厌氧+多级AO工艺的优化运行研究

陈建武

（泰安市城市排水管理处，山东 泰安 271000）

1 工程概况

泰安市第一污水处理厂（以后简称一厂）于1990年引进奥地利技术，采用A+A2O工艺。设计规模5X104m3/d。为出水水质达一级A标准，2016年改为厌氧+多级A/O工艺。工艺流程图见图1。

图1 改造后的工艺流程

2 运行中发现的问题

改造完成后发现4个问题：

（1）需往复多次调整曝气阀才满足DO需求。

（2）Q进水大于2350m3/h时细格栅因液位高而溢流。

（3）冬季沉淀池因泥位高每天至少1次跑泥。

（4）根据出水水质调整DO，不能及时根据进水量或者水质调整风量。

3 优化措施

3.1 曝气阀门调节

（1）阀门及曝气设备设置情况。生化北、南池各设一级曝气总阀（简称BQ1，BQ2），二级曝气总阀（简称BQ3、BQ4），对应DO简称DO1～DO4。BQ1，BQ2各分设10个细分阀门。BQ3、BQ4各分设4个细分阀门。北池一、二级及南池一级好氧区为膜孔曝气。南池二级好氧区为穿孔管曝气。

（2）影响阀门开度因素。①膜孔氧转移效率比穿孔管高，相应生化池风量需求小。②风压变化时膜孔曝气量变化幅度比穿孔管大。因为膜孔孔径随风压变化而变化，而穿孔管孔径不受风压影响。风压升高时膜孔增加风量大，风压降低时膜孔减少风量大。

（3）阀门调节思路。先调节各分总阀门BQ1～BQ4，再调节各膜孔曝气细分阀门，最后南池二级好氧区细分阀门。

（4）阀门调节时控制参数。①按多级AO工艺各构筑物功能要求，一级好氧区应降解进入该区大部分凯氏氮。二级好氧区需降解二级配水中凯氏氮和一级未降解氨氮，使出水氨氮符合排放标准。②一级好氧区混合液DO不应影响二级缺氧段反硝化，二级好氧区混合液DO应防止污泥在二沉池发生反硝化。阀门设置参数见表1。

表1 阀门设置参数/mg.L-1

（5）阀门调节过程。最初各分总阀门和细分阀门都被调节以求达到精确控制各生化池DO的目的。每天调节阀门15次以上。为降低劳动量，采用以生化池功能定曝气阀门的方法，实现只调节穿孔管曝气分总阀门BQ4就能出水达标。具体依照后面步骤进行。①固定分总阀门BQ1～BQ4开度：先打开所有阀门，再以各曝气区进水端DO为0.8～1.0mg/L初步调节各分总阀门；按表1中DO参数设置各曝气区最末端一个细分阀门；经过一级好氧区HRT（约3h）后测量各好氧区出口氨氮看是否符合表1。如不满足再调节分总阀门和末端细分阀门直到满足为止；如各曝气区出水氨氮均超出上限或者下限，则调整风量并重复本步骤直到满足为止；BQ1～BQ3今后不再变动。只测氨氮指标是因为只要氨氮达标COD就能达标。②固定膜孔曝气细分阀门开度。从各曝气区中间细分阀门（标记为M开始）开始沿着水流方向阀门开度逐步变小，然后设本区末端细分阀门并满足表1中DO要求。3h后测氨氮看是否符合表1要求，不符合就改变M开始位置或者阀门开度变化幅度，重复本步骤直到符合为止。各膜孔细分阀门不再变动。③固定南池穿孔管细分阀门开度，调节BQ4。南池二级好氧区穿孔管细分阀门参照北池预设，然后按照北池方法调节。在此过程中，如膜孔曝气的生化区DO不满足需求，只需调节风机风量来满足而不能调节所有膜孔曝气阀门。至此所有阀门设置完成。今后风量变化只调节南池二级好氧分总阀门BQ4使DO4高于DO3在0.2～0.3mg/L区间（该值是统计两池出水水质相近时DO差值关系得出）

经过一年多的实践表明，此法工作量小，满足工艺要求，出水达标。

3.2 新增污泥回流管（见图1）

（1）存在问题。①一厂改造时没改造厌氧池到一级缺氧池管道。混合液和污泥回流导致厌氧池和细格栅液位高。当Q进水大于2350m3/h时细格栅会溢流，而一厂最大时流量为2450m3/h。②冬季生化池MLSS需大于6500mg/L。在高MLSS和连续4h Q进水大于2000m3/h时，沉淀池每天至少跑泥1次。

（2）降低厌氧池回流污泥量防止细格栅溢流。溢流进水量与最高进水量之差为100m3/h，如减少外回流200m3/h就能确保细格栅不溢流。减少的回流污泥量占正常外回流量2100m3/h的比例较小，对除磷影响有限。而且后续有化学除磷确保出水TP达标。

（3）新增污泥回流管，提高污泥回流比。MLSS高使二沉池表面固体负荷超过极限通量，造成污泥界面上升。加大回流比使污泥从二沉池转移到生化池可确保二沉池不跑泥。这在前期研究中已得到证实。王旭等认为，SV%是二沉池运行工况的主要决定因素，SV%较大时，需大幅提高回流比才能改善二沉池工况。周克钊认为，高浓度活性污泥需采用较高回流比1.5～2.5。

一厂在回流污泥管上接入相同管径的回流污泥管，将污泥引入一级生化池首端（见图1中优化运行新增污泥回流管）。污泥从这里流入是为了充分利用工艺改造前回流污泥管道及阀门。同时有利于在冬季提高生化池MLSS。实践证明，当回流污泥分配给厌氧池1800～1900m3/h、一级好氧池1200～1100m3/h时，满足细格栅不溢流以及二沉池不跑泥。

表3 2019.12.4 11:00 ～ 2019.12.5 1:00 ORP 氨氮

表4 2020.1.8 16:00 ～ 2020.1.9 3:00 ORP 氨氮

3.3 根据厌氧池ORP调节DO

（1）厌氧池ORP能提前反映进水变化。根据出水水质调节DO具有滞后性。滞后时间为好氧池入口到水质监测点的HRT。为及时调整曝气区DO将目光转向厌氧池ORP。

在曝气池污染物被氧化分解并产生氧化物，宏观表现为ORP提高。当出水水质稳定时，氧化产物累积在一定范围，宏观表现为ORP稳定在一定范围。在前期研究中，冯云风等认为曝气池ORP控制在合适范围才能保证出水水质。马勇等认为A/O工艺好氧区末端ORP值与出水氨氮、硝态氮有很好相关性。因此，出水水质稳定时，回流污泥ORP应稳定。

当进水水质也稳定时，厌氧池ORP应稳定。江慧真等证实，在CAST工艺的厌氧选择区，COD、TP与ORP相关性良好，ORP可以间接反应COD、TP。因此，运行良好的水处理系统厌氧池ORP应稳定，如超出范围，就表明进水水质或水量波动较大。

（2）厌氧池ORP范围确定。影响ORP因素很多，进水水质、不同工艺和工况形成不同氧化还原体系，ORP值波动范围不同。因此，不能统一划定适合所有工艺的ORP波动范围。但在选取ORP范围时，水质稳定期时长必须大于污水在污水厂的HRT。只有这样，才能认定工艺运转良好和厌氧池稳定，ORP才有参考价值。

为避免回流污泥ORP与进水ORP均异常但两相抵消而ORP正常的误判，可在好氧池出口测ORP。两者对比可知是否误判。这种工况可暂不调整DO，但要关注曝气区指标变化。以回流污泥ORP升高但进水ORP降低为例。排除反硝化不彻底而致硝态氮升高的原因，回流污泥ORP升高表明曝气过量需降低DO。而进水ORP降低表明进水量或者污染物浓度增高需提高DO。因此可暂不调整DO，但在异常进水流入曝气区中间位置时，做水质检测以确认是否调整DO。

从厌氧池ORP异常到调整风量时间，应为厌氧池出口到曝气池入口的HRT。

（3）一厂实践。一厂只在厌氧池安装ORP测定仪。部分运行数据见表2～4。从表2～4可以看出：①厌氧池ORP正常为-40～-60mV。②ORP低于正常值大约6～7h后水质出现异常。一厂做法如下：取ORP连续2h低于正常波动范围就调节DO。2h约为一级缺氧池HRT；一厂把DO3（北池二级好氧末端）作为DO控制点（原因见前面3.1）；DO3通常在0.12～0.4mg/L；首次提高0.2mg/L，如连续3小时高于波动范围，需要测量生化池参数，判断DO调整是否合适。这里取3小时是因为变化进水经过这段时间可到达一级好氧区中段，可以初步判断DO调整值是否合适；如ORP连续2h高于正常波动范围就降DO约0.10mg/L。同样3h后监测生化池中段。通过一年的实践证明此法是可行的。

表2 2019.12.3 11:00 ～ 2019.12.4 1:00 ORP 氨氮

4 结语

在厌氧+多级A/O工艺中，如存在微孔曝气和穿孔管曝气两种设备，只调控穿孔管曝气总阀是可行的。生化池MLSS高时增大污泥回流比可避免沉淀池跑泥。在有回流污泥的厌氧池，ORP在一定范围波动，以此来调整生化池DO，做到及时调整风量避免风量不足或者过量。