沈阳得利满AO工艺升级为改良A2O工艺的可行性研究

赵蓉，郑涛，孙晨，王思宇，郭鹏翔，田智勇*，向连城，李海波

1.国电东北环保产业集团有限公司北部污水处理厂，辽宁 沈阳 110035 2.环境基准与风险评估国家重点实验室，中国环境科学研究院，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 4.中国建筑技术集团有限公司，北京 100013



沈阳得利满AO工艺升级为改良A2O工艺的可行性研究

赵蓉1，郑涛1，孙晨2,3，王思宇2,3，郭鹏翔4，田智勇2,3*，向连城2,3，李海波2,3

1.国电东北环保产业集团有限公司北部污水处理厂，辽宁 沈阳 110035 2.环境基准与风险评估国家重点实验室，中国环境科学研究院，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 4.中国建筑技术集团有限公司，北京 100013

以国电东北环保产业集团有限公司北部污水处理厂20万td沈阳得利满AO(SDAO)工艺为研究对象，通过将原SDAO工艺初沉池及污泥恢复区改造为厌氧区和预缺氧区的方式升级为改良A2O工艺，并考察了升级工艺的处理效果。结果表明：在进水温度为(12.2±0.5)℃，CODCrTN为4.0～6.0，CODCr、TN和TP浓度分别为200、35.9和3.05 mgL条件下，以醋酸钠(折合CODCr为50 mgL)为外加碳源添加至进水，改良A2O工艺出水的-N、TP浓度及CODCr分别为11.8、1.34、0.17和31.7 mgL；改良A2O工艺对CODCr和-N的去除率与原工艺相似，且均达到较好的去除效果；TN的去除率由35.5%提高至67.8%；原工艺不具备除磷功能，改良A2O工艺对TP的去除率达94.3%。SDAO工艺在未增设构筑物的条件下完成了工艺的升级，升级后的改良A2O工艺实现了氮磷污染物的高效去除。

沈阳得利满AO(SDAO)工艺；改良A2O工艺；脱氮除磷；升级改造

随着中国工业、农业的不断发展，大量污染物排入自然水体，致使水体逐渐恶化。尤其是氮磷污染物过量排放导致的环境问题日益加剧，引起了国内外学者对水体污染防治的重视[1-4]。为防治由氮磷污染物引起的环境问题，对城镇污水处理厂排放氮磷污染物有更严格的标准。因此，大批市政污水处理厂亟需提标改造，从而使污水处理厂出水水质满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准的要求，以减轻氮磷污染物带来的环境压力[5-7]。

A2O工艺被认为是最简单的同步脱氮除磷工艺[8]，其涉及厌氧发酵、硝化、反硝化、释磷和吸磷等多个生化反应过程[9-10]。由于诸多的生化反应很难在A2O工艺中得到兼顾，因此脱氮除磷过程不可避免地面临一系列矛盾和冲突：反硝化菌与释磷菌对碳源的竞争；除磷过程排放的高含磷污泥与硝化菌世代周期的矛盾；回流污泥中携带的硝酸盐对厌氧释磷的影响等[8,10]。其中最为突出的矛盾是反硝化菌和释磷菌对碳源的竞争，尤其在处理低CODCrTN市政污水时，这一矛盾更为明显[8]。

1 材料与方法

1.1 试验装置

北部污水处理厂中试SDAO工艺及改良A2O工艺的流程如图1和图2所示。试验装置由304不锈钢加工而成。SDAO工艺初沉池、污泥恢复区、缺氧区、好氧区和竖流二沉池的有效容积分别为1.615、0.831、1.164、2.769和1.070 m3；水力停留时间分别为2.88、1.49、2.08、4.95和1.91 h。为节约成本，改良A2O工艺的构筑物由原SDAO工艺改造而成。初沉池和污泥恢复区分别改造为厌氧区和预缺氧区，其他反应区不变(图2)。改良A2O工艺预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区和竖流二沉池的水力停留时间分别为1.49、2.88、2.08、4.95和1.91 h。

图1 SDAO工艺流程Fig.1 The schematic diagram of SDAO system

图2 改良A2O工艺流程Fig.2 The schematic diagram of modified A2O system

为比较SDAO提标改造前后污染物的去除效果，二者的操作条件相同：进水流量为0.56 m3h；硝化液回流比为200%；污泥回流比为100%。控制SDAO工艺的污泥恢复区和好氧区DO浓度分别为0.4～0.8和1.8～2.5 mgL；控制污泥浓度为2 300～2 700 mgL。通过排放剩余污泥控制污泥龄，当系统无外加碳源时，污泥龄控制在27～33 d；外加碳源时，污泥龄控制在17～23 d。

1.2 分析方法

1.3 试验用水和接种污泥

试验用水取自国电沈阳北部污水处理厂市政管网进水，进水水质见表1。接种污泥取自SDAO污水处理系统的回流污泥。进水CODCrTN为4～6，属典型的低CODCrTN废水；进水温度为(12.2±0.5)℃。

表1 试验进水水质

Table 1 Influent characteristics of experiment mgL

表1 试验进水水质

项目CODCrTN浓度NH+4-N浓度NO-3-N浓度TP浓度范围148.5～280.329.7～39.722.4～37.60.21～0.762.44～3.80平均值213.936.028.30.483.08

1.4 运行方式

中试试验装置共运行130 d，分为4个阶段：阶段1(第1～31天)，中试装置运行SDAO工艺，考察中试装置与污水处理厂实际污水处理工艺性能的异同；阶段2(第33～60天)，中试装置运行SDAO工艺并外加醋酸钠作为补充碳源(折合CODCr为60～70 mgL)，考察SDAO工艺在碳源充足(CODCrTN为7.3)情况下对污染物的去除情况；阶段3(第65～100天)，中试装置运行改良A2O工艺，考察该工艺在低CODCrTN条件下对污染物的去除效果，以及该工艺应用于北部污水处理厂的适用性，其中预缺氧区和厌氧区的进水比例为30%和70%；阶段4(第104～130天)，中试装置运行改良A2O工艺，为进一步改善对氮磷污染物的去除效果，添加醋酸钠为补充碳源(折合CODCr为50 mgL)，预缺氧区和厌氧区的进水比例同阶段3。

2 结果与讨论

2.1 SDAO工艺对污染物的去除效果

阶段1进水CODCrTN的平均值为5.5，属典型的低CODCrTN市政废水。阶段2为弥补进水碳源的不足，以醋酸钠作为外加碳源，将进水CODCrTN提升至7.3。SDAO工艺和改良A2O工艺对各污染物的去除效果如图3所示。SDAO工艺未添加碳源和添加碳源时污染物沿程变化见图4。

注：阶段1，中试装置运行SDAO工艺；阶段2，中试装置运行SDAO工艺并外加醋酸钠作为补充碳源；阶段3，中试装置运行改良A2O工艺；阶段4，中试装置运行改良A2O工艺并外加醋酸钠作为补充碳源。图3 SDAO工艺和改良A2O工艺对和TP的去除效果Fig.3 Removal performance of CODCr, TN, -N and TP in the SDAO and modified A2O process

图4 SDAO工艺未添加碳源和添加碳源时污染物的沿程变化Fig.4 Variations of pollutants in each zone of SDAO process without adding carbon source and with adding carbon source

SDAO工艺对TP的去除效果如图3(d)和图4所示。由图3(d)和图4可知，阶段1和阶段2中TP进水浓度分别为3.17和3.07 mgL，出水浓度分别为3.15和2.64 mgL。阶段2中醋酸钠的加入对TP去除性能的改善不明显。SDAO工艺中无厌氧区，而缺氧区-N对碳源的竞争是造成该工艺除磷性能不理想的直接原因。

2.2 改良A2O工艺对污染物的去除效果

图5 改良A2O工艺中未添加碳源时污染物的沿程变化Fig.5 Variations of pollutants in each zone of modified A2O process without adding carbon source

改良A2O工艺增设了预缺氧区和厌氧区，但是由于进水有机物的缺乏，除磷效果依然无明显改善〔图3(d)〕。进水、预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区和二沉池出水中的TP浓度分别为2.85、2.87、2.85、2.87、2.84和2.87 mgL(图5)。进水有机物的缺乏及部分预缺氧区中-N反硝化不完全而流入厌氧区，导致改良A2O工艺中的厌氧区并无明显的释磷现象。

2.3 外加醋酸钠碳源对改良A2O工艺去除污染物效果的影响

图6 改良A2O工艺中添加碳源时污染物的沿程变化Fig.6 Variations of pollutants in each zone of modified A2O process with adding carbon source

由图3(d)和图6可知，阶段4改良A2O工艺出水TP浓度为0.17 mgL，去除率达94.3%。添加醋酸钠可明显改善改良A2O工艺的除磷效果。进水、预缺氧区、厌氧区、缺氧区和好氧区中TP浓度分别为3.02、2.41、10.7、4.17和0.11 mgL。阶段4中厌氧区存在明显的释磷现象且除磷效果良好，原因如下：阶段4预缺氧区出水-N浓度为0.45 mgL，厌氧区的-N浓度维持在较低水平，这使聚磷菌可充分利用进水中的有机碳；70%的分段进水进入厌氧区且进水中添加醋酸钠，使厌氧区碳源相对充足。

3 结论

(2)中试SDAO工艺的初沉池和污泥恢复区改造为厌氧区和预缺氧区后，污水处理系统对氮污染的处理性能得到明显提升。TN出水浓度从24.4 mgL降至13.8 mgL，去除率从35.5%提高至59.4%。

(3)添加醋酸钠(折合CODCr约为50 mgL)可明显改善改良A2O工艺的除磷效果，改良A2O工艺的厌氧区出现了明显的释磷现象，并在随后的好氧区TP被聚磷菌过量吸收。TP的出水浓度降至0.17 mgL，去除率提升至94.3%。

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Feasibility Study on Modified A2O Process to Upgrade and Reconstruct Shenyang Degremont Anoxic Oxic Process

ZHAO Rong1, ZHENG Tao1, SUN Chen2,3, WANG Siyu2,3, GUO Pengxiang4, TIAN Zhiyong2,3,XIANG Liancheng2,3, LI Haibo2,3

1.Guodian Shenyang North Wastewater Treatment Plant, Guodian Northeast China Environmental Protection Industry Group Co., Ltd， Shenyang 110035, 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 4.China Building Technique Group Co., Ltd, Beijing 100013, China

Based on the 200 000 td Shenyang Degremont Anoxic Oxic process (SDAO) of Guodian Shenyang North Wastewater Treatment Plant, the primary settling tank and the sludge recovery zone in SDAO process were transformed to anaerobic zone and pre-anoxic zone in modified A2O process. The pollutants removal performances of the modified A2O process were investigated. The results showed that the modified A2O process effluent of TN,-N, TP and CODCrwas 11.8, 1.34, 0.17 and 31.7 mgL, when influent temperature, CODCrTN ratio, CODCr, TN and TP were around (12.2±0.5)℃, 4.0-6.0, 200 mgL, 35.9 mgL and 3.05 mgL with adding sodium acetate (CODCrof 50 mgL). Modified A2O process removal performance of CODCrand-N was similar to SDAO process. However, TN removal ratio in the modified A2O process could increase from 35.5% to 67.8% compared with the SDAO process. Moreover, TP removal ratio in the modified A2O process could increase to 94.3% by contrast with incompetent TP removal performance of SDAO process. In the condition without reconstruction of pre-anoxic zone and anaerobic zone, the upgrade was able to enhance nitrogen and phosphorus removal performance obviously.

Shenyang Degremont anoxic oxic (SDAO) process; modified A2O process; biological nutrients and phosphorus removal; upgrade and reconstruct

2016-04-20

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07202-005，2013ZX07202-010)

赵蓉(1971—)，女，工程师，主要研究方向为水污染控制技术，zhaorong.210@163.com

*通讯作者：田智勇(1978—)，男，研究员，博士，长期从事水污染防治技术及难降解有机废水的治理研究，hkytzy2008@163.com

X703.1

1674-991X(2016)06-0547-06

10.3969j.issn.1674-991X.2016.06.079

赵蓉，郑涛，孙晨,等.沈阳得利满AO工艺升级为改良A2O工艺的可行性研究[J].环境工程技术学报,2016,6(6):547-552.

ZHAO R, ZHENG T, SUN C, et al.Feasibility study on modified A2O process to upgrade and reconstruct Shenyang Degremont anoxic oxic process [J].Journal of Environmental Engineering Technology,2016,6(6):547-552.