器MLSS分别为：厌氧，2 520 mgL；预缺氧，2 990 mgL；缺氧，2 020 mgL；好氧，2 322 mgL。A2O工艺各段反应器MLSS分别为：厌氧，2 671 mgL；缺氧，2 573 mgL；好氧，2 958 mgL。平均温度为20.1～27.3 ℃；pH为7～8；各厌氧段与缺氧段DO浓度均在0.1 mgL以下；好氧段DO浓度控制在4.0 mgL左右。

其他运行参数：MUCT污泥回流比为0.6，硝化液回流比为2.5，预缺氧回流比为1.0[16]。A2O污泥回流比为0.6[17]，硝化液回流比为2.5[18]。

进水CODCr为(486.1±175.2) mgL；TN浓度为(71.3±8.4) mgL；TP浓度为(7.09±0.43) mgL。

对比试验中MUCT工艺分为两个阶段：第21～68天以前端进水方式运行；第69～103天采用分段进水的方式，按0.5∶0.5比例从集水桶分流到厌氧池和缺氧池补充碳源[19]。

3 结果与分析

3.1 污泥的驯化

图2 A2O与MUCT工艺在污泥驯化阶段的处理效果对比Fig.2 The comparison of treatment performances between the A2O and MUCT processes in the sludge acclimation stage

图3 A2O与MUCT工艺在稳定运行阶段的处理效果对比Fig.3 The comparison of treatment performances between the A2O and MUCT processes in the stable operation stage

3.2提标改造为A2O与MUCT工艺后的处理效果对比

反应器驯化成功后，两工艺稳定运行的平均温度均为20.0～27.3 ℃，pH为7.0～8.0，厌氧段与缺氧段DO浓度均小于0.1 mgL，好氧段DO浓度保持在4.0 mgL左右，仍采用投加葡萄糖的方式补充碳源，控制CN为6.75左右。MUCT工艺在第21～68天维持原流程；第69～103天采用分段进水，即将原水按流量的0.5∶0.5分流到厌氧池和缺氧池中。在满负荷运行条件下，对两工艺持续监测83天变化如图3所示。由图3可以看出，由于投加的碳源属于易降解的，其在集水桶中停留一定时间后，会导致试验进水CODCr波动。但是CODCr基本可以维持在350.0～550.0 mgL，其他指标均在小范围内波动。

第50～68天，A2O工艺出水TN浓度呈逐渐降低趋势，TP受到的影响不大，TN与TP平均去除率分别为53.9%和85.6%。第21～68天，MUCT工艺出水TN浓度基本趋于稳定，平均去除率为62.8%。出水TP浓度较高，平均去除率仅为57.9%。CODCr的升降对两工艺的处理结果影响不大，说明两工艺的稳定性良好。

4 讨论

MUCT工艺采用单一进水模式，其TN去除效果比A2O工艺差，原因有三：1)MUCT沿程单元池体较多，CODCr降解较快，反硝化所需碳源不能得以补充，致使缺氧池反硝化菌较少，影响了该段脱氮效果；2)MUCT的好氧池与缺氧池体积比值较大，即过高负荷的硝化液回流到缺氧池，没来得及全部反硝化就被外排，故出水TN浓度依然很高；3)MUCT脱氮几乎只在缺氧段，而二次回流致使缺氧段的污泥浓度较低。MUCT缺氧池MLSS为2 020 mgL，A2O为2 573 mgL。缺氧池反硝化菌较少，成为MUCT反硝化效果差的另一个重要因素。

MUCT工艺在后续采用分段进水模式后，脱氮除磷效果均得以优化。主要原因是分段进水在缺氧段补充了碳源，有利于反硝化的进行，降低了硝氮浓度，从而改善了厌氧环境，使聚磷菌释磷充分，在缺氧段反硝化除磷菌的作用更加突出，碳源为异养的反硝化除磷菌的生长提供了条件[20]。但是MUCT工艺既要兼顾利用SDAO工艺的原有构筑，又要提高处理效果，二者在该工艺改造中存在一定的局限性。虽然后续采用分段进水，效果得到优化，但是与A2O工艺相比没有明显优势。后期拟通过投加填料来截留污泥，以解决污泥浓度低的问题。

A2O工艺在第21～48天除TP浓度外各项指标均能达到GB 18918—2002一级A标准，后期经历了污泥损失与恢复过程，脱氮除磷效果恢复到稳定状态，但是未达到对比试验中第21～48天的处理效果。可能是由于各池未加恒温装置，且后续的试验是在10—11月期间，温度较前期有所降低，影响了微生物的活性。但其稳定后在较短的停留时间下取得了与MUCT工艺相同的去除效果。A2O工艺对高负荷污水的处理效果稳定且工艺简单、易于管理。而且试验采用的生活污水TN、TP浓度都较沈阳北部污水处理厂进水水质高，在只进行工艺改进和低碳氮比的情况下，处理难度较高，试验结果对SDAO工艺提标改造具有一定指导作用。

综上所述，基于污水厂原有池型的限制，在该改造试验中，改造后的A2O工艺前期处理效果优于MUCT工艺，后期虽然出现跑泥现象，但是经过恢复过程也能达到与MUCT相当的出水水质，辅以生物强化及化学除磷手段可以使出水稳定达到GB 18918—2002一级A标准[21]，对SDAO工艺提标改造具有一定的指导意义。

5 结论

(1)将SDAO工艺改造为A2O与MUCT工艺，采用水力负荷从半负荷到全负荷调节的同步驯化法，对低碳氮比污水有很好的适用性，并且驯化周期短，污泥活性高。可以克服处理水量大、调节程序繁、驯化周期长的问题。

(4)MUCT工艺采用按流量0.5∶0.5分段进水模式后，TN、TP去除率得以提高。其出水TN平均浓度为(20.3±2.1) mgL，TP平均浓度为(0.9±0.4) mgL。

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ComparativeExperimentalStudyonA2OandMUCTProcessesfortheImprovementofDischargeStandardsandReconstructionofWastewaterTreatmentPlantwithSDAOProcess

YANG Peng-cheng1,2,3, TIAN Zhi-yong2,3, SONG Yong-hui2,3, YANG Yong-zhe1, FU Bo-siyuan2,3, LI Kui1,2

1.School of Environmental and Municipal Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055, China 2.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 3. Department of Urban Water Environmental Research, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

SDAO process; improvement of discharge standards and reconstruction; A2O; MUCT; comparison

1674-991X(2013)03-0195-07

2013-01-07

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07202-005，2012ZX07202-010)

杨鹏程(1988—)，男，硕士研究生，主要从事污水处理厂脱氮除磷技术研究，ypc19881104@sina.com

*责任作者:宋永会(1967—)，男，研究员，博士，主要从事水污染控制技术研究，songyh@craes.org.cn

X703.1

A

10.3969j.issn.1674-991X.2013.03.032