楊琴 吳丹

收稿日期：2023-07-17

作者簡(jiǎn)介：楊琴（1991-），女，工程師，長(zhǎng)期從事污水處理工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行。

摘 要：利用中試試驗(yàn)裝置模擬低負(fù)荷狀態(tài)下SBR生化池的運(yùn)行調(diào)控，通過對(duì)現(xiàn)狀SBR工藝進(jìn)行改進(jìn)（主反應(yīng)區(qū)增加攪拌），同時(shí)研究不同的調(diào)控措施對(duì)SBR工藝脫氮除磷的影響，探究低負(fù)荷污水處理廠高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

關(guān)鍵詞：低負(fù)荷污水廠；脫氮除磷；攪拌方式；曝氣；污泥回流方式

中圖分類號(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673-9655（2024）03-00-07

0 引言

國(guó)內(nèi)新建的大部分具有脫氮除磷功能的城市污水處理廠，由于配套的城市排水收集系統(tǒng)通常滯后于城市污水廠的建設(shè)，造成進(jìn)入城市污水廠的污水量或污水水質(zhì)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，在試運(yùn)行階段甚至投入生產(chǎn)后正常運(yùn)行的很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，污水處理廠處于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。這些污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，其總磷、總氮去除率低，尤其是總磷去除效果較差，通常＜50%。因此，對(duì)低碳源條件下脫氮除磷工藝的適宜運(yùn)行條件進(jìn)行研究，尋求合理的解決方法，是目前城市污水處理領(lǐng)域所面臨的重要問題。

本試驗(yàn)研究對(duì)云南區(qū)域內(nèi)的低負(fù)荷污水處理廠進(jìn)行全面摸底調(diào)研，通過對(duì)低負(fù)荷污水處理廠廠外管網(wǎng)、服務(wù)范圍內(nèi)生活用水方式、進(jìn)出水水質(zhì)、運(yùn)行現(xiàn)狀及普遍存在的問題進(jìn)行深入調(diào)研與分析，明確低負(fù)荷原因及運(yùn)行調(diào)控存在的共性問題，結(jié)合現(xiàn)狀實(shí)際通過中試試驗(yàn)裝置模擬低負(fù)荷水廠運(yùn)行調(diào)控，探究高效的低負(fù)荷運(yùn)行方式。

1 項(xiàng)目概況

本試驗(yàn)共調(diào)研了13座生活污水處理廠，均表現(xiàn)出不同程度的低負(fù)荷，其中以較為典型的A污水處理廠為例，進(jìn)行脫氮除磷分析及中試模擬。

云南某典型低負(fù)荷污水處理廠A，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為3萬m3/d，處理工藝為：進(jìn)水→預(yù)處理→SBR生化池→紫外消毒渠→出水.由于進(jìn)水濃度較低，生化池脫氮除磷效率極低（雨季TN、TP平均去除率分別為26.87%和31.37%，旱季TN、TP平均去除率分別為45.2%和48.3%），且后端無深度處理，現(xiàn)狀出水TN和TP不能穩(wěn)定達(dá)到《GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)（其中TP執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)1 mg/L），需投加大量水處理藥劑，成本較高。該項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)及低負(fù)荷程度見表1。

從表2、表3可知，該污水處理廠實(shí)際進(jìn)水各指標(biāo)濃度平均值均小于設(shè)計(jì)進(jìn)水濃度，其中實(shí)際進(jìn)水COD和BOD5濃度不到設(shè)計(jì)值的一半，B/N、B/P的值分別為2.26和20.26，因此可以判定，該污水處理廠進(jìn)水屬于低負(fù)荷污水，且進(jìn)水各指標(biāo)濃度與月份呈現(xiàn)出一定的關(guān)聯(lián)性，該關(guān)聯(lián)性大致可以描述為：每年1—5月，進(jìn)水各指標(biāo)濃度偏高，6—10月，進(jìn)水各指標(biāo)濃度較低，11—12月，進(jìn)水指標(biāo)濃度居中。究其原因主要為該地區(qū)存在部分雨污合流、管網(wǎng)滲漏等，且受服務(wù)范圍內(nèi)生活習(xí)慣的影響。

該污水處理廠生化池處理工藝為傳統(tǒng)的SBR工藝（生化池主反應(yīng)區(qū)無攪拌裝置），現(xiàn)行運(yùn)行方式為進(jìn)水曝氣2 h、靜置沉淀1 h、潷水1 h三個(gè)階段循環(huán)運(yùn)行，其中沒有攪拌反硝化階段，混合液經(jīng)過曝氣階段后直接進(jìn)入靜置沉淀階段，泥水分離較快，反硝化脫氮階段較短，導(dǎo)致出水TN較高；同時(shí)，污泥回流方式為曝氣池混合液回流至最前端的生物選擇池，導(dǎo)致生物選擇池溶解氧和NO3-N濃度較高，影響污泥釋磷效果，進(jìn)入后續(xù)曝氣時(shí)，污泥吸磷不充分，導(dǎo)致出水TP超標(biāo)。

2 低負(fù)荷原因分析

（1）合流制排水體系導(dǎo)致進(jìn)水濃度低

污水廠服務(wù)范圍內(nèi)市政配套設(shè)施建設(shè)較為滯后，老城區(qū)均未實(shí)現(xiàn)雨污分流，管網(wǎng)建設(shè)不完善，并且云南地區(qū)雨水較充沛，雨季大量雨水涌入合流制管道。雖然初期可沖刷管道沉積物增加COD濃度，但由于大量雨水混入整體上仍然較大幅度地降低了污水處理廠進(jìn)水濃度。

（2）污水管網(wǎng)滲漏和外來水源稀釋

管網(wǎng)建設(shè)年限較久遠(yuǎn)，并且由于工程施工質(zhì)量，一些管道和檢查井滲漏嚴(yán)重。尤其地下水位較高的區(qū)域，大量地下水滲入排水管道內(nèi)稀釋了污水濃度，并且區(qū)域內(nèi)存在管網(wǎng)沿河鋪設(shè)，大量河水涌入管網(wǎng)。另外還有施工、水景和游泳池等排水直接排入城鎮(zhèn)污水管道，這些外來排水一定程度上也降低了污水濃度。

（3）居民生活排水水質(zhì)濃度較低

居民生活方式及用水習(xí)慣直接從源頭上降低了污水濃度。云南大部分地區(qū)城市化進(jìn)程較緩慢，目前節(jié)水型衛(wèi)生器具較傳統(tǒng)衛(wèi)生器具的市場(chǎng)價(jià)格高，在部分城鎮(zhèn)居民中還沒普及。傳統(tǒng)的衛(wèi)生器具耗水量相對(duì)較高，在一定程度上造成居民生活排水有機(jī)物濃度相對(duì)較低。另外云南地區(qū)水資源相對(duì)較豐富，生活排水中洗浴排水占比較高，一定程度上影響了排水濃度。并且大部分新建小區(qū)已配套有化糞池等小型污水處理構(gòu)筑物，居民生活污水進(jìn)入化糞池經(jīng)過12～24 h的沉淀分解，可去除50%～60%的懸浮物，部分化糞池（三級(jí)處理）上清夜出水水質(zhì)已達(dá)到了一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，降低了城市管網(wǎng)中污水有機(jī)物濃度。

3 低負(fù)荷污水處理運(yùn)行調(diào)控存在的共性問題

（1）碳源不足、生化脫氮除磷效果較差

通過對(duì)云南大量污水廠進(jìn)行調(diào)研分析，低負(fù)荷污水處理廠氮、磷的去除均存在一定問題，大部分污水處理廠TN、TP均存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，究其原因是因?yàn)檫M(jìn)水碳源不足，生化脫氮除磷效果較差。

反硝化反應(yīng)是由異養(yǎng)菌完成的生化反應(yīng)，它們?cè)谌芙庋鯘舛葮O低的情況下利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，有機(jī)物作碳源及電子供體，碳源物質(zhì)不同，反硝化速率也不同。故硝酸氮和亞硝酸氮在缺氧反硝化階段需要充足的碳源，污水中BOD5/TN＞4時(shí)，即認(rèn)為碳源充足，而低濃度污水 難以滿足上述要求。根據(jù)以往實(shí)驗(yàn)研究B/N值

為5時(shí)，缺氧期結(jié)束時(shí)反應(yīng)器中檢測(cè)不到硝態(tài)氮，實(shí)現(xiàn)了完全反硝化，而B/N值為3時(shí)，缺氧期結(jié)束時(shí)硝態(tài)氮的含量很高，這也說明脫氮率低下是由碳源不足引起的。長(zhǎng)時(shí)間低濃度進(jìn)水，微生物可利用的碳源有限，反硝化能力下降而使得處理系統(tǒng)的脫氮效果低下。

污水處理中磷的去除主要是通過污泥排放來實(shí)現(xiàn)的，低負(fù)荷污水使得生物池內(nèi)活性污泥濃度低，造成污水處理廠污泥泥齡過長(zhǎng)甚至沒有污泥排放。在這種情況下，生活污水中磷無法有效去除，而過長(zhǎng)的污泥泥齡會(huì)影響污泥活性，局部出現(xiàn)厭氧狀態(tài)下重新釋磷，生物除磷效果極差。

（2）維持達(dá)標(biāo)出水的高污泥濃度

低負(fù)荷污水處理廠往往因?yàn)檫M(jìn)水濃度過低，系統(tǒng)中的污泥絮體解散，生物相發(fā)生變化，污泥濃度不斷降低，對(duì)含碳污染物處理能力低下。經(jīng)過一段時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行后，污泥的沉降性能逐漸降低，污泥容易與出水一起排出，出水懸浮物SS濃度增加，導(dǎo)致污水廠處理效率低下。因而，對(duì)于低負(fù)荷污水處理，考慮活性污泥絮體中有機(jī)部分較正常污泥低，微生物量較少，為保證硝化效果正常進(jìn)行，往往需維持較高的污泥濃度，降低有機(jī)負(fù)荷。

（3）存在過曝現(xiàn)象，溶解氧較難控制，運(yùn)行成本較高

大部分污水處理廠生化池曝氣系統(tǒng)是按照設(shè)計(jì)進(jìn)水濃度參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而污水廠進(jìn)水濃度長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)濃度，容易出現(xiàn)過量曝氣的現(xiàn)象。曝氣過量極易導(dǎo)致活性污泥絮體膨脹、解體破碎、污泥上浮，污水廠出水渾濁提高，影響系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定和處理效果，并且造成能量的浪費(fèi)。

另外，低負(fù)荷污水的COD、BOD5濃度偏低，碳源缺乏導(dǎo)致處理構(gòu)筑物內(nèi)活性污泥增長(zhǎng)緩慢，MLSS濃度提升困難，需采取長(zhǎng)時(shí)間不排泥的控制措施來提升MLSS濃度，系統(tǒng)啟動(dòng)耗時(shí)長(zhǎng)。現(xiàn)階段為保證出水達(dá)標(biāo)主要通過投加碳源提高污水有機(jī)物濃度，但運(yùn)行成本極高。

4 對(duì)中試試驗(yàn)的建議

國(guó)內(nèi)已有學(xué)者針對(duì)具體低負(fù)荷污水處理廠進(jìn)行了研究，以具體污水處理廠為實(shí)施載體探討了低負(fù)荷污水處理廠運(yùn)行方式。2015年，金康鵬等人對(duì)西安市某污水處理廠倒置A2/O工藝進(jìn)行研究分析，考察了厭氧池硝酸鹽濃度對(duì)厭氧釋磷過程的影響，研究表明，缺氧池反硝化不完全，厭氧池高濃度硝酸鹽是抑制聚磷菌釋磷的重要因素。當(dāng)厭氧池內(nèi)硝酸鹽濃度＞4 mg/L時(shí)，會(huì)明顯抑制生物除磷效果。硝酸鹽的濃度在1～4 mg/L時(shí)，隨著硝酸鹽濃度的升高，厭氧釋磷效果顯著降低。為避免硝酸鹽對(duì)聚磷菌的影響，需將厭氧池磷酸鹽濃度控制在1 mg/L以下，硝酸鹽對(duì)聚磷菌釋磷的影響原因是生物脫氮除磷對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)。

2018年，方佩珍等人對(duì)浙江省湖州市某污水處理廠（A2/O工藝）低負(fù)荷問題進(jìn)行研究，其在《污水處理廠低負(fù)荷運(yùn)行問題的分析與調(diào)控措施》一文中指出：在實(shí)際運(yùn)行過程中，進(jìn)水COD濃度為設(shè)計(jì)值的19.3%，TN為設(shè)計(jì)值的48.22%，低負(fù)荷運(yùn)行給污水廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)造成較大困擾。通過采用間歇曝氣的方式運(yùn)行，同時(shí)將污泥濃度由原設(shè)計(jì)值3 g/L降低至1.5 g/L；關(guān)閉內(nèi)回流，增加200% 外回流，精準(zhǔn)投加碳源等工藝參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化，調(diào)整后出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)。

SBR工藝所具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能和運(yùn)行靈活性方面的優(yōu)勢(shì)，使其成為適合我國(guó)中小城鎮(zhèn)水質(zhì)水量特點(diǎn)的污水生物處理工藝。但小城鎮(zhèn)污水處理廠技術(shù)和管理水平較低，同時(shí)，由于進(jìn)水水質(zhì)設(shè)計(jì)值與實(shí)際差別較大，使部分已建成的污水處理廠運(yùn)行狀況差。針對(duì)此情況，有學(xué)者在重慶萬盛污水處理廠進(jìn)行了3個(gè)月的實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)，通過調(diào)整DO、MLSS、回流比等運(yùn)行參數(shù)，解決了該污水處理廠SBR工藝在低負(fù)荷運(yùn)行情況下脫氮效率低、運(yùn)行能耗高的問題。

2013年，李誠和李榮以天津市某污水廠SBR工藝的調(diào)試運(yùn)行為例，進(jìn)行了SBR工藝處理低負(fù)荷城市污水經(jīng)驗(yàn)的探討，主要對(duì)曝氣周期、曝氣時(shí)間及靜沉?xí)r間進(jìn)行了研究。研究結(jié)果顯示，運(yùn)行周期由4 h調(diào)整為8 h，非限制性曝氣改為限制性曝氣，運(yùn)行各階段的時(shí)間調(diào)整為進(jìn)水1 h、曝氣

4 h、靜沉2 h、排水1 h，水質(zhì)有了明顯的改善，處理后各污染物的去除效果有了明顯的提高。

國(guó)內(nèi)對(duì)于低負(fù)荷污水處理廠的運(yùn)行方式雖進(jìn)行了大量研究，并且均取得了一定的成效，但大部分研究具有較強(qiáng)的針對(duì)性和地域性，對(duì)于低負(fù)荷污水廠的運(yùn)行調(diào)控主要以投加外部碳源為主，對(duì)于低負(fù)荷SBR工藝的調(diào)控也僅僅是通過延長(zhǎng)運(yùn)行周期、控制運(yùn)行參數(shù)，缺少對(duì)SBR工藝進(jìn)行改進(jìn)研究。本次試驗(yàn)研究，一方面通過對(duì)現(xiàn)狀SBR進(jìn)行改進(jìn)，在主反應(yīng)區(qū)增加攪拌，以提高低碳源條件下的脫氮除磷效率；另外通過運(yùn)行調(diào)控包括曝氣時(shí)長(zhǎng)及強(qiáng)度、污泥回流方式等探究各指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

關(guān)于低負(fù)荷污水處理廠的研究均是以具體污水處理廠為實(shí)施載體，但隨著環(huán)保監(jiān)管越來越嚴(yán)格，以具體污水廠為實(shí)施載體極易對(duì)現(xiàn)狀出水造成影響，存在出水達(dá)標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，故本次試驗(yàn)通過中試試驗(yàn)裝置開展。為保證中試試驗(yàn)順利且有效進(jìn)行，在試驗(yàn)開展之前，主要針對(duì)總氮和總磷的去除機(jī)理進(jìn)行分析總結(jié)，進(jìn)行更加合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)總體原則，盡量在生化段采取調(diào)控措施，使SBR池出水總氮即可達(dá)標(biāo)；同時(shí)，在生化段盡量提升總磷去除率，使SBR池出水總磷含量盡可能低，SBR池總磷未達(dá)標(biāo)可在后端增加絮凝沉淀構(gòu)筑物，投加絮凝劑除磷，使最終出水總磷也達(dá)標(biāo)。

5 調(diào)控措施及脫氮除磷影響分析

5.1 中試試驗(yàn)裝置介紹

中試試驗(yàn)裝置是SBR工藝的原型縮小版，中試裝置設(shè)計(jì)處理規(guī)模為19 m3/d，污泥濃度與水廠實(shí)際運(yùn)行濃度保持一致，滿液位時(shí)維持在5000 mg/L；

生化池HRT為14 h，總SRT為16 d等均與水廠實(shí)際運(yùn)行保持一致。試驗(yàn)期間水溫在17～25?C，SBR池pH在6.0～7.0。

中試裝置工藝流程如圖1所示，污水進(jìn)入生化池依次經(jīng)過①生物選擇池②缺氧池③SBR池，污泥回流方式有兩種，一是由SBR池回流至生物選擇池，二是由SBR池回流至缺氧池，再由缺氧池回流至生物選擇池。缺氧池內(nèi)部設(shè)置隔板，防止水路短流。

5.2 運(yùn)行工況

本次中試試驗(yàn)共開展5種不同的運(yùn)行工況研究，各工況相互對(duì)照，具體運(yùn)行方式及參數(shù)如表4所示。

試驗(yàn)進(jìn)水為污水廠經(jīng)過前段預(yù)處理的污水。中試試驗(yàn)每天取一個(gè)進(jìn)水樣及1～2個(gè)出水樣，水質(zhì)分析至少保留8組數(shù)據(jù)；每次工況調(diào)整后，自調(diào)整之時(shí)起的72 h后開始取樣。主要檢測(cè)水質(zhì)指標(biāo)為CODCr、TN、TP、NH3-N及NO3-N，水質(zhì)檢測(cè)在水廠化驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，均采用國(guó)標(biāo)法[1]。生化池DO采用哈希HQ30D型號(hào)便攜式溶解氧測(cè)定儀進(jìn)行檢測(cè)，每天測(cè)定2次。MLSS采用大連博克斯FILTR330M1-SS100型號(hào)在線污泥濃度計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

5.3 攪拌方式調(diào)控試驗(yàn)

攪拌方式調(diào)控試驗(yàn)，主要在中試試驗(yàn)裝置SBR池內(nèi)增加攪拌階段，增加攪拌可分為先曝氣后攪拌和先攪拌后曝氣兩種方式。

（1）攪拌方式對(duì)脫氮效果的影響分析

工況1：進(jìn)水曝氣110 min～沉淀50 min～出水50 min，作為空白對(duì)照；工況3和工況4分別增加攪拌，其中工況3先曝氣后攪拌，工況4先攪拌后曝氣。各工況下脫氮效果如圖2所示。

試驗(yàn)表明，增加攪拌能有效提升脫氮效率，TN去除率可提升20%。工況1條件下運(yùn)行，出水NH3-N濃度穩(wěn)定在1 mg/L以下，工況3和工況4條件下運(yùn)行，NH3-N濃度維持在2 mg/L左右，均可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。但工況1出水NO3-N平均濃度高達(dá)16 mg/L，比工況3和工況4出水NO3-N濃度高出將近6 mg/L，說明工況1條件下運(yùn)行，NO3-N大量積累，反硝化作用很弱。從反面證明，工況3和工況4增加攪拌，增加了反硝化強(qiáng)度，從而達(dá)到提升TN去除率的效果[2]。

另外，雖然增加攪拌能提升TN去除率，但在脫氮時(shí)序上有所不同。從圖2可看出，在試驗(yàn)后期，也就是試驗(yàn)批次4之后，反硝化菌群生理活動(dòng)基本穩(wěn)定后，工況3的TN去除率明顯優(yōu)于工況4，而出水NO3-N濃度，前者低于后者。原因在于，工況3先曝氣后攪拌，曝氣階段產(chǎn)生的NO3-N在接下來的攪拌階段大部分被反硝化菌利用消耗；而工況4先攪拌后曝氣，先攪拌利用的NO3-N是進(jìn)水中以及上一周期殘留的NO3-N，接下來曝氣產(chǎn)生的NO3-N不能被充分利用[3]，導(dǎo)致TN去除率略低于工況3。

（2）攪拌方式對(duì)除磷效果影響分析

攪拌方式不同，除磷效果也有所不相同。工況1、工況3和工況4條件下運(yùn)行，對(duì)TP的去除效果如圖3所示。

從圖3中可以看出，增加攪拌能提升TP去除率，但與攪拌和曝氣的順序有關(guān)。

先曝氣后攪拌對(duì)TP去除率幾乎在60%左右，而先攪拌后曝氣對(duì)TP去除率可達(dá)到70%左右，說明先攪拌后曝氣的運(yùn)行方式比先曝氣后攪拌對(duì)TP去除效率更高，去除率提升10%左右。曝氣和攪拌順序不同，除磷效率不同，這與微生物除磷機(jī)理有關(guān)，污泥中的聚磷菌必須先經(jīng)過厭氧釋磷階段，才能在好氧階段超過自身生理需求吸收污水中的磷。先攪拌后曝氣正好滿足聚磷菌除磷的生理順序，釋磷和吸磷階段都較充分[8]；而先曝氣后攪拌恰恰相反，所以對(duì)TP去除率不如先攪拌后曝氣。

（3）小結(jié)

通過以上試驗(yàn)表明，主反應(yīng)區(qū)增加攪拌，可有效提升TN去除率，且先曝氣后攪拌的運(yùn)行方式更利于TN的去除，TN去除率可提升20%，生化系統(tǒng)出水TN濃度可降低至10 mg/L左右。但先曝氣后攪拌不利于TP的去除，較先攪拌后曝氣TP去除率低10%左右。介于兩種方式出水TP均不達(dá)標(biāo)，綜合同時(shí)脫氮除磷的考慮，建議采用先曝氣后攪拌的方式運(yùn)行，保證SBR池出水TN即可達(dá)標(biāo)，后端增加化學(xué)除磷單元（高效沉淀池或混凝沉淀池）保證TP達(dá)標(biāo)。

5.4 曝氣方式調(diào)控試驗(yàn)

（1）曝氣時(shí)長(zhǎng)對(duì)脫氮效果影響分析

工況1、工況2、工況3曝氣時(shí)長(zhǎng)分別為110 min、

60 min和90 min，其出水NH3-N、NO3-N和TN關(guān)系如圖4所示。從圖中可以看出，曝氣60 min，出水NH3-N濃度維持在11 mg/L左右，嚴(yán)重超標(biāo)；當(dāng)曝氣110 min和90 min，出水NH3-N濃度在3 mg/L以下，可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。Barnes和Bliss在1983年曾提出[4]，氨氧化速率普遍為1～3 mgNH3-N/gMLVSS/hour，

本次中試試驗(yàn)MLVSS平均濃度為2.2 g/L，試驗(yàn)階段進(jìn)水NH3-N濃度在30 mg/L左右，理論上在一個(gè)周期內(nèi)，把進(jìn)水中全部NH3-N轉(zhuǎn)化為NO3-N需要1.1～3.2 h，本次試驗(yàn)結(jié)果符合這一結(jié)論，工況3實(shí)際氨氧化速率為2.5 mgNH3-N/gMLVSS/hour。

一般情況下，生活污水處理廠出水NH3-N濃度與NO3-N濃度之和與TN濃度相差不大。從圖4中可以看出，工況1和工況3出水NH3-N和NO3-N之和與TN之差基本在1 mg/L以下。但工況2這一差值較大，最大可達(dá)5 mg/L以上，說明工況2條件下運(yùn)行曝氣量不足，存在NO2-N的積累，亞硝化菌、硝化菌均受到抑制[5]。

（2）曝氣強(qiáng)度對(duì)脫氮效果影響分析

由以上分析可知，在試驗(yàn)實(shí)際進(jìn)水條件下，曝氣時(shí)長(zhǎng)至少90 min才能保證出水NH3-N達(dá)標(biāo)。當(dāng)曝氣時(shí)長(zhǎng)分別為：工況1（曝氣110 min）、工況3（曝氣90 min）和工況4（曝氣90 min），以出水NH3-N濃度和曝氣結(jié)束時(shí)SBR池DO濃度為研究對(duì)象，兩者關(guān)系如圖5所示。

從圖5中可以看出，曝氣110 min，出水NH3-N非常低，基本在0.5 mg/L以下，曝氣90 min，出水NH3-N濃度相對(duì)較高，但全部在4 mg/L以下，均可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。通過DO濃度和出水NH3-N濃度關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)曝氣結(jié)束時(shí)DO濃度維持在1 mg/L左右，出水NH3-N濃度絕大多數(shù)在3 mg/L以下。究其原因，食微比F/M低的條件下（W水廠常年F/M為0.04 kgBOD5/kgMLVSS·d），污泥絮體外部耗氧速率較慢，較低的DO濃度就能穿透絮凝體，進(jìn)入絮體內(nèi)部發(fā)生好氧氨氧化反應(yīng)[6-7]。因此，在該進(jìn)水條件下，曝氣時(shí)間至少90 min，曝氣結(jié)束時(shí)維持SBR池DO濃度在1 mg/L右時(shí)，NH3-N即可達(dá)標(biāo)。繼續(xù)增強(qiáng)曝氣強(qiáng)度，不僅會(huì)浪費(fèi)能源，還可能會(huì)對(duì)活性污泥產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致污泥絮體解體，細(xì)菌細(xì)胞裂解，使出水水質(zhì)惡化。

（3）小結(jié)

通過不同的曝氣時(shí)長(zhǎng)和強(qiáng)度調(diào)控試驗(yàn)研究，生化系統(tǒng)曝氣至少90 min出水NH3-N才能達(dá)標(biāo)，實(shí)際氨氧化速率為2.5 mgNH3-N/gMLVSS/hour。同時(shí)，當(dāng)維持曝氣結(jié)束時(shí)SBR池DO在1 mg/L左右，即可保證出水NH3-N基本在3 mg/L以下。

5.5 污泥回流方式調(diào)控試驗(yàn)

調(diào)整污泥回流方式，目的是降低生物選擇池NO3-N和DO濃度，使聚磷菌在該區(qū)域盡可能多地釋磷，以便于下一階段過量吸磷。

工況5改變污泥回流方式，與工況1的原始污泥回流方式形成對(duì)比。工況1污泥直接從SBR池回流至生物選擇池，回流污泥攜帶高濃度溶解氧及硝態(tài)氮進(jìn)入生物選擇池，對(duì)該區(qū)域聚磷菌厭氧釋磷過程產(chǎn)生抑制作用[9]，進(jìn)而影響除磷效果。工況5

改變污泥回流方式，理論上，污泥先由SBR池回流至缺氧池，回流污泥攜帶的高濃度溶氧和硝態(tài)氮在該區(qū)域被稀釋以及被部分消耗后，再由缺氧池回流至生物選擇池的污泥攜帶的溶解氧和硝態(tài)氮量會(huì)相對(duì)減少。具體改變污泥回流方式除磷效果如圖6所示。

從圖6可以看出，改變污泥回流方式對(duì)TP去除效果并沒有明顯的提升，甚至改變污泥回流方式后，TP去除率穩(wěn)定性更差。原因可能是改變污泥回流方式后，從缺氧池回流至生物選擇池的回流比（100%）太高，幾乎是改變前污泥回流比（30%）的3倍，導(dǎo)致該區(qū)域HRT縮短為原來

的1/3，厭氧釋磷反應(yīng)時(shí)間不足，除磷效果不佳。另外，在試驗(yàn)過程中監(jiān)測(cè)到改變污泥回流方式前后，生物選擇池DO濃度和NO3-N濃度變化不大。一方面是污泥回流比太大，使生物選擇池NO3-N濃度居高不下；另一方面，據(jù)調(diào)查W水廠生化池前端存在跌水曝氣部位，進(jìn)水充氧嚴(yán)重，生化池進(jìn)水DO濃度高達(dá)1.2 mg/L以上，導(dǎo)致該區(qū)域始終無法維持良好的厭氧環(huán)境。生物選擇池NO3-N和DO濃度變化趨勢(shì)如圖7所示。

（3）小結(jié)

調(diào)整污泥回流方式，TP去除率與同期模擬調(diào)控試驗(yàn)無明顯差別，出水TP不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。主要是因?yàn)檎{(diào)整污泥回流方式后，回流液流量較大，導(dǎo)致生物選擇池水力停留時(shí)間變短、NO3-N維持在較高濃度，以及進(jìn)水存在跌水充氧導(dǎo)致生物選擇池濃度居高不下等原因，致使該區(qū)域厭氧釋磷不充分，進(jìn)而影響后端好氧吸磷作用，故TP去除率與同期模擬調(diào)控試驗(yàn)無明顯差距。對(duì)于TP建議后端通過化學(xué)除磷去除。

6 結(jié)論

（1）本項(xiàng)目所在地區(qū)由于市政污水管網(wǎng)建設(shè)不完善、雨污未分流等因素的影響，導(dǎo)致雨水、地下水混入污水管網(wǎng)，加之受到當(dāng)?shù)鼐用裆盍?xí)性的影響，片區(qū)污水廠進(jìn)水水質(zhì)污染物濃度低的現(xiàn)象普遍存在。

（2）低負(fù)荷污水處理廠運(yùn)行中存在的主要問題是生化脫氮除磷效果較差，出水TN、TP存在嚴(yán)重超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，若要保證出水達(dá)標(biāo)需投加大量碳源和化學(xué)除磷藥劑，運(yùn)行成本極高。另外由于進(jìn)水濃度較低，生化池溶解氧較難控制，經(jīng)常存在過曝現(xiàn)象。目前低負(fù)荷污水處理廠達(dá)標(biāo)調(diào)控及高效運(yùn)行為現(xiàn)階段需主要攻克難題。

（3）本試驗(yàn)研究一方面對(duì)傳統(tǒng)SBR工藝進(jìn)行改進(jìn)，在主反應(yīng)區(qū)增加攪拌，有效提升TN去除率，且采用先曝氣后攪拌的運(yùn)行方式可確保出水TN降低至10 mg/L穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，介于污泥回流方式的改變對(duì)TP的去除不明顯，故TP主要通過后端化學(xué)除磷去除。同時(shí)通過調(diào)控曝氣時(shí)長(zhǎng)和強(qiáng)度，生化系統(tǒng)曝氣90 min以上，曝氣結(jié)束時(shí)SBR池DO在1 mg/L左右，即可保證出水NH3-N基本在3 mg/L以下穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

（4）綜合以上試驗(yàn)研究，建議A水廠可按如下方案進(jìn)行技改和運(yùn)行：①在SBR主反應(yīng)池增加攪拌設(shè)備，運(yùn)行采用先曝氣后攪拌的運(yùn)行方式，以提高TN去除率確保達(dá)標(biāo)；②SBR生化池后端增加化學(xué)除磷單元，投加PAC，同時(shí)消除生化池前端跌水部位，以提高TP去除率；③運(yùn)行時(shí)，控制曝氣結(jié)束時(shí)SBR池溶解氧濃度稍微＞1 mg/L即可，預(yù)計(jì)出水NH3-N在3 mg/L以下。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國(guó)家環(huán)?？偩?水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版增補(bǔ)版）[M].北京：中國(guó)環(huán)境出版社，2002.

[2] 沈耀亮，趙丹.強(qiáng)化SBR 工藝脫氮除磷效果的若干對(duì)策[J].中國(guó)給水排水，2000，16（7）：23-25.

[3] 楊志宏，馬小軍.SBR工藝脫氮除磷升級(jí)改造方案現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].中國(guó)給水排水，2015，31（11）：79-82.

[4] Barnes， D.， and Bliss， P.J. Biological Control of Nitrogen in Wastewater Treatment [J]. London， UK： E. & F.N. Spon， 1983.

[5] 趙宗升，劉鴻亮.高濃度氨氮廢水的高效生物脫氮途徑[J]. 中國(guó)給水排水，2001，17（5）：24-28.

[6] 李亞新.活性污泥法理論與技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[7] 張小玲，李斌.低DO下的短程硝化及同步硝化反硝化[J].中國(guó)給水排水，2004，20（5）：13-16.

[8] 陳紅，李昊翔.強(qiáng)化序批式活性污泥工藝脫氮除磷的實(shí)驗(yàn)研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）.2004，38（9）：1235-1238.

[9] 金鵬康，鄭未元.倒置A2/O與常規(guī)A2/O工藝除磷效果對(duì)比[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2015，9（2）：501-505.

Influence of Different Control Measures on Nitrogen and Phosphorus Removal from Low-load Sewage

YANG Qin1， WU Dan2

（1.Beijing Enterprises Water Group Limited， West District， Kunming Yunnan 650000， China）

Abstract： This experiment studied the operation regulation of SBR biochemical tank under low load by using pilot test device. By improving the present SBR process （adding stirring in the main reaction zone） and studying the influence of different regulation measures on nitrogen and phosphorus removal in SBR process， it explored the efficient and economical operation mode of low load sewage treatment plant and guided the technical transformation of water plant.

Key words： low-load sewage plant; nitrogen and phosphorus removal; stirring mode; aeration; sludge recirculation mode