A2/O 工艺及其组合技术在园区中水利用中的评价

沈雯

（南通市东港排水有限公司，江苏 南通 226001）

1 引言

工业园区环境基础设施运行效果评价结果是考核工业园区执行环保法律、法规及其标准的依据之一。工业园区中水利用率要达到25%，是江苏省南通市行政审批局依据《省政府办公厅转发省环保厅等部门关于加强全省各级各类开发区环境基础设施建设意见的通知》，在《关于南通市东港污水处理厂一、二期提标改造工程项目环境影响报告表的批复》中对南通市港闸经济开发区提出的中水资源化要求（以下简称“提标改造项目”）。中水资源化是国内外研究的中水利用课题之一，20 世纪70—90 年代，日本、美国先后开展了中水利用研究。2002 年北京市、青岛市实施了中水利用示范工程建设项目。南通市东港排水有限公司（原南通市东港污水处理厂）位于南通市港闸经济开发区，为落实中水资源化，结合区域污水来源于40 km2内27.8 万居民的生活污水（占污水总量的70%）、40 余家工业企业（纺织印染、制药、化工）的废水（占污水总量的30%）的实际，实施了一、二期5 万m3/d 水解酸化+MBBR 处理工艺改为A2/O（厌氧—缺氧—好氧）工艺及其组合技术运用。本文从工业园区环境基础设施运行效果角度，评价了A2/O 工艺及其组合技术在污染物的排放浓度与排放总量双达标及中水利用的适用性。

2 评价标准与方法

2.1 评价标准

以上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司在《南通市东港排水有限公司一、二期污水处理设施提标改造设计方案》中依据的GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》表1 指标及一类污染物执行表2 标准（以下简称“GB 18918—2002”）、GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工业用水水质》标准限值（以下简称“GB/T 19923—2005”），南通市行政审批局《关于南通市东港污水处理厂一、二期提标改造工程项目环境影响报告表的批复》（行政审批〔2018〕72 号，以下简称“行政审批〔2018〕72 号”）。

2.2 评价方法

根据江苏源远监测技术有限公司按GB 18918—2002 标准中的4.2.3.3 采样频率，每2 h 采样1 次，共采集4 次，取其最大测定值的要求，连续48 h 跟踪A2/O 工艺及其组合技术运行过程进水、出水采样分析，出具的［YYC-BG-2021-070587］号监测报告予以对标评价。

3 结果评价

3.1 综合效果评价

工业园区污水经过企业预处理后的非磷化废水具有含氮高、含磷高、含碳量低、可生化性低的特点，2018 年前，南通市东港排水有限公司一、二期污水处理采用水解酸化+MBBR 处理工艺，CODCr的去除率达到75%，氨氮的去除率达到60%左右，不能满足GB/T 19923—2005 限值要求及实现苏政办发〔2007〕115 号等相关文件的目标，2019 年以来，改用A2/O 工艺及其组合技术［1］，其主要污染物处理效率见表1。

表1 A2/O 工艺及其组合技术主要污染物监测结果

由表1 可知，进水主要污染物浓度CODCr为421.96 mg/L、BOD5为301.70 mg/L、SS 为248.89 mg/L、氨氮为29.64 mg/L、总氮为44.86 mg/L、总磷为5.15 mg/L，处理后CODCr为17.00 mg/L、BOD5为3.93 mg/L、SS 为3.12 mg/L、氨氮为0.45 mg/L、总氮为9.80 mg/L、总磷为0.28 mg/L，各项污染物的去除率分别为95.97%，98.70%，98.75%，98.48%，78.15%，94.56%；进水与出水中的pH、LAS、色度均在标准限值范围内。

据统计，提标改造项目处理水量为5 万t/d，处理后1.25 万t/d 供华能南通电厂循环冷却水系统，余1 368.75 万t/a 经华能南通电厂温水排口排入长江，其CODCr、氨氮、总磷的排放总量分别为232.69，6.16，3.83 t/a，满足行政审批〔2018〕72 号批复废水排放总量1 368.75 万t/a、CODCr684.38 t/a、氨氮68.44 t/a、总磷6.84 t/a 的要求，实现了浓度与总量双达标。

3.2 工艺阶段处理效果评价

A2/O 及其组合技术就是在厌氧与好氧之间增加缺氧池等其他工艺，用于一、二期提标改造项目，实现降解有机物、除磷—脱氮与中水利用。

旋流沉砂工艺主要用于去除污水中粒径大于0.2 mm、密度大于2.65 t/m3的砂粒，该工艺段悬浮物去除率达20%。厌氧池纳入污水与二沉池外回流的混合液，控制DO＜0.2 mg/L 释放出聚磷菌，使污水中磷的浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收使污水中BOD5浓度下降。其次，生物细胞合成中去除部分氨氮，使污水中氨氮浓度下降。缺氧池控制DO＜0.5 mg/L，反硝化菌与兼氧脱氮菌利用污水中BOD5供给有机碳源，将来自厌氧池的污水与内回流混合液中大量-N 和-N 还原成N2释放至大气环境，使BOD5浓度下降，-N 浓度大幅度下降，磷的变化较小。好氧池中有机物被微生物生化降解而下降，有机氮被氨化继而被硝化，使-N 浓度显著下降，随着硝化过程-N 浓度增加，好氧活性污泥中的嗜磷微生物大量吸收溶解性磷，将其转化成不溶性多聚正磷酸盐，贮存于体内，使磷浓度下降，其中一部分随污泥回流至厌氧池形成内回流，另一部分则在二沉池中泥水分离，分离出的污泥外回流至厌氧池，上清液流至机械加速沉淀池。在机械加速澄清池中加入聚合氯化铝、阴离子聚丙烯酰胺予以高效絮凝，沉下的泥渣部分经浓缩后定期排放。污水监测结果表明，经过机械加速澄清池及滤布滤池处理后，出水中的SS、总磷、总氮和氨氮的平均去除率达38.95%（8.24%～83.33%之间），使无机及含有有机氮、磷、生物蛋白等菌质菌量较高的活性污泥随其进入污泥回流或贮泥池。其次，在污水排放前用4 ppm/m3次氯酸钠液消杀污水中的生物，有效控制纳污水体发生富营养化现象。在A2/O 工艺生化段加入适量的乙酸钠提高可生化性。各工艺段处理效果见表2。

表2 A2/O 工艺及其组合技术段有机物监测结果

由表2 可知，CODCr、BOD5、SS、氨氮、总氮、总磷6项主要污染物的浓度分别由厌氧前的421.96，301.70，199.11，29.64，44.86，5.15 mg/L 下降到好氧后的33.60，8.94，89.20，0.99，10.68，0.51 mg/L，去除率分别为92.04%，97.04%，55.20%，96.66%，76.19%，90.10%；CODCr、BOD5、SS、氨氮、总氮、总磷6项主要污染物的浓 度 分 别 由 二 沉 池 前 的33.60，8.94，89.20，0.99，10.68，0.31 mg/L 下降到滤布滤池后的17.00，3.93，3.12，0.45，9.80，0.28 mg/L，去除率分别达49.40%，56.04%，96.50%，54.55%，8.24%，9.68%；pH、LAS 及色度均满足相关标准限值的要求。

3.3 相关污染物达标评价

根据GB 18918—2002 与GB/T 19923—2005 控制重金属离子、络合阴离子及有关物质不超过一定浓度以免致活性污泥中毒及需满足中水利用要求，12 项指标监测结果见表3。

表3 A2/O 工艺及其组合技术重金属监测结果

由表3 可知，提标改造项目12 项指标的监测结果均满足GB 18918—2002 与GB/T 19923—2005 相关标准限值的要求。

4 结果与讨论

A2/O 工艺及其组合技术工艺流程见图1。

图1 A2/O 工艺及其组合技术工艺流程

4.1 结果

A2/O 工艺及其组合效应［2］为：CODCr、BOD5、SS、氨氮、总氮、总磷6 项主要污染物的综合运行效率分 别 为95.97%，98.70%，98.75%，98.48%，78.15%，94.56%。

4.2 讨论

4.2.1 技术参数控制有效［3］

（1）有机负荷率（F/M）达标。F/M 是衡量生物脱氮、脱磷效率的技术指标之一，F/M＝（Q×BOD5）（每天进入系统中的食料量)/（MLVSS×Va）（曝气过程中的微生物量）。Q 为每天的进水量，50 000 m3；进水的BOD5值301.7 mg/L；Va 为曝气池的有效容积，26 420 m3；MLVSS 为曝气池内活性污泥浓度，3.0 mg/L，1 000 mg＝1 g，则50 000×301.7/3.0×26 420×1 000＝0.19，满足设计参数应控制在0.1～0.2之间可避免污泥膨胀的要求。

（2）泥龄满足运行要求。提标改造项目配有4 座二沉池，有效容积18 149.2 m3，据表2 所列进水SS 浓度为248.89mg/L，二沉池的去除率为78.95%，根据初次沉淀污泥量和二次沉淀污泥量（V）：V＝100C0ηQ/1 000（100-p）ρ 设计参数要求，则V（初沉与二沉污泥量，m3/d）＝100×进水中SS 浓度248.89 mg/L×二沉池去除率78.95%×日污水流量5 万m3/1000（100-污泥含水率99%）×沉淀污泥密度1 000 kg/m3＝9.92 m3/d，则泥龄与停留时间为143.84 m3/9.92＝14.5（d），分别满足泥龄与停留时间应控制在8～15 d 及每小时2 084 m3污水停留2 h 的要求。

（3）水力停留时间可行。项目设计能力为5 万t/d，平均约为2 084 m3/h，由原MBBR 基础设施改造而成，厌氧池有效容积5 600 m3，缺氧池有效容积6 000 m3，分别满足设计规范水力停留时间厌氧1～2 h，缺氧1.5～2 h 的要求；好氧池有效容积14 820 m3，停留时间为7.11 h，满足设计参数好氧水力停留时间应达6 h 的要求。

（4）内回流与外回流运行正常。内回流是指硝化液回流［4］，其作用是将曝气池中硝化反应产生的硝态氮回流到反硝化池，为反硝化提供化合态的氧进行反硝化反应，内回流（r）比为r＝（TN进-TN出）/TN出。由表2 可知，公司A2/O 工艺TN进为44.86 mg/L，TN出为10.68 mg/L，则r＝（44.86-10.68）/10.68＝3.2倍，满足内回流在2～5 倍之间的设计要求。图1 表明，外回流污泥主要来源于二沉池、机械加速澄清池与滤布滤池，如前所述，初次沉淀污泥量和二次沉淀污泥量为9.92 m3/d，据统计，回流至A2/O 系统厌氧工艺段的污泥量约为4.8 m3/d，剩余污泥量为5.12 m3/d，则外回流率（R）＝回流污泥量4.8 m3/污泥总量9.92 m3×100%＝48.39%，满足设计参数30%～70%的要求，为防止二沉池反硝化及二次释放磷的现象，尽量控制R 值为最低，避免-N 带回厌氧段，干扰磷的释放，确保除磷效率。

（5）溶解氧（DO）控制恰当。公司采取24 h 监测跟班运行精准控制曝气的方法确保A2/O 工艺及其组合技术的运行参数。据监测，厌氧段DO 监测值在0.12～0.18 mg/L 之间，满足设计参数应＜0.2 mg/L 的要求；缺氧段DO 监测值在0.31～0.42 mg/L 之间，满足设计参数应＜0.5 mg/L 的要求；好氧段DO 监测值在2.2～2.8 mg/L 之间，满足设计参数在2～3 mg/L 之间的要求。

（6）COD/TKN（凯氏氮）与COD/TP 适宜。公司进水中COD 为421.96 mg/L、TKN 为13.22 mg/L，比值为31.92，满足设计控制参数COD/TKN 应大于4.0的要求；为了提高COD/TP 值，公司在碳源投加间向进水中按比例投加乙酸钠提高了COD/TP 比值，表2显示，出水中CODCr为17.00 mg/L、TP 为0.28 mg/L，比值为60.71，其余工艺阶段COD/TP 比值均大于20，满足设计COD/TP 比值大于20 的条件。

（7）pH 满足生物条件。经多年的数据观察，公司调节池污水与污泥混合液的pH 基本保持在7.21～7.24之间，满足设计方案中pH 应控制在7.0 以上的要求。

（8）温度适宜生物生长。据南通气象部门报道，南通市每年5—10 月的平均气温在20～29 ℃之间，有利于微生物的生长繁殖，每年1—4 月及11 月、12月的平均气温低于15 ℃时，充分利用进水中印染废水的余热，使水温保持在15 ℃左右，满足生物脱氮设计水温高于15 ℃的要求。

4.2.2 环境绩效明显［5］

A2/O 工艺及其组合技术提标改造项目水平衡见图2（单位为t/d）。

图2 提标改造项目水平衡

由图2 可知，原5 万t/d 污水经处理达到GB 18918—2002 限值后排入长江，提标改造项目实施后，12 500 t/d 中水进入华能南通电厂循环冷却水系统，用于生产冷却循环，减排污水达456.25 万t/a，占总水量的25.49%，满足循环利用率25%的要求。按表2 出水中CODCr17.00 mg/L 计，减排CODCr77.56 t/a，实现了中水资源化与污水减量化的统一。

4.2.3 成本核算符合价格规律

A2/O 工艺及其组合技术运行成本主要包括污水处理的电耗与药剂消耗费用、污泥处理的电耗与药剂消耗费用、运行软件系统与设备维护及保养费用、员工工资福利4 个方面，统计结果见表4。

表4 A2/O 工艺及其组合技术运行成本

由表4 可知，A2/O 工艺及其组合技术综合运行成本为0.72 元/m3，其中电费享受政府优惠电价，药剂费用按招标价格支付，工资福利按劳取酬；污泥供环保热电公司燃烧发电供热，不计成本。

4.2.4 处理工艺优化为一般变动

A2/O 工艺及其组合技术对照生态环境部《关于印发〈污染影响类建设项目重大变动清单（试行）〉的通知》属于环保设施变化，其提标改造项目的性质、规模、原辅料、地点、工艺、平面布置均未发生变动，未新增污染因子或污染物排放量及新增环境风险源，项目实施后实现了中水资源化与减量化，属于环保设施处理工艺强化行为，判别为“一般变动”，纳入排污许可及环境保护管理。

5 评价结论

（1）A2/O 工艺及其组合技术设计科学，工艺参数控制合理，在精准控制有机负荷率0.121、污泥龄与污泥停留时间＞8 d、COD/TKN 比值为31.92＞4 与COD/TP 为54.83＞20，r＝2.17，R 值达48.39%，满足内回流2～5 倍、外回流30%～70%的要求，在有效水力停留时间等参数控制的基础上，CODCr、BOD5、SS、氨氮、总氮、总磷6 项主要污染物的综合运行效率可达78.15%～90%以上。

（2）提标改造项目总排口的18 项污染物监测结果均满足GB 18918—2002 与GB/T 19923—2005 相关标准限值的要求；污水排放量1 368.75 万t/a，CODCr、氨氮、总磷的排放量分别为232.69，6.16，3.83 t/a，满足行政审批〔2018〕72 号批复废水总量1 368.75 万t/a、CODCr684.38 t/a、氨氮68.44 t/a、总磷6.84 t/a，实现了浓度与总量双达标。

（3）提标改造项目实施后，12 500 t/d 中水进入循环冷却水系统再利用，减排污水456.25 万t/a，满足循环利用率达到25%的要求；按出水CODCr17.00 mg/L计，减排CODCr达77.56 t/a，实现了中水资源化与污水减量化的统一，提升了园区的经济发展空间。

（4）核算了每吨污水与污泥处理耗电、药剂消耗、软件系统与设备维护、工资福利成本，综合污水处理成本为0.72 元/m3，核算结果符合价格规律。

（5）A2/O 工艺及其组合技术提标改造项目实施后实现了中水资源化与减量化，属于环保设施处理工艺强化行为，为“一般变动”，纳入排污许可及环境保护管理。