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如表1所示,提质增效后90%涵盖率进水COD浓度为378 mg/L,超过设计值51.2%,超过提质增效前进水浓度46.51%,进水BOD5浓度为185 mg/L,超过设计值54.17%,超过提质增效前浓度77.88%,在以上进水浓度大幅增加的前提下,污水处理厂出水BOD5和COD均能维持在10 mg/L和40 mg/L以内,其平均值分别为1.1 mg/L和20 mg/L,去除率平均值分别为93.2%和99.0%,这说明生物池内异养菌活性较强,对于进水COD和BOD5负荷增加有较强适应能力(见图1和图2)。
分析以上现象主要原因是:多段AAO工艺采用厌氧/缺氧/好氧交替运行的模式,活性污泥中各目标菌种均处于一个“舒适”“恶劣”交替的环境中,这种“饱食饥饿”模式有利于驯化出更高效的目标菌种,更高效的活性污泥。
2.2.2 对脱氮的影响
(1)氨氮氧化。一般认为氨氮氧化发生在好氧池内,提质增效后进水BOD5浓度大幅增加,势必导致异养菌大量繁殖,从而导致硝化细菌(氨氧化菌AOB和亚硝酸盐氧化菌NOB)同其竞争DO过程中处于不利地位,如图3所示。当进水氨氮浓度由24.2 mg/L提高到32.1 mg/L时,好氧池DO在0.3~1.5 mg/L,该值小于设计值2 mg/L。
有研究表明,异养菌生长速率大约是自养菌的10倍,DO的不足加之异养好氧菌的大量繁殖,很可能导致出水氨氮不达标。然而,实际出水氨氮较低,氨氮去除率平均值为98.1%。分析主要有以下两方面原因:一方面提质增效后进水氨氮浓度虽大幅提高,但仍在设计范围内;另一方面AOB和NOB最适宜的DO分别为0.2~0.4 mg/L和1.2~1.5 mg/L,好氧池内DO虽较低,但能满足AOB和NOB的需求,反而低DO的环境恰好成为其同异养好氧菌竞争的有利条件,因此出水氨氮值均小于1 mg/L,平均值为0.53 mg/L。
(2)TN去除。TN的去除一般认为在缺氧池内由反硝化细菌完成,本工程采用多点进水多段AAO的工艺,如图4所示,提质增效后进水TN浓度从30 mg/L提高到39.9 mg/L,在未投加碳源的情况下,依然能保证出水TN在10 mg/L以内,平均值为7.99 mg/L,去除率在76.6%左右。分析主要原因是多段AAO工艺多点进水的方式保证了反硝化阶段有充足的碳源,同时本工程提质增效后进水水质COD/ρ(TN)=9.45,BOD5/ρ(TN)=4.63,基本上能满足脱氮所需,同时好氧池内DO较低,有低于0.5 mg/L情况,推测可能出现了短程硝化-反硝化的脱氮途径,该途径也可解决缺氧池碳源不足的问题,对于该现象有待进一步研究。
综上所述,多点进水、多段AAO工艺对提质增效后进水氨氮和TN浓度的增加,仍有较好脱氮效果,出水TN和氨氮的平均值分别为7.99 mg/L和0.53 mg/L。
(3)活性污泥性能分析。因进水BOD5增加,导致生物池内污泥浓度增加,生物池污泥浓度设计值为3 500~4 000 mg/L,BOD5污泥负荷为0.10 kgBOD5/(kgSS·d),提质增效后经测定生物池内MLSS平均值为4 300 mg/L,BOD5污泥负荷为0.127 kgBOD5/(kgSS·d)。郝二成等指出低DO、低污泥负荷容易容易引起污泥膨胀,万玉山等对苏南某镇 1.5万m³/d污水处理厂进行研究,当生物池污泥负荷为 0.5 kgCOD/(kgMLSS·d),DO为1.5 mg/L时,SVI 值接近300 mL/g,发生了污泥膨胀。而F污水处理厂生物池采用0.26 kgCOD/(kgMLSS·d)更低的污泥负荷,好氧池DO更低,约为0.3~1.5 mg/L却未发生污泥膨胀,SVI如图5所示平均值为100.5 mL/g,分析主要是多段AAO工艺厌氧/缺氧/好氧交替运行的环境,有助于对丝状菌抑制,能在较低DO、较低污泥负荷下不引起污泥膨胀。
(4)提质增效对曝气系统的影响。污水处理厂曝气能耗占整个厂区能耗的比例很大,沈晓铃等对2.5万m³/d无锡市惠山污水处理厂三期工程进行分析,结果表明鼓风机耗电量占全厂电耗的43.39%。对F污水处理厂而言,若保证2 mg/L 好氧池DO浓度,则提质增效前生物池理论需氧量为12 547 kgO2//d,提质增效后理论需氧量约为17 441 kgO2//d,原设计风机供氧不足,如图6所示。
然而,在曝气系统设计能力不足的情况下,出水BOD5、COD和氨氮等均稳定达标,在该情况下每年可节省电能约62.1万kW·h,为污水处理厂节能降耗提供思路。同时,随着对短程硝化研究的不断深入,研究者们开始对低DO环境下的脱氮机理进行逐步探索,而对真正落地运行的低氨氮市政污水处理厂,是否存在一个DO理论极值,使此时氨氮、BOD5、COD等既有较好处理效果,又不会引起污泥膨胀等现象,有待进一步研究。
2.3 提质增效对深度处理单元的影响
F污水处理厂深度处理采用高效沉淀池+滤布滤池工艺,高效沉淀池设计PAC和PAM投加浓度分别为40 mg/L和1 mg/L,滤布滤池设计过滤精度为10 μm,平均滤速为9.1 m³/(h·m²)。如图7、图8所示,提质增效后进水TP浓度从4.52 mg/L提高到5.17 mg/L,因生物除磷和化学除磷双重作用,出水TP浓度均低于0.3 mg/L,平均值为0.17 mg/L。提质增效后进水SS浓度从192 mg/L增加到205 mg/L,同样有高效沉淀池和滤布滤池的双重保障作用,出水SS均小于10 mg/L,平均值为4 mg/L。可见,对进水SS和TP浓度的小幅增加,高效沉淀池+滤布滤池均能维持稳定去除效果。
2.4 提质增效对污泥脱水系统的影响
因进水BOD5的增加,导致剩余污泥量增加,提质增效前设计干泥量为7.82 t/d,采用2台板框脱水机处理。经计算,提质增效后干泥量约为10.1 t/d左右,原脱水机不能满足需求,应对污泥脱水系统进行升级改造。
03 小结
提质增效后进水浓度变化对一级处理单元影响较小。
提质增效后进水氨氮浓度由24.2 mg/L提高到32.1 mg/L,TN浓度由30 mg/L提高到39.9 mg/L,COD由258 mg/L提高到378 mg/L,BOD5由104 mg/L提高到185 mg/L,多点进水多段AAO工艺仍能保证氨氮、TN、COD、BOD5等均有较好的处理效果。
好氧池低DO条件下,多点进水多段AAO仍能保证出水氨氮和BOD5浓度较低且稳定,为污水处理厂节能降耗提供思路。
提质增效后进水SS从192 mg/L提高到205 mg/L,TP从4.52 mg/L提高到5.17 mg/L,高效沉淀池+滤布滤池工艺能保证出水TP和SS在 0.17 mg/L和4.0 mg/L左右,有较好的处理效果。
提质增效后污泥脱水系统产能相对不足,需升级改造。
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