参观赫尔辛基Viikinmäki污水处理厂/中国与日本污水处理厂A2/O工艺设计方法比较

参观赫尔辛基Viikinmäki污水处理厂

 芬兰首都赫尔辛基的Viikinmäki污水处理厂处理规模27万吨/日，是一座建在山洞里的污水处理厂，今天去参观这座污水处理厂，闲言少叙，请看照片。

来源：污水处理观察

中国与日本污水处理厂A2/O工艺设计方法比较

我国和日本污水处理厂A2/O工艺的流程基本一致，该工艺的设计水平直接影响处理效果，尤其是脱氮效果。对两国原水水质情况和排放标准做了比较，分析了两国A2/O工艺各功能区的设计方法、各设计参数的设置和取值，日本许多设计参数的设置和取值比我国严谨，预期的处理效果较好，但日本设计方法较保守，设计出的生化池容积较大，会增加基建投资和后期运行费用。A2/O工艺在我国和日本都有着较为广泛的应用。污水处理厂的工艺设计水平直接影响着基建投资、运行费用以及污水处理效果和出水水质。本文对两国A2/O工艺的设计方法进行比较。

1 水质情况

1.1 两国原水水质对比

目前，我国城镇污水处理厂原水水质的主要问题有：由于城镇工业废水偷排情况较多加之很多城市尚未取消化粪池，造成污水处理厂原水碳源不足，原水NH3—N、TN浓度较高，城市污水处理厂多数时候存在原水总氮浓度超过50mg/L的情况。一般认为，在污水生物脱氮过程中，如果碳氮比(BOD5/TN)>4，即可认为污水中有足够的碳源供反硝化菌进行反硝化脱氮。而我国城镇污水处理厂普遍呈现低碳源特性，太湖流域的城镇污水处理厂BOD5/TN一般为3.3左右，最低仅0.96。日本的生活污水处理事业分为公共下水道事业、农村村落污水处理事业以及净化槽事业。公用下水道事业为城市污水处理厂及管网建设。农村村落污水处理事业和净化槽事业分别为村落生活污水集中处理单元和住户的分散型生活污水处理单元。目前，日本城镇农村住户净化槽已达到一定的覆盖率。，几乎没有工业废水偷排，此外两国生活习惯和饮食结构不同，故日本污水处理厂原水NH3—N、TN浓度较我国低，碳氮比较高，碳源较充足。在东京，具有代表性的有明污水处理厂进水BOD5/TN>4的情况居多，进水总氮浓度平均为36mg/L。

1.2 两国排放标准对比

我国近几年新建及升级改造的污水处理厂大多执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A标准。日本在1958年公布了新的《下水道法》，且一直沿用至今，20世纪下半叶，日本东京湾、伊势湾和濑户内海等封闭性水域富营养化现象极严重，曾多次发生赤潮。日本除执行对排入公共水域的全国统一排放标准外，自70年代以后，针对统一标准执行中出现不能充分保护生活环境的地区，规定了更为严格的地方排放标准，以代替同款全国统一排放标准。以东京湾为例，两国污水处理厂出水排放标准见表1。

2 A2/O工艺设计对比

2.1 工艺流程中国和日本的A2/O工艺流程基本是一致的。即原污水经过预处理系统后，依次进入生化池的厌氧区、缺氧区、好氧区，好氧区末端混合液按一定的回流比回流至缺氧区前端。

2.2 设计方法中国A2/O工艺的设计方法以《室外排水设计规范》(GB50014—2006)为依据。日本A2/O工艺的设计方法以公益社团法人日本下水道协会主编的《下水道设施设计指南与解说》以及地方共同下水道事业团的相关标准为依据。

2.2.1 厌氧区设计

中国和日本厌氧区的设计方法是一致的：即根据要去除的总磷负荷确定厌氧区的水力停留时间，以此HRT参数计算厌氧区的容积，即VA=(HRT×Q)/24。两国的设计规范中厌氧区HRT的取值范围均为1～2h。由表1可见，两国污水处理厂出水总磷的排放标准为<0.5mg/L。如原水总磷浓度较高，仅依靠生物除磷，出水TP难以维持稳定<0.5mg/L，还得添加PAC等化学药剂辅助除磷。

2.2.2 缺氧区设计

(1)中国的设计方法。按中国的规范，缺氧区的容积Vn采用反硝化动力学中的反硝化速率Kde为主要设计参数计算。即：

脱氮速率Kde与混合液回流比、进水水质、温度和污泥中反硝化菌的比例等因素有关。混合液回流比越大，带入的缺氧池的DO越多，Kde取值越低;一般混合液回流比为100%～300%。进水有机物浓度高且较易生物降解时，Kde取高值。Kde随温度的变化可用式(3)进行修正。

在设计中，由于原水水质情况有波动和差异，实际Kde的变化也很大，且因Kde取值不同会使计算所得缺氧区容积差异很大。通常Kde取经验值0.06～0.07kgNO-3—N/(kgMLSS˙d).然而，我国城镇污水处理厂普遍存在原水中供反硝化的碳源不足的情况，实际反硝化速率没那么高。这就造成了Kde的实际值与经验值的差异，如果差异较大，采用经验值设计的缺氧区可能达不到预期的脱氮效果。

(2)日本的设计方法。与中国的方法不同，日本的规范确定缺氧区容积时不是直接根据反硝化速率Kde计算，而是先以BOD污泥负荷为主要设计参数计算出缺氧区+好氧区的总容积V(厌氧区不包括在内)，即：

总容积V算出后，再用总容积V减去好氧区的容积Vo，得出缺氧区容积Vn。一般混合液回流比为100%～300%。初步算出的缺氧区容积Vn还不能被确定，还得利用此容积Vn反算出缺氧区的脱氮速率。再将此脱氮速率与设计规范中规定的脱氮速率进行比较，如妥当则此缺氧区容积Vn可行。如不妥当将需要重新修正LS，对缺氧区+好氧区的总容积V进行再计算。直至此脱氮速率与规定的脱氮速率基本一致，此缺氧区的容积Vn才能被确定。日本设计规范中规定的脱氮速率是以污水处理厂实际运行的数据为基础，总结出的脱氮速率与LS的线性关系———缺氧区脱氮速率与BOD5污泥负荷呈正相关来计算的。

由于日本下水TN的排放标准严于中国的一级A标准，，所以其脱氮效果的要求很高，《下水道设施设计指南与解说》中对A2/O工艺缺氧区的设计很谨慎，预期的脱氮效果比中国好。

2.2.3 好氧区设计

(1)中国的设计方法。按中国的规范，先根据硝化动力学计算出硝化所需的泥龄。即：

由于自养型硝化菌比异养型反硝化菌的比生长速率小得多，如果没有足够长的泥龄，硝化菌会从系统中流失。为保证硝化反应，泥龄必须>1/μ，且通常A2/O工艺泥龄应>10d。由于μ为纯种培养试验得到的硝化菌比生长速率，为了在环境条件不利于硝化菌生长时，系统中仍有硝化菌，故引入了安全系数F，一般取1.5～3。

设计中安全系数F和氨氮浓度的取值范围变化幅度大，且取值不同会使计算所得的泥龄差异很大。水温按12℃计算，如果F取值较小，计算所得的泥龄<10d，不能满足硝化的需要。由于实际工程设计中F和Na较难取值，我国许多设计单位应用国外的设计标准(如德国的ATV标准)，结合我国的实际情况对以上设计参数进行反复修正，才能较好地吻合实际工程运行参数。再计算出好氧区容积Vo，即：

中国的规范设计好氧区是基于硝化所需泥龄和BOD5的降解。而BOD5降解的产泥系数Yt取值范围变化幅度很大，宜根据试验资料确定，但设计中往往取的是经验值。污泥产率系数本来的含义是一定量BOD5降解后产生的SS。由于是有机物降解产物，这里的SS应该是VSS，即挥发性悬浮固体。但污水中还有相当数量的无机悬浮固体和难降解有机悬浮固体，它们并未被微生物降解，而是原封不动地沉积到污泥中，结果产生的SS将大于真正由BOD5降解产生的VSS，因此实际污泥产率往往大于经验值。BOD5降解产泥计算参数的设置有一定局限性。

(2)日本的设计方法。按日本的规范，同样也要先计算出硝化所必须的泥龄。但泥龄的计算方法与中国不同，不是根据硝化动力学计算，而是以水温为基础并考虑进水TN的负荷变动来计算的，即：

日本的规范中泥龄的计算方法是根据总氮负荷率的变化和总氮中氨氮和有机氮的硝化结合实际经验产生的，不涉及污水具体水质环境条件变化。因系数的取值不同计算所得泥龄差异较小，且最小泥龄也>11d，满足硝化的需要。由此可见，日本在对泥龄的计算方法比中国严谨保守。再计算好氧区的容积Vo，即：

好氧区的设计同样是基于硝化所需泥龄。除此之外，与中国的规范略有不同，日本的规范对BOD5降解产泥的计算参数设置更为严谨。事实上污水中含有的污染物质是复杂多样的，分为易降解和难降解、可溶性和不可溶性等，真正降解的BOD5仅为可溶性BOD5降解后产生的VSS。但原水中还有相当数量的SS和惰性有机物，它们并未被微生物降解，而是原封不动地沉积到污泥中，结果产生的污泥将大于可溶性BOD5降解产生的VSS，在不设初沉池的工艺中更是如比，污水中不同的水质组分对生物处理反应影响很大。故日本规范中，BOD5的降解产泥仅用可溶性BOD5来计算，并考虑了原水中SS产的泥，相应污泥产率系数b取值较高，为0.9～1kgMLSS/kgSS。而我国计算剩余污泥产量用的SS污泥产率系数取值较低，为0.5～0.7kgMLSS/kgSS。其次，随着处理程度提高，有机物降解越彻底，微生物处于内源呼吸状态，衰减也越多，产生的剩余污泥量也会减少，计算中引入了活性污泥内源呼吸污泥减量系数。综上所述，相对于中国的计算方法，日本对好氧区容积的计算方法较严谨稳妥。

3 设计举例

以中国南方某城市污水处理厂设计为例，该污水处理厂无初沉池，采用A2/O工艺，处理规模为10万m3/d。设计进水水质：BOD5200mg/L，SS 240mg/L，氨氮35mg/L，TN 45mg/L，TP 4mg/L。设计水温12℃。分别按中国方法和日本方法进行设计，主要设计参数对比见表2。

由表2可见，由于中国和日本厌氧区的设计方法是一致的，根据设计进水TP 4mg/L，设计厌氧区水力停留时间为1.5h。生物反应池中MLSS浓度均设为4g/L。按日本规范设计的缺氧区和好氧区HRT明显比按中国规范设计的长，且BOD5污泥负荷低。原因有：

(1)按日本的规范，即使参数取值最小，计算所得泥龄最短也有11.5d;按中国的规范计算所得泥龄较短。

(2)按日本的规范计算好氧区引入了原水SS浓度和SS污泥转换率，且SS浓度的取值对好氧区容积Vo的影响很大，按日本的规范充分考虑了不设初沉池惰性固体沉积在生化池的污泥产量较大，SS污泥产率系数取值也比中国高。故按日本规范设计的好氧区容积比中国大，水力停留时间也较长。

(3)不同于中国的方法，日本设计缺氧区容积的方法为根据BOD5污泥负荷LS计算出好氧区+缺氧区的总容积V(厌氧区不包括在内)，再减去好氧区的容积Vo，才能得到缺氧区的容积Vn，并还要用与BOD5污泥负荷LS相关的脱氮速率(即反硝化速率)去校核缺氧区容积计算的妥当性，经反复修正后才能确定缺氧区的容积Vn。要取得理想的脱氮效果，缺氧反硝化反应需较长的水力停留时间，最终确定的缺氧区容积较大。

(4)由于好氧区容积Vo较大，如果BOD5污泥负荷LS取值较高，计算所得的好氧区+缺氧区总容积V就较小，则缺氧区容积Vn也较小，不能满足脱氮的需要。故经重新修正BOD5污泥负荷LS要取较小的值，才能保证缺氧区容积设计的稳妥性。

4 工程案例比较

以成都市某污水处理厂和东京市有明污水处理厂为例进行比较，对比情况见表3。

由表3可见，东京市有明污水处理厂生化池缺氧区的停留时间明显更长，如此设计处理效果基本能满足日本排放标准，尤其是TN排放标准的要求。由于生化池总停留时间长，容积大，有明污水处理厂生化池有效水深达11.5m，这样在同等池容下可节省一部分占地面积，缓解紧张的土地资源。

5 结论和建议

(1)相比中国的规范，按日本规范设计的A2/O工艺，在泥龄的计算上较保守，对缺氧区脱氮速率的确认和好氧区产泥的计算较严谨，许多参数的取值范围变化幅度不大，较稳妥。设计的缺氧区和好氧区的水力停留时间比中国长，污泥负荷低，泥龄较长，加之日本原水碳源状况比中国好，污水处理厂处理效果基本能满足日本比中国更严格水质排放标准，尤其是TN排放标准的要求。但日本的设计方法较保守，设计的生化池容积较大，会增加基建投资和后期运行费用。

(2)按中国的设计规范，一些参数取值范围变化幅度大。如计算泥龄的参数，实际工程设计中较难取值，需应用国外的设计规范结合我国的实际情况对设计参数进行反复修正。一些设计参数的确定完全依靠经验：如脱氮速率Kde，实际脱氮速率比经验值偏低;如污泥的产率系数Yt的取值未考虑惰性有机物和无机物的产泥，Yt取值偏小。虽然设计出的生化处理效果大体能满足我国排放标准的需要，但也暴露出一些不足：当遇到原水碳源不足，原水TN浓度高于设计浓度时，生化系统可能达不到预期的脱氮效果。

(3)日本A2/O工艺的设计方法对我国有一定的借鉴意义。可以借鉴日本的设计规范结合其他国家的设计规范和我国的实际情况对泥龄、污泥产率系数等参数进行适当的修正。来源：清然环保QREP

污水厂调试-活性污泥的驯化培养

2016-07-15 污水处理厂

活性污泥的培养与驯化活性污泥有多种培养方法，但不同的方法所要求的培养时间和人力物力均不同。应根据废水水质、气候、实际许可的条件等情况来选择培养方法。  

1.培养前的准备工作 

（1）各构筑物建成，并经清池清除建筑垃圾，静压试验证明无渗漏，无下沉位移，最后按有关规程验收合格。 

（2）电器、机械、管路等全部设备建成并经单机试车、联动试车正常。最后按有关规程（说明书）验收合格。

（3）根据日后运行管理需要，有条件的污水处理厂（站）需进行最基本的常规化验测试，如pH、水温、 COD 、DO、生物相等，用以指导活性污泥的培养过程和日常运行。 

（4）基础数据的调查摸底，包括污水流量昼夜变化情况，水质（pH、水温、COD、BOD5/CODCr、含氮、含磷、有毒物质等）及其变化情况，各种设施和设备的技术参数。有条件的地方最好对受纳水体(如接纳排污的河流等)本底水质调查备案，以便考察若干年后对受纳水体的影响提供依据。 

（5）根据处理水质状况备足必需的营养物(碳源、氮源、磷源)，以备缺什么补什么。采用接种培菌法还需备足污水性质相似其他污水处理厂（站）的干（或浓缩）污泥作为活性污泥微生物培养用的菌种。 

（6）操作人员应熟悉整个系统的管道布置和公用工程方面的情况，了解污泥培养的基本过程和控制要求。 

（7）人员到位，自培养和驯化后一般应使系统连续运行，不能脱人。 

（8）编制必要的化验和运转的原始记录报表以及初步的建章立制。从培菌伊始，逐步建立较规范的组织和管理模式，确保启动与正式运行的有序进行。 

 2．自然培菌自然培菌，也称直接培菌法。它是利用废水中原有的少量微生物，逐步繁殖的培养过程。城市污水和一些营养成份较全、毒性小的工业废水，如食品厂、肉类加工厂废水，可以考虑这种培养方法，但培养时间相对较长。自然培菌又可分为间歇培菌和连续培菌二种。 

（1）间歇培菌。将曝气池注满废水，进行闷曝（即只曝气而不进废水），数天后停止曝气，静置沉淀1 h ，然后排出池内约1/5的上层废水，并注入相同量的新鲜污水。如此反复进行闷曝、静沉和进水三个过程，但每次的进水量要比上次有所增加，而闷曝时间要比上次缩短。在春秋季节，约二、三周就可初步培养出污泥。当曝气池混合液污泥浓度达到1克/升左右时，就可连续进水和曝气。由于培养初期污泥浓度较低，沉淀池内积累的污泥也较少，回流量也要少一些，此后随着污泥量的增多，回流污泥量也要相应增加。当污泥浓度达到工艺所需的浓度后，即可开始正常运行，按工艺要求进行控制。 

（2）连续培菌。先将曝气池进满废水，然后停止进水，闷曝半天至一天后可连续进水。连续曝气，进水量从小到大逐渐增加，连续运行一段时间（与间歇法差不多），就会有活性污泥出现并逐渐增多。曝气池污泥量达到工艺所需的浓度时，按工艺要求进行控制。由于自然培菌法是用废水直接培养活性污泥，其培菌过程也是微生物逐步适应废水性质并获得驯化的过程。  

3．接种培菌接种培菌法的培养时间较短，是常用的活性污泥培菌方法，适用于大部分工业废水处理厂。城市污水厂如附近有种泥，也可采用此法，以缩短培养时间。接种培养法常用的有如下二种： 

 (1) 浓缩污泥接种培菌。采用附近污水处理厂的浓缩污泥作菌种(种泥或种污泥)来培养。城市污水和营养齐全、毒性低的工业废水处理系统的活性污泥培养，可直接在所要处理的废水中加入种泥进行曝气，直至污泥转棕黄色时就可连续进污水（进水量应逐渐增加），此时沉淀池也投入运行，让污泥在系统内循环。为了加快培养进程，可在培养过程中投加未发酵过的大粪水或其它营养物。活性污泥浓度达到工艺要求值即完成了培菌过程。从经济上讲，种泥的量应尽可能少，一般情况下控制在稀释后使混合液污泥浓度在0.5g/L以上。对有毒工业废水进行培菌时，可先向曝气池引入河水，也可用自来水（需先曝气一段时间以脱去其中的余氯），然后投入种污泥和未经发酵的大粪水进行曝气，直至污泥呈棕黄色后停止曝气，让污泥沉降并排掉一部分上清液，再次补充一定量的大粪水继续曝气，待污泥量明显增加后，逐步提高废水流量。在培菌的后期，污泥中微生物已能较好地适应工业废水水质。  

（2）干污泥接种培菌。“干污泥”通常是指经过脱水机脱水后的泥饼，其含水率约为70～80%。本法适用于边远地区和取种污泥运输距离较远的情况。干污泥接种培菌的过程与浓缩污泥培菌法基本相同。接种污泥要先用刚脱水不久的新鲜泥饼，投加至曝气池前需加少量水并捣成泥浆。干污泥的投加量一般为池容积的2～5%。干污泥中可能含有一定浓度的化学药剂(用于污泥调理)，如药剂含量过高、毒性较大，则不宜用作为培菌的种泥。鉴定污泥能否作接种用，可将少量泥块捣碎后放入小容器(如烧杯或塑料桶)内加水曝气，经过一段时间后如果泥色能转黄，就可用于接种。  

污泥培菌的注意事项： 

（1）活性污泥培菌过程中，应经常测定进水的pH、COD、氨氮和曝气池溶解氧、污泥沉降性能等指标。活性污泥初步形成后，就要进行生物相观察，根据观察结果对污泥培养状态进行评估，并动态调控培菌过程。  

（2）活性污泥的培菌应尽可能在温度适宜的季节进行。因为温度适宜，微生物生长快，培菌时间短。如只能在冬季培菌，则应该采用接种培菌法，所需的种污泥要比春秋季多。  

（3）培菌过程中，特别是污泥初步形成以后，要注意防止污泥过度自身氧化，特别是在夏季。有不少厂都发生过此类情况。这不仅增加了培菌时间和费用，甚至会导致污水处理系统无法按期投入运行。要避免污泥自身氧化，控制曝气量和曝气时间是关键，要经常测定池内的溶解氧含量，要及时进水以满足微生物对营养的需求。若进水浓度太低，则要投加大粪等以补充营养，条件不具备时可采用间歇曝气。  

（4）活性污泥培菌后期，适当排出一些老化污泥有利于微生物进一步生长繁殖。  

（5）工业废水处理厂在生产装置投产前往往没有废水进入，而一旦生产装置投产后，排放的废水就需及时处理。此时，应根据实际情况合理确定培菌时间，并提前准备种污泥及养料等。 

（6）如曝气池中污泥已培养成熟，但仍没有废水进入时，应停止曝气使污泥处于休眠状态，或间歇曝气(延长曝气间隔时间、减少曝气量)，以尽可能降低污泥自身氧化的速度。有条件时，应投加大粪、无毒性的有机下脚料(如食堂泔脚)等营养物。  

（7）大部分的废水处理厂都有二个(格)以上的曝气池。这种情况下可先利用一只曝气池培养活性污泥，然后再输送到相邻其它曝气池进行多级扩大培养。本法适用于规模较大的废水处理厂。

来源：污水处理厂