濮阳市污水处理厂脱氮改造分析

肖培林，王俊岭，魏淑美

（濮阳市污水处理厂，河南濮阳 457000）

濮阳市污水处理厂设计处理能力为10万m3／d，工程于1999年开工建设，2002－12竣工验收。设计在1998年，出水执行GB 8978—1996《污水综合排放标准》，对总氮没有要求，氨氮的质量浓度要求不大于15 mg／L［1］，然而，2002年GB 18918—2002颁布执行，出水总氮的质量浓度要求不大于20mg／L。当时污水处理厂实际处理水量约7.3万m3／d，自建成投产后，化学需氧量（CODCr）、生化需氧量（BOD5）、悬浮物（SS）和总磷等指标均能达标，但总氮和氨氮有时超标。

1 脱氮工艺改造

根据豫发改城市［2008］579 号文件的要求，濮阳市污水处理厂进行了脱氮工艺改造，工程由中国市政工程中南设计研究院进行设计，工程分2期进行。一期改造工程投资653.45万元，于2009－06完工，出水指标经濮阳市环保局监测达到改造要求。二期改造工程投资3 195.64 万元。工程完成后，出水指标中氨氮由原来的GB 18918—2002一级B 标准提升为一级A 标准，出水指标标准如表1所示。

表1 改造前后出水指标标准Tab.1 Effluent quality standard of befove or after the reform

濮阳市污水处理厂采用具有脱氮除磷功能的A2／O 工艺。但由于少数企业偷排，造成实际进水水质与设计值有一定差距，特别是总氮和氨氮高于设计值，相比之下BOD5偏低，即碳氮比值偏低，易造成出水总氮、氨氮超标。

2 改造前进、出水水质分析

濮阳市污水处理厂2003年～2008年运行数据如表2所示。

表2 濮阳市污水处理厂2003年～2008年运行数据Tab.2 Operation data of Puyang City Sewage Treatment Plant（2003～2008）

2.1 进水水质分析

根据濮阳市污水处理厂工程初步设计报告，进水的BOD5的质量浓度为160mg／L；CODCr的质量浓度为350mg／L；SS的质量浓度为220 mg／L；氨氮的质量浓度为30 mg／L；总磷的质量浓度为2 mg／L［1］。

根据表2可知进水水质有如下特点：BOD5，CODCr，SS年均值稍低于设计值，总体稳定；总磷年均值高于设计值，总体比较稳定；氨氮各年均值均都高于设计值，且呈递增态势；总氮各年均值均较高，且逐年递增。

总之，进水水质的最大特点是总氮、氨氮均较高，碳氮比值偏低。

2.2 出水水质分析

根据表2，BOD5，CODCr，SS这3 项 指 标 去 除率均较高，出水水质达到GB 18918—2002一级B标准；2006年上半年以前，总氮、氨氮达到一级B标准；2006年下半年以来，总氮、氨氮去除效果较差。由于不断优化调整运行模式，2008－05 以来，氨氮已达到一级B标准，总氮去除率还有待提高；2006年上半年以前，总磷质量浓度为1.0～2.5 mg／L，2006年下半年以后，总磷的质量浓度一般小于1.0mg／L。

综上分析，在现有进水水质条件下，各指标均可达到一级B标准；但氨氮不能达到一级A 标准。

2.3 出水氮超标的原因总结

1）进水总氮、氨氮浓度很高，超过设计值。

2）原设计按GB 8978—1996要求进行，对出水总氮没有要求。目前要求的出水总氮浓度超过原设计的处理能力，生物处理池在新要求下存在缺陷。

3 脱氮改造工艺原理

为了使出水氨氮达到一级A 标准的要求。濮阳市污水处理厂制定出脱氮工艺改造方案。由于反硝化作用需要消耗碳源，减少进入好氧区的BOD5，有利于提高氨氮去除效果；总氮的去除则利用反硝化反应。氮是藻类生长所需的营养物质，容易引起水体的富营养化，因此，控制出水总氮是必要的。经过好氧生物处理后的污水，大部分的氮在微生物的作用下被氧化成为硝酸盐，反硝化菌在溶解氧浓度极低或缺氧情况下可以利用硝酸盐中的氮作为电子受体，氧化有机物，将硝酸盐中的氮还原成氮气，从而完成污水的脱氮过程，称为反硝化过程［2］；其能量来源于污水中的有机物碳源。

硝化过程有H＋产生，要消耗水中碱度，随着消耗加大，污水的pH 值将下降至不能维持正常的硝化反应。而反硝化反应则伴随有OH－产生，使硝化过程消耗的部分碱度得到补充。反硝化反应的成功进行，可使出水总氮降低，从而降低能耗，回收碱度，有利于硝化反应的进行。

影响反硝化过程的因素大致如下。

1）温度 温度对反硝化过程影响较大，低于15℃，反硝化反应速率明显降低；

2）pH 值 反硝化过程最适宜的pH 值范围为7.0～7.5，污泥内回流有利于保持反硝化段合适的pH 值；

3）溶解氧（DO） 反硝化反应在缺氧条件下进行，一般认为，活性污泥中ρ（DO）≤0.5 mg／L 时，反硝化反应才能正常进行；

4）碳源有机物 反硝化反应是由异养型微生物完成的生化反应，它们在溶解氧极低的条件下利用硝酸盐中的氧作用电子受体，有机物作为碳源及电子供体；

5）碳氮比（一般用C／N 表示） C／N≥3.5 时才能进行有效脱氮，濮阳市污水中碳氮比值偏低；

6）反硝化菌对有毒物质的敏感性比硝化菌低，与一般有毒物质（如好氧异养菌）相同［3］。

4 进水水质的技术性能分析

由表2，对进水水质进一步分析可知：

1）进水BOD5，CODCr的质量浓度与设计值接近，ρ（BOD5）／ρ（CODCr）＞0.45，说明污水生化性较好；

2）C／N≥2.86，能进行脱氮。如果进水碳氮比值偏低，生物脱氮所需碳源不够充分，会影响总氮去除效果。

5 脱氮工艺改造设计方案

根据2008年当时的进水水量及水质情况，改造分二期进行。

5.1 一期改造

一期改造在现有的生物处理池上进行，使出水达GB 18918—2002一级A 标准，但由于延长停留时间、增大曝气、增加回流量［4］，最终使处理规模由原来的10万m3／d缩减为6万m3／d。具体改造如下：

1）增加污泥内回流泵（每沟2台），原有内回流控制门取消，对缺氧区与好氧区之间的池壁适当改造，用于安装污泥内回流泵；

2）增加潜水推流器（每沟4台），设置在好氧区中间走道板侧边，以提高工艺调度的灵活性；

3）从生物处理池进水管开口接支管至缺氧区。

构筑物的改造情况见图1和图2。

图1 改造前1，2号氧化沟工艺图Fig.1 Process diagram of the No.1and No.2oxidation ditches before the transformation

图2 一期改造后1，2号氧化沟工艺图Fig.2 After the one period transformation No.1，No.2 oxidation ditch process diagram

一期改造后运行进、出水水质见表3。

表3 一期改造后运行进、出水水质Tab.3 Inlet and outlet water quality of after the first transformation

由表3数据可以看出，出水水质中总氮和氨氮较改造前处理效果明显提高。经分析，有2个原因：一是进水中总氮和氨氮浓度有所降低，二是工艺改造起到作用。通过对构筑物的改造使出水氨氮达GB 18918—2002一级A 标准（其他指标达一级B标准），实现了工艺改造的目的。

5.2 二期改造

为使处理规模由6万m3／d恢复至10万m3／d，增建4万m3／d生物处理池1 座；对现有鼓风机房进行土建改造，新增1台鼓风机；对电气、自控设备改造；对现有进水、污泥回流、鼓风管道等进行改造。

新增生物处理池设计参数［5］如下。

设计规模：4万m3／d；

有效容积：25 190m3（扣除隔墙后的净容积）；

水力停留时间：15.12h；

污泥负荷：0.11kg／（kg·d）；

总污泥龄：19d；

混合液回流比：200%～300%；

污泥外回流比：50%～100%；

供气量：160m3／min；

剩余污泥干质量：5.2t／d。

采用改良型A2／O池型（见图3），单座平面内空尺寸为107.4m×40.8m，池内水深6.0m，总高7.0m。

新生物处理池分为预缺氧区、厌氧区、缺氧区和好氧区4个部分。

预缺氧区内设2 台潜水搅拌器，额定功率为2.5kW；厌氧区内设2台潜水推流器，叶轮直径为2 500mm，额定功率为4.3kW；缺氧区内设5台潜水推流器，额定功率为2.3kW；好氧区设7台潜水推流器，额定功率为5.7kW。好氧区曝气采用D215盘式微孔曝气器，共设置3 570个。设混合液回流泵2 台，处理能力为2 500 m3／h，扬程为0.5 m，额定功率为5.5kW。供气管来自鼓风机房，供气管上设置可调节电动蝶阀1台。

采用连续进水，连续曝气。曝气量可由设置于池内的DO 仪反馈控制鼓风机，调节供气量。

二期工程于2011－03－16开工，2012－08－20进行试生产，试生产以来运行效果良好，各项工艺指标均达到设计要求，2012－11－29进行了竣工验收，濮阳市环保局对工程进行了环保验收。

图3 新增氧化沟工艺图Fig.3 Process diagram of new the oxidation ditch

二期改造后试运行以来进、出水水质见表4。

表4 二期改造后运行进出水水质Tab.4 Inlet and outlet water quality after the second transformation

由表4数据可以看出，出水水质中氨氮达到GB 18918—2002一级A 标准，其他指标满足一级B标准，达到了工艺改造的目的。

6 改造工程的效益分析

本次技术改造提高了城市污水治理效果，满足了出水氨氮达GB 18918－2002 一级A 标准的要求，可减轻城市污水对下游水体的污染，改善城市的环境卫生面貌，对提高人民生活质量及健康水平起到积极作用，此次脱氮工艺改造具有明显的社会效益和环境效益。

／References：

［1］ 杨孟进，陈汉平，李 虹，等.濮阳市污水处理厂工程初步设计［R］.武汉：中国市政工程中南设计研究院，1998.YANG Mengjin，CHEN Hanping，LI Hong，et al.Preliminary Design of the Sewage Treatment Plant Project in Puyang City［R］.Wuhan：Southern China Municipal Engineering Design＆Research Institute，1998.

［2］ 高廷耀，顾国维，周 琪.水污染控制工程（下册）［M］.第3版.北京：高等教育出版社，2007.GAO Tingyao，GU Guowei，ZHOU Qi.Water Pollution Control Engineering（partⅡ）［M］.3rd ed.Beijing：Higher Education Press，2007.

［3］ 宗立远.脱氮新方法研究［J］.河北工业科技，2007，24（4）：192－194.ZONG Liyuan.Study on a new denitrogenation technology［J］.Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2007，24（4）：192－194.

［4］ 路 娜，李 涛，李 伟，等.改良A2／O 工艺在城市污水中的应用［J］.河北工业科技，2012，29（3）：176－179.LU Na，LI Tao，LI Wei，et al.Application of improved A2／O process in treatment of municipal sewage［J］.Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2012，29（3）：176－179.

［5］ 陈燕波，镇祥华，石 伟，等.濮阳市污水处理厂脱氮改造工程方案设计［R］.武汉：中国市政工程中南设计研究院，2008.CHEN Yanbo，ZHEN Xianghua，SHI Wei，et al.The Puyang City Sewage Treatment Plant Denitrification Renovation Project Design［R］.Wuhan：Southern China Municipal Engineering Design ＆Research Institute，2008.