气浮-A2O-化学除磷-S自养反硝化在山岳型景区污水处理中的应用

李 响，程维奇，吴 慧

(黄山风景区污水处理管理站，安徽 黄山 245899)

1 引言

随着国家对文旅事业的大力扶持，山岳型景区的游客量逐年提升，同时景区的生活污水亦随之大量增加。因此，满足景区旅游接待需求，优化和提升污水治理水平，确保景区污水治理达标排放成为了环境保护部门和管理人员需重点解决的问题。山岳型景区污水主要为游客的生活污水，但又区别于城镇生活污水。主要表现在：水质水量的波动大，C/N较低，油脂高、SS高、冬季气温较低，规划使用面积较小等。对某山岳景区污水站改造案例，分析了其在同类型水处理技术适用性和可行性，以期在同类污水处理工作中提供理论和技术参考。

某山岳景区污水处理站始建于2008年，出水执行《污水综合排放标准(GB8978-1996)》一级标准[1]，出水水质前期运行效果较好，后期一直未能达标排放。随着游客的增加，用水量提升，该单位决定对其进行提标改造。

2 污水处理站改造前现状及问题

2.1 污水处理站改造前数据监测

该污水站管理单位对其进行了检测。具体参数如下：

2019年1月22日、4月10日、7月23日、10月3日这4个季度对该污水处理设施开展了水质采样和检测，检测项目有化学需氧量COD、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、总氮(TN)。检测结果见表1。

表1 某污水站水质检测结果

2.2 污水处理站改造前工艺

该污水站污水经格栅和气浮装置预处理后，进入生化系统“水解酸化池+好氧池”工艺，再经沉淀池后排放。设计工艺流程：进水→格栅→调节池→气浮池→水解酸化池→好氧池→沉淀池→砂滤→消毒池→出水(图1)。

2.3 污水处理站现场评述

经现场调查资料显示，目前该站虽正常运转，但出水水质时常不能达到原设计标准。目前主要存在的问题有：

(1)设备运行情况。 调节池：污水提升泵和搅拌器未连续运行，且调节池偏小，因此调节池未能有效发挥对进水的水质和水量的调节功能，造成调节池表面积累大量的浮渣，对后续气浮和生物处理单元造成不利影响。

图1 某站污水工艺流程

气浮装置：气浮装置运行方式为白天运行、晚上停运、季节性工作。冬季时因温度过低导致设备结冰、释放器堵塞而无法正常使用。

后处理设施：消毒设施故障，且缺少进行后置化学除磷的接触过滤设施和污泥脱水设施。

(2)进水出水水质浓度高。 该片区目前产生的污水主要来自于宾馆和旅游公厕及员工生活区的废水，虽然各酒店宾馆均设置有污水预处理设施，由于运行维护不到位，导致预处理设施淤塞，失去该有的隔油除渣功能，大量的餐厨垃圾直接进入污水处理站，直接导致污水处理站进水水质偏高，处理成本加大。现出水水质只能满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级排放标准，需进一步提标改造。

(3)粪渣进入调节池。 当用水量大的时候，各单位设置的化粪池不能起到良好的截留粪渣的作用，导致粪渣随着污水流入调节池中，影响出水水质。

(4)污水停留时间过短。 沉淀池表面负荷较大，无法满足停留要求，导致污水停留时间过短，影响处理效果，且无污泥回流系统和内回流系统。

(5)污水处理站部分设备损坏严重。 曝气机部分损坏、曝气设施偏小，外循环回流泵损坏、污水管老化严重、板框压滤机故障、部分电磁阀故障、COD在线监测仪损坏、流量计故障、溶氧仪故障、液位计故障，无法正常运行，需检修或更换。无硝化液回流系统、无三级处理设施，站内监控设施全部损坏，污水站进出水水质监测不到位。

(6)生化系统处理问题。 经了解，该污水处理站中好氧池中填料使用时间过长，一直未更换，导致出水水质未达到排放标准。生物处理单元设备连续运行方式，包括：进水泵、曝气机、硝化液回流泵、污泥回流泵。剩余污泥未及时排出系统，没有按照系统运行的需要进行定期排放。造成系统内的污泥出现老化现象，降解活性大幅降低。曝气设施曝气量偏小，导致曝气量不足；未设置深度处理系统。

(7)站点昼夜温差较大。 该片区的餐饮废水和生活污水处理系统处在海拔1700 m以上，区域环境条件比较特殊，平均温度低，昼夜温差大，在较低的温度条件下微生物活性相对偏低，污染物去除效率不高，而且山上污水的有机物浓度和SS含量高，排放相对比较集中，导致出水氨氮指标不稳定。

3 污水处理站改造工艺

2020年对该污水站进行了提标升级改造，改造后出水执行城镇污水厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准[2]，处理水量450 m3/d。具体工艺见图2。

由图2所示，根据某污水站的地理特征及污水特性得出污水处理站改建工程的工艺流程，即自动格栅→调节池→厌氧池→缺氧池→生物接触氧化池→竖流沉淀池→混凝沉淀池→反硝化生物滤池→消毒→出水。

新建一座化粪池，收集来自宾馆、旅游公厕、员工生活区等排污单位的污水，以增加前端各排污单位预处理效果差的问题。然后污水经过格栅后进入调节池，在调节池段，增设气搅系统，采用电磁阀控制不定时开启，搅动调节池，使水质均和。废水中的难溶性有机物和含氮杂环化合物大部分得到了转化和降解，为后续的处理提供易于氧化分解的有机底物，即提高了废水的可生化性。

来自调节池的污水进入气浮池，气浮池中主要处理大量的油脂和SS。气浮池的出水进入厌氧池中，大分子有机物在厌氧池中被水解酸化，污水在厌氧条件下反硝化、污泥释放磷；厌氧后的污水自流进入缺氧池，在缺氧池内污水和好氧池回流的硝化液在缺氧的条件下进行反硝化反应，它是以厌氧酸化后的有机物作为电子供体，以好氧反应器出水回流液中的NO3-N和NO2-N为电子受体，将NOX-N还原成气态氮释出，同时将有机物降解，并产生碱度的过程[3～5]。缺氧池需要加入碳源，本项目选用工业葡萄糖作为碳源。

图2 污水处理工艺流程

缺氧池出水进入生物接触氧化池进行好氧生化反应，分解有机物，氨氮进行硝化，并利用细菌吸收磷。在该阶段，大量异养菌在好氧条件下，降解水中高浓度的BOD5，同时自身不断的繁殖，当废水中可降解的有机物消耗殆尽时，自养的硝化菌取代异氧菌成为优势菌种。一般情况下，先是亚硝化菌将NH3-N转化为NO2-N，然后再由硝化菌进一步转化为NO3-N[6～9]。设计时为了满足生化需求，可通过膜片式微孔曝气器来增加废水中的溶解氧，为微生物提供氧和对混合液进行搅拌，由于曝气的吹脱作用，NH3-N及易挥发的有机物也会被部分去除；由于生物脱氮反应中伴随着pH值的变化，理论上每1 g的NH3-N完全硝化要消耗7.14 g碱度(以CaCO3计)。

生物接触氧化池出水进入竖流沉淀池，竖流沉淀池主要的作用是将A-A-O工艺产生的污泥回流至厌氧池端。

混凝沉淀池主要用来分离好氧池出来的泥水混合物以及除磷，分离出的活性污泥部分作为回流污泥返回前段厌氧池，污泥回流比60%，剩余部分作为生化过程中产生的剩余污泥送至污泥处理系统。

由于A-A-O工艺处理后的污水总氮无法达标，所以在二沉池后又设置了反硝化生物滤池以保证出水总氮达标。

过滤后出水通过紫外消毒器产生的紫外线消毒，消毒出水通过规范化排污口达标外排。气浮渣和剩余污泥送入污泥池，采用叠螺污泥脱水机进行污泥脱水，干泥外运，滤液返回至污水调节池。

4 工程运行

4.1 污泥培养驯化

本站点A2O池的污泥培养驯化菌种采用市场上购买的好氧菌和厌氧菌进行培养，投加量按照有效池容每1 m3水量投加0.25 kg。直接将好氧池和厌氧池用提升泵抽满，然后按照比例投加菌种，开启曝气机、潜水搅拌机、内回流泵等进行闷曝和厌氧反应。3～5 d生化池会有明显的污泥生长。污泥培养期间采用污泥沉降比SV判断污泥沉降性能，并记录30 min后的SV。

在调试和运行中，发现污泥浓度一直无法得到提高，NH3-N无法有效降低，经过分析，主要原因为进水COD的浓度偏低，氨氮偏高，污泥生长需要有机物作为营养物质。通过在缺氧池投加工业葡萄糖的方式，污泥浓度明细身高，通过检测达到3000 mg/L，好氧池NH3-N明细降低，达到0.5 mg/L左右。

4.2 除磷单元

本站点除P单元主要有气浮、生化池和后端的絮凝沉淀池，考虑到该站点进水COD偏低，SS较高，为了确保后续单元缺氧池脱氮对碳源的消耗，气浮池采取不加药的启动模式，从而能大量降低SS的同时，又能减少碳源的流失。所以本站点的主要除P单元为絮凝沉淀池。

结合废水特点，选用PAC+PAM、PFS+PAM进行组合除P和产泥对比。结果表明选用PFS+PAM效果最佳，但是后续S自养反硝化滤池对进水pH值要求严格，PFS投加控制不好则无法满足后续要求，根据现状，在保证出水稳定的条件下，采取PAC+PAM组合可满足除P的要求，同时满足后续处理单元。

4.3 S自养反硝化滤池单元

山岳型景区污水处理的难点之一为TN的处理，常规的处理工艺为外加碳源，外加碳源虽对脱氮有一定的效果，但是处理成本高，且不适合山岳型景区的污水。主要原因为：一是山岳型景区污水波动较大，对精准外加碳源的投加量要求难度大；二是山岳型景区所有物资均为人挑肩扛，运行成本相对城镇高出很多；三是外加碳源会增加剩余污泥的产生。

硫自养反硝化反应机理为无机化能营养型、光能营养型的硫氧化细菌在缺氧或厌氧条件下利用还原态硫作为电子供体，通过对还原态硫进行氧化获取能量，同时以硝酸盐为电子受体，将其还原为氮气，利用无机碳合成细胞，从而实现自养反硝化过程[10～12]。其还原态硫的氧化过程和硝酸盐的还原过程如下[13～15]：

(1)

以硫铁矿为电子供体的自养反硝化计量学公式：

(2)

以硫铁矿为电子供体的自养反硝化计量学公式：

(3)

(4)

总反应式如下：

(5)

该污水站采用S自养反硝化滤池处理后端的硝酸盐，通过半年的运行，脱氮效果好，出水水质清澈，TN低于排放要求以下，且运行费用远低于外加碳源。但在运行中也需注意一些要求：①pH值控制在7左右；②温度控制在25 ℃左右；③根据运行效果定期进行反冲洗处理剩余污泥。

5 运行效果及讨论

本工程于2021年8月份完工，并进入调试阶段，经过半年的试运行，系统运行稳定，各项指标达到城镇污水厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准。具体出水水质情况见表2。

本项目设计规模为450 m3/d，进水水质特点是有机物、NH3-N等含量较高。经过处理后出水水质稳定达到《城镇污水厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准》。

表2 污水处理效果

6 结论

实际运行证明，作为一种高效处理技术，采用气浮-A2O-化学除磷-S自养反硝化处理山岳型景区污水可达到预期设计要求。气浮可以处理大量的油脂和SS，A2O可以处理污水中的有机污染物和将氨氮硝化，化学除磷可以处理生化系统中无法处理的P，S自养反硝化可稳定的进行反硝化，除去污水中的TN。各项出水指标均满足《城镇污水厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准》，可用作中水回用等。该案例工艺启动周期短，运行维护简单，可为同类型污水处理提供参考。