污水厂提标改造中A2/O工艺应用发展趋势

2023-05-18 23:00:13

污水厂提标改造中A2/O工艺应用发展趋势

原创 2016-11-10 马宁,等 中国给水排水



导读

随着社会经济发展和环保意识提高,我国城镇污水处理厂排放标准日益严格。在此期间,A2/O工艺因具有出水水质好、结构简单等特点已在我国大中型污水处理厂及再生水厂得到了广泛应用。论文阐述了A2/O工艺针对不同的出水水质指标和进水特性对工艺进行阶段性提标改造的常用技术手段,包括低碳氮比、低温等情况下达到一级A排放标准的技术措施,进一步提高再生水回用水质的A2/O-MBR工艺组合及其深度处理方案等。针对现有A2/O及其改进工艺的不足,未来A2/O工艺的主要发展趋势是基于“能源回收自给”的可持续脱氮除磷,同时存在对氮磷等植物营养物深度去除和内分泌干扰物高效净化的深度处理技术需求。




作者简介:马宁(1983-),男,安徽合肥人,博士研究生学历,高级工程师,主要研究方向为水污染控制工程。


1

A2/O工艺的应用与挑战


据统计,A2/O及以其为基础的脱氮除磷工艺目前在我国已占据50%以上的市场。截止到2014年1月,北京市已运营的44家万吨级以上污水处理厂中,共有11家污水处理厂采用了A2/O工艺及其改进型工艺,A2/O工艺的处理规模占北京市年污水处理能力的60.5%,其中有4家为10万吨级以上的设计运营规模,如高碑店污水处理厂、小红门污水处理厂、清河污水处理厂等。然而,A2/O工艺自身特点注定了其将面临硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在着矛盾和竞争, 因此难以同时实现碳、氮、磷的高效去除,并满足日益严格的排放限值。


2

基于一级B 达标排放的A2/O工艺的难点与主要技术措施 

2.1
基于一级B达标排放的A2/O工艺典型问题


污水处理厂从国标GB18918-2002二级排放标准提升为一级B的难度相对较低,采用A2/O工艺需解决的技术问题也较为明确,一般通过对溶解氧(DO)、混合液回流比(RN)、污泥回流比(R)和水力停留时间(HRT)等各参数优化控制即可达到。


2.2
溶解氧(DO)控制


好氧池过高的DO不仅会抑制硝化菌的硝化作用,而且破坏厌氧池和缺氧池的低DO状态;过低的DO会限制硝化菌的生长率,严重影响污水的脱氮效果。缺氧池DO变化可通过抑制硝酸盐还原酶的合成和活性,影响反硝化过程。早期研究者对A2/O工艺各阶段DO的控制总结得出:好氧池DO控制在2.0mg/L左右、缺氧池DO在0.2~0.5mg/L、厌氧池DO在0.2mg/L以内为宜


2.3
混合液回流比(RN)和污泥回流比(R)的影响与选择


选择合适的混合液回流比(RN)和污泥回流比(R)对污水脱氮效果至关重要。RN过大时需要高功率的回流泵,增加能耗。反之,当RN较小时,脱氮效率降低。R过小时,厌氧池污泥负荷增加,将影响各段的生化反应效率;R过大则抑制聚磷菌释放磷的效果,降低总磷去除率。李明等人通过对A2/O工艺的研究对比得出,一般R=50%~100%,最低不可低于40%;李银波等人采用A2/O脱氮除磷工艺中试试验表明,RN为200%时系统处理效果最佳。


2.4
水力停留时间(HRT)的影响与设定


一般来说,延长HRT时间有利于提高COD去除效果,但对于厌氧池,过长的HRT容易产生污泥膨胀,过短水流速度较大,易导致活性污泥流失;相对于好氧池,过长的HRT则使SRT缩短,影响污泥释磷效果,增加污泥排放量;较短的HRT使污水中硝化过程不充分,不利于脱氮。李永峰等与林琳等人研究结果对比表明,HRT对TN、TP和NH3-N的去除率影响较大,对COD去除率影响相对较小;HRT控制在5~8h时,系统整体功能性较好。


北京小红门污水厂处理厂


 麋鹿苑里湿地的水源来自于小红门污水处理厂



3

针对一级A达标排放的A2/O工艺的难点与主要技术措施 

3.1
针对一级A 达标排放的A2/O工艺难点


出水水质进一步从一级B标准提标至一级A标准回用时,COD、TN、氨氮和TP要求均有所提高。在合理C/N比以及非低温环境下,通常采用A2/O工艺进行优化调试能够达到一级A标准要求;但对于C/N比较低或低温环境等不可控问题,仅通过简单工艺调试很难达到一级A水质要求。


3.2
低C/N比问题及其技术措施


根据住建部“全国城镇污水处理信息系统”数据显示,我国大部分城镇都面临着C/N比偏低的现象,多数城市污水中C/N比在3~4之间。在采用A2/O工艺处理低C/N值污水时,一般脱氮除磷效率不高,因此较难达到一级A标准。目前常用的解决措施主要从外加碳源和内碳源两方面着手。


投加碳源:这是一种能够快速有效提高C/N值的最简单办法。为反硝化过程提供足够的碳源(如甲醇、葡萄糖、乙酸钠等)能够有效地提高脱氮效率,但长期投入显然增加污水处理成本。


投加垃圾渗滤液:陈杰明等人对重庆市某大型污水厂投加垃圾渗滤液补充碳源方法进行了研究,当垃圾滤液的投配率为0.1%时,活性污泥不会受到垃圾滤液的毒性干扰,同时可为系统增加约15%的碳源,一方面可以解决垃圾滤料的排放问题,另一方面投入成本低,是一种较经济实用的借鉴。


增设单元:池年平等人通过在传统A2/O工艺前端增设预缺氧池形成A-A2/O(缺氧—厌氧—缺氧—好氧)工艺得出相较于A2/O工艺脱氮除磷效果有显著的提升;A-A2/O工艺脱氮主要在预缺氧池和缺氧池完成,且两者脱氮量相当,厌氧池则可专注于除磷,是一种克服低C/N比的有效方法。例如,东莞市华骏污水处理厂(5万吨/日)采用A-A2/O工艺,将来自二沉池的回流污泥和10%左右的进水进入反硝化池,消除硝态氮对厌氧池释放磷的不利影响,强化了除磷脱氮效果,出水基本达到一级A标准限值。


工艺优化:将传统A2/O工艺中厌氧池与缺氧池顺序调换可形成倒置A2/O工艺,通过对倒置A2/O研究,黄理辉、张杰等人发现缺氧段之前能够优先得到碳源,单位容积反硝化能力增强,反硝化效果能够得到有效地保证;同时,回流污泥经过完整的吸磷和释磷过程,除磷效果也较好。广东省佛山市某污水处理厂(20万吨/日)和宁夏石嘴山市第一污水处理厂(6万吨/日)等均采用倒置A2/O工艺对原有工艺进行升级改造和调试,保证了厌氧池的厌氧状态,强化了脱氮除磷效果,确保了出水满足国标一级A排放标准。


分段进水:通过分段进水的形式可有效强化系统对原水中碳源的利用,提高对污染物的去除能力。青岛城阳污水处理厂(5万吨/日)通过分段进水的方式提高系统对原水中碳源的利用率,强化了脱氮除磷能力,并成为中国环保产业协会评出的城市污水处理达一级A标准的示范工程。改良后的生物池出水水质达到一级A 标准基础上,每天可节省电耗约672 kW·h。


3.3
低温问题及其解决措施


目前,低温低碳是我国大部分污水处理厂面临的最棘手的问题。温度对微生物细胞的繁殖、生物种群的组成、活性污泥的絮凝性能、曝气池对氧的利用效率以及水的粘度等都有较大的影响。低温显著降低硝化菌和反硝化菌的活性,严重影响脱氮除磷效果。


针对低温问题,倒置A2/O工艺也可作为缓解手段之一。张智等人]对重庆市鸡冠石污水处理厂的倒置A2/O工艺在低温脱氮除磷效果不稳定的问题进行了研究,表明低温条件下将污泥浓度提高到5500~6000mg/L、好氧池DO控制在1.2mg/L左右时,出水能够达到国标一级A标准。


A2/O-BAF是目前克服低碳氮比下的低温问题最常用工艺之一。通过后置BAF工艺,王建华等人得出A2/O-BAF工艺在低温条件下脱氮除磷能够同时取得良好的效果,不仅出水达到国家一级A标准,而且A2/O段活性污泥的平均SVI 为85.4mL/g,具有良好的沉降性。萧县城北污水处理厂(5万吨/日)于2015年采用水解酸化-A2/O-BAF工艺处理市政污水,强化了脱氮除磷效果,出水满足国标一级A排放标准。





萧县城北污水处理厂



4

针对地表水IV类回用要求的A2/O工艺的典型问题及主要技术措施 

4.1
基于地表水IV类回用要求的A2/O工艺面临的挑战


为实现水体污染物减排目标、提高水资源循环利用率、改善河湖水环境质量及恢复水体功能,我国部分典型缺水城市(如北京市)已率先在国标基础上进一步提高对污水排放标准,将排放标准提升至北京市地方标准DB 11/809-2012(接近地表水IV类)。该标准在COD、TN、氨氮和TP等指标更加严格,这对于大部分现有污水处理厂来说,仅通过简单的工艺调整很难达到排放要求。


4.2
对于地表水IV类及以上回用要求的A2/O工艺采取的主要措施


一般来说,将污水通过A2/O工艺处理至地表水IV类回用要求时,不仅要具有较高的脱氮除磷水平,还要求具有很高的有机污染物去除性能。在进水满足要求基础上,可采取的总体策略是:一方面,采用现有的二级强化,特别是新型生化强化工艺,尽可能提高二级处理段的脱氮除磷能力;另一方面,需引入深度处理工艺,尤其是以膜技术及其组合工艺为代表的深度回用水处理工艺,可将二级处理出水处理至地表水IV类或以上水质。


A2/O-MBR及其改进工艺

虽然A2/O工艺具有良好的脱氮除磷效果,但其脱氮效率很难进一步提高。为此,Adam等一批学者提出了将A2/O与MBR相结合(A2/O-MBR工艺)的污水处理方式,不仅出水水质效果好、污染物指标去除率高,而且实现了HRT与SRT之间相互独立,很好地解决了传统活性污泥法同步脱氮除磷时两者所需污泥龄不同的矛盾,不足是膜污染将导致维护运行成本也相应提高。为积极响应北京市政府“污水治理三年行动方案”(2013-2015年),北京市肖家河污水处理厂(8万吨/日)由A2/O升级改造至A2/O-MBR工艺,改造后出水水质由国标一级A标准提高到北京市地标B标准,主要指标满足地表IV类水体标准。在升级改造过程中,该厂表现出诸多亮点,如占地面积小、污水处理无间断、扩建不扩地、节能型MBR技术、紫外加臭氧氧化技术等。


为提高A2/O工艺的脱氮除磷能力,可在一级A提标改造的基础上进一步形成倒置A2/O-MBR和A2/O-A-MBR等组合工艺。张健君等人对倒置A2/O-MBR中试表明,该系统具有高效的生物除磷效果,主要由于倒置A2/O段理想的释磷环境和MBR段膜分离对胶体形态磷的截留作用;董良飞等在A2/O基础上开展了A2/O-A-MBR工艺处理低碳源城市污水的中试研究,经过60天的调试运行,出水已基本达到地表水IV类的回用要求,进一步提高了脱氮除磷的水平。


A2/O-MBR+膜分离工艺

在A2/O-MBR组合工艺及其改进工艺的基础上,进一步引入膜分离单元作为再生回用的三级处理单元,可以实现污水资源化高效回用。根据深度处理膜单元自身的特点,可将二级处理出水处理至地表水IV类或以上水质。北京市翠湖再生水厂(1.3万吨/日)在传统A2/O工艺基础上增加前置或后置缺氧池,并与MBR相结合,已使得水质可以达到出水达到地表水IV类标准;进一步将其中的0.7万吨/日的MBR出水采用超低压反渗透(DFRO)膜处理,出水水质标准提升至满足国标(GB3838-2002)的地表水Ⅲ类标准,可回灌地下水或用于工业循环用水,同时亦满足翠湖国家湿地公园补水需求。


 A2/O-MBR+人工湿地工艺

对于氮磷等部分指标偶尔超标的A2/O-MBR工艺,可后续采用潜流人工湿地,发挥植物根系吸收和富氧作用、基质填料截留及微生物的分解作用,进一步去除氮磷等植物营养物,可有效保障A2/O-MBR工艺出水达到地表水IV类限值。




北京翠湖再生水厂


4.3
基于再生水厂提标改造A2/O工艺未来发展趋势


截止目前,A2/O及其改进工艺已在我国的大中型污水处理厂中广泛应用并对生态环境保护产生了积极的作用。然而,我国的污水处理工艺首要目标是“去除污染物”而不是“回收能源”,造成了A2/O工艺和国内其他污水处理工艺类似,在实际应用中仍然表现出能耗高、能源自给率低和出水需深度处理等特点。随着污水处理厂的进一步发展,以实现“工艺能耗最小化”、“消化产能最大化”和“能源回收自给最大化”的可持续脱氮除磷将是A2/O工艺未来发展的主要趋势。这就要求未来污水处理厂除了做好节能降耗优化和水资源可持续循环利用以外,还需要集中消化水解污泥、最大程度回收有用资源和提高污水处理厂能源自给率,甚至包括在有适度外源有机废物协同处理的情况下,尽可能做到能源零能耗。

 

在生态友好性方面,未来污水处理厂应具有感官舒适、建筑和谐、环境互通、环境友好等方面的特征。然而,现有工艺在污水资源化利用进程中仍然难以在实际运行中实现对氮磷等植物营养物的深度去除需求和对环境众多内分泌干扰物的高效净化功能,攻关研发针对此类需求的前瞻性工艺将可能是提高污水处理厂出水生态友好性的主要发展方向。


5

总结与展望 

针对不同排放水质指标和不同污水特性的污水处理厂升级改造,A2/O工艺出水水质稳定、脱氮除磷效果好、COD去除率高,一般能达到国标一级B或者一级A排放要求,是目前大中型污水处理厂应用最广泛的污水处理工艺。

 

A2/O工艺难以通过简单的系统优化达到出水水质接近国标地表水IV类限值标准,A2/O-MBR组合工艺则以其独特的优势在此需求上具有良好的实际工程效果,因此将在污水处理厂改造过程中具有较好的推广潜势。

 

A2/O-MBR工艺在提标改造中具有出水水质效果好、升级改造容易等诸多优势,但同时也存在着一些需注意的问题(如维护要求严、运行成本高等),因而存在后续改进完善的空间。

 

A2/O及其改进工艺当前表现出能耗水平高、能源自给率低和出水需深度处理等不足,基于“能源回收自给”的A2/O可持续脱氮除磷、植物营养物深度去除和内分泌干扰物高效净化等是其未来发展的主要趋势和方向。



(更详细内容参见《中国给水排水》第20期:污水处理厂提标改造中A2/O工艺研究进展与应用趋势,作者:北京市水科学技术研究院流域水环境与生态技术北京市重点实验室 马宁、刘操、韩旭、骆虎、杨兰琴,首都师范大学资源环境与旅游学院 汪浩,北京市排水管理事务中心 侯达)









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城镇污水厂污泥快速固化剂研究 393

孙青林,李  易,周  炯,周  重庆大学

污泥龄对污泥减量的序批式活性污泥法的影响 401

                                 蔣一凡,李彬彬,胡  旸,余  静,秦浩然,史浩磊

(扬州大学)

SBR不同沉降时间污泥特性研究 408

  堂,王玉莹,支丽玲(江南大学) 

  硕,李  激(江南大学;江苏省厌氧生物技术重点试验室;

江苏高校水处理技术与材料协同创新中心)

无机高氨氮废水CANON工艺污泥脱氮性能研究 416

付昆明,付  巢(北京建筑大学)

市政污泥热水解-深度脱水工艺应用研究 424

杜莉娟,鄢祖喜苏州工业园区中法环境技术有限公司

污泥发酵液中去除氨和磷的方法研究 432

韩博涛,李晓玲,李彦鹏,杨利伟长安大学

高效液相色谱法测定城市污泥堆肥中的三氯生 437

  首都师范大学;中国科学院地理科学与资源研究所

郑国砥,刘长利(中国科学院地理科学与资源研究所;中国科学院大学)

王学东(首都师范大学)

牛明杰(中国科学院地理科学与资源研究所)

电镀废水重金属污染物对其生化单元污泥脱氢酶活性的抑制效应研究 444

刘洪波,李艳华,陈  上海理工大学

无机磷源及酶活性与厌氧活性污泥产磷化氢的关系研究 451

曹建平(广州大学;东华理工大学)

张朝升,赵丽敏,荣宏伟,韦  伟,刘  广州大学

生活污水处理站板框污泥脱水系统的设计与改造实例 456

                                                 刘再亮,孟海玲,王雅萍,朱丽莎  

安徽工业大学

热水解预处理对剩余污泥高温厌氧消化产气性能及微生物群落结构的影响研究 461

  峰,刘长青,张雪,廖足良(青岛理工大学)

AAO微曝氧化沟的污泥回流节能改造 467

  荣(广东亮科环保工程有限公司)

刘惠成东莞市东城牛山污水处理服务有限公司

连续仓式动态好氧发酵工艺市政污泥处置工程运用以及分析 470

  耀,詹技灵(中大万邦<厦门>有机质科技有限公司)

污水悬浮固体组成对活性污泥系统的影响 477

秦浩然,余  扬州大学

赵敏杰,林庆月(仪征实康污水处理有限公司)

不同葡萄糖浓度对厌氧颗粒污泥厌氧发酵产氢特性的影响 484

王淑静,裴同英天津大学仁爱学院

燃煤电厂脱硫废水系统泥渣减量技术研究 490

                                           进,吴火强,连坤宙,刘亚鹏,樊开远

(西安热工研究院有限公司)

无锡桃花山垃圾填埋场污泥潭污泥活性酶调理联合OVPS增压式真空预压工程 495

                                       雷,金亚伟江苏省鑫泰岩土科技有限公司  兴,殷建钢无锡市城市环境科技有限公司

罗学华江西省地质矿产勘查开发局赣西北大队


污泥无害化处置和资源化利用的工艺路线···················································· 504

                             王树岩(中泥环境<北京>有限公司)


城市污泥的深度脱水与自焚烧·································································· 518

                                    刘学琳,徐  (江苏盐城市城东污水处理厂)

基于隐性生长理论的污泥源头减量技术研究进展··········································· 523

                             针,张彬炎,刘氶轩,邵相宇,陈  帅,赵玉鑫,蒋宝军(吉林建筑大学)





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奥图泰流化床能源系统为市政污泥提供可持续的解决方案




郑光云-奥图泰能源与环境业务发展经理



超声波污泥处理——源头减量、强化脱水、高级厌氧消化三部分 


中国人民大学 张光明 教授



 目:城市污泥堆肥与土地利用的障碍与解决途径浅析

报告人:中国科学院地理科学与资源研究所 郑国砥 博士 副研究员


一体化污泥炭化技术和资源循环利用 


(湖南鼎玖能源环境科技有限公司 姜良军总经理)


污泥改性碳化及资源利用技术简介

 中国给水排水




(中国建筑东北设计研究院有限公司污泥碳化技术研究院 劳余力 




中国科学院生态环境研究中心 郁达伟 博士:基于计算流体力学的污泥生物干化通风模拟与优化 






北京北排建设 :高碑店污泥高级厌氧消化建设与运行实例分析

原创 2017-06-09 田宇  






同济大学 戴晓虎 教授:污泥处理处置瓶颈问题与技术分析(图表详实) 





 同济大学环境科学与工程学院戴晓虎教授发言题目:污泥处理处置瓶颈问题与技术分析




普拉克市政污泥及有机垃圾厌氧处理技术及案例分享 --- 普拉克环保系统(北京)有限公司 戴桂蕊 教授级高工



普拉克环保系统(北京)有限公司 戴桂蕊 教授级高工,发言题目:普拉克市政污泥及有机垃圾厌氧处理技术及案例分享。



 

题 目:助力污泥资源化之路-- 高效环保的绞压式脱水机工艺组合介绍

报告人:苏伊士新创建有限公司   颜莹莹 污泥市场经理 


中国给水排水2017年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会(第八届)成功召开

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 700多名污泥行业代表齐聚北京共商发展之道 -- 鼎力打造中国污泥处理处置核心品牌生态圈


热水解高级消化处理污泥助力污泥集中处理和多途径处置

康碧集团  业务拓展副总裁 廖足良  博士


威立雅先进的污泥处理解决方案及新案例介绍



威立雅水务技术 高级工程师 宫曼丽 博士


以最大程度资源回收为目标的新加坡污泥处理与处置 

中国给水排水

曹业始-- 新加坡公用事业局(PUB) 首席专家(污水处理) 荷兰代尔夫特科技大学(TUD) 博士  



国内污水潜能定量计算结果首次发布! 




编者按



截至目前,国内尚未发现对污水中潜能进行定量计算的报道,对于污水潜能大多引用国外数据,并引发一些质疑。为此,北京建筑大学中—荷未来污水处理技术研发中心郝晓地教授团队试图通过之前已建立的能量平衡与计算模型,分别定量计算污水中蕴含的化学能与热能含量,以诠释污水潜能的蕴藏量以及可以回收利用的价值,让业内人士真正了解污水潜能的来源与丰量。







市政污泥无害化处理、资源化利用,零添加辅料好氧堆肥工艺 ---- 中泥环境(北京)有限公司 冯恩利 总经理 

 

下面有请中泥环境(北京)有限公司冯恩利总经理,介绍《市政污泥无害化处理、资源化利用,零添加辅料好氧堆肥工艺》


污泥高干脱水与炭化资源化整体解决方案




下面有请安徽省通源环境节能股份有限公司研发部部长何光亚,他给我们介绍的题目是《污泥高干脱水与炭化资源化整体解决方案》。




低温真空脱水干化成套技术及工程应用







 目:低温真空脱水干化成套技术及工程应用

报告人:上海复洁环保科技股份有限公司  曲献伟 技术总监





题  目:热水解厌氧污泥新型调理技术的开发及工程应用

报告人:中国科学院生态环境研究中心   王东升 研究员



黑臭淤泥(污泥)生态治理技术及工程案例分析 





下面的报告是来自江苏鑫泰岩土科技有限公司总经理(温州大学特聘教授)金亚伟,带来的题目是《黑臭淤泥(污泥)生态治理技术》。有请!





超高压弹性压榨机在污泥处理领域的广泛应用

原创 2017-06-29 刘道广 






接下来有请上海同臣环保股份有限公司副总裁刘道广,主题是:超高压弹性压榨机在污泥处理领域的广泛应用。大家掌声有请!




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