低C/N副食加工园区综合废水如何深度脱氮除磷-北极星水处理网

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为满足某大型副食品加工园区综合排水作为流域景观水补水需求，研究以《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅴ类标准为目标，采用新型A2/O+人工湿地系统对园区实际低C/N综合废水进行处理，深度去除废水中氮磷污染物。结果表明，该系统具有高效节能的脱氮除磷效果，以及较强的运行达标稳定性。重点针对系统氮磷去除效能与规律、污泥特性演变及稳定调控策略进行了分析。

东北某大型食品工业园区集乳品、畜禽、果蔬等加工于一体，园内各企业产生的高浓度行业污水经预处理后，与生活污水混合排至园区综合污水处理厂进行集中处理。该综合废水主要污染物为有机物（COD）、氨氮（NH4+-N）和总磷（TP），C/N低，水量、水质随季节变化大。该综合废水经污水厂处理后主要作为纳污河流域补水。“十三五”环境规划中，国家提出了该园区纳污河流域的综合整治目标，即要求其达到《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）景观Ⅴ类水标准。为满足这一要求，需对园区综合废水进行深度处理。

前期研究表明，笔者开发的新型末端间歇曝气A2/O（PIA-A2/O）工艺，将节能的短程脱氮和反硝化除磷过程高比例地耦合于连续流A2/O中，在降低碳源消耗的同时，可提升氮、磷去除率，适合于低C/N废水的处理。该工艺污泥龄（SRT）长，抗冲击负荷能力强，适应水质水量波动情况。然而，独立的二级生物处理工艺往往不能实现污水深度净化。人工湿地作为一种自然、节能、高效的新兴污水处理技术，已广泛用于对二级生物处理的补充，尤其是潜流湿地，北方使用更多。本研究采用PIA-A2/O+垂直潜流人工湿地系统深度处理该园区综合废水，考察了系统的脱氮除磷效能，并探索了稳定达标运行控制策略。

1材料与方法

1试验装置

反应装置如图1所示。其中，PIA-A2/O反应器总有效体积为180L；通过控制排泥口1和排泥口2的启闭，调控反应器的SRT。人工湿地段由4个垂直潜流湿地模块组成，基质为火山岩和砾石，植物为香蒲，可以通过在不同级段出口监测水质，确定系统达标所需的水力负荷率（HLR）。垂直潜流湿地模块长、宽、高分别为50cm×40cm×30cm，孔隙度约30%。

1—进水；2—搅拌桨；3—蠕动回流泵；4—硝化液回流；5—厌氧段；6—缺氧段；7—好氧1段；8—好氧2段；9—间歇曝气段；10—挡泥板；11—微孔曝气盘；12—集泥管；13—沉淀池；14—人工湿地模块；15—空压机；16—气体流量计；17—微电脑控制器；18—电磁阀；19—排泥口1；20—排泥口2；21—污泥回流；22—出水。

图1PIA-A2/O+人工湿地系统装置

2试验水质与污泥

试验废水取自该园区综合污水处理厂，其水质见表1。通过投加CH3COONa、NH4Cl和KH2PO4改变污染物浓度。接种污泥取自北京某污水厂硝化回流渠，污泥硝化和沉淀特性良好。

表1试验废水水质

3分析方法

总凯氏氮（TKN）采用德国贝尔DigiPREP500凯氏定氮仪测定；DO和温度采用WTWmulti340i型多参数测定仪在线检测；COD、TP、NH4+-N、NO2--N、NO3--N、MLSS、SV30、SVI等指标的测定依据国家环保总局编制的《水和废水监测分析方法》；污泥的反硝化除磷率（DPAO/PAO）采用A.Wachtmeister等推荐的方法测定。

4操作过程及方法

系统各阶段运行工况如表2所示。共分为8个阶段，每个阶段均连续运行1个SRT天数以上。阶段Ⅶ时重新接种污泥启动运行。PIA-A2/O反应器中好氧1段和2段DO分别为1.5、1.0mg/L。

表2PIA-A2/O+人工湿地系统各阶段运行工况

2结果与讨论

1污染物去除及优化调控

系统冲击负荷分别考虑进水污染物浓度和流量的增加。阶段Ⅰ~Ⅵ主要考察浓度冲击负荷情况，阶段Ⅶ~Ⅷ考察流量冲击负荷情况。

（1）COD去除及优化

首先考察了不同运行阶段出水COD的变化。结果表明，随着系统的运行，COD逐级降解，其浓度沿程降低，其中约85%以上的COD在PIA-A2/O段被去除，其次为一、二级湿地段，分别削减COD5%和2.5%左右，三、四级湿地段对COD的去除很少。各阶段中，各湿地模块处理效能基本固定。可以看出，该系统中PIA-A2/O段是污染物去除的控制段，具有调控潜力，是保证系统稳定达标运行的关键。

在阶段Ⅰ~Ⅵ，由于受浓度冲击，PIA-A2/O段出水COD升高。其中，阶段Ⅲ中，当Fr增至1.0kg/（m3˙d）时，出水COD超过GB18918—2002一级A的50mg/L限值，后通过阶段Ⅳ延长SRT为26d，又使COD恢复至50mg/L以下。阶段Ⅴ中，继续增加Fr至1.2kg/（m3˙d），并进一步延长SRT至28.5d，出水COD仍在50mg/L以下。分析认为SRT延长，反应器内MLSS增加，Ns降低（见表2），系统去除污染物总量增加，出水水质得到保障。值得注意的是，PIA-A2/O工艺可在长SRT条件下维持污泥良好性能，这要得益于间歇曝气段的污泥筛选功能。此阶段湿地各级出水COD也保持在较低水平，平均COD分别为31、24、19、17mg/L。然而，当进入阶段Ⅵ后，继续增加Fr，并延长SRT至30d，出水COD陡增到65mg/L，后续各级湿地出水COD也相应升高。这主要因为SRT过长，间歇曝气池内积累MLSS过高，污泥淘洗功能丧失，丝状膨胀所致。

在阶段Ⅶ~Ⅷ，保持进水COD不变，增大流量冲击负荷。在阶段Ⅶa，流量由13.4L/h增加到16.8L/h，HRT降低，各级出水COD上升。但阶段Ⅶb通过增大内、外回流比，PIA-A2/O段出水COD回落到50mg/L以下。同样情况出现在阶段Ⅷ。分析原因，内、外回流比的增加有利于保证污水与污泥足够的接触时间，同时为缺氧段提供碳源，使COD充分降解，从而保证系统出水稳定。

（2）TP去除及反硝化除磷特性

系统不同阶段沿程出水TP的变化如图2所示。

图2PIA-A2/O+人工湿地系统不同阶段沿程出水TP变化

随着Fr的增加，在阶段Ⅲ时，PIA-A2/O段出水TP明显升高，达0.9mg/L，这使后续各级湿地出水TP随之增加，至少需要3级湿地（HLR=0.53m/d）净化才可达标。该段TP去除率虽低，但反硝化除磷率（见表3）则变化不大，这可能是因为反硝化除磷适合的低碳源、低DO、长SRT环境未明显改变。

表 3 PIA-A2/O反应器各阶段TP去除率及反硝化除磷率

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