QWSTN法和AAO法污水處理工藝

　　在煤化工污水處理中，最常見(jiàn)的活性污泥法污水處理工藝包括 AO 法、AAO 法 ( 又稱 A2O法) 、SBR 法等，而 QWSTN 法比較少見(jiàn)。以下結(jié)合陜西煤化能源有限公司 QWSTN 法污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)際，重點(diǎn)介紹 AAO 法和 QWSTN法的工流程及其運(yùn)行特點(diǎn)，指出 AAO 法和 QW-STN 法在工藝上的區(qū)別和各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并提出 QWSTN 法相應(yīng)的工藝控制要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。

　　1 AAO 法污水處理工藝

　　1. 1 AAO 法污水處理工藝簡(jiǎn)介

　　AAO 法全稱為厭氧 - 缺氧 - 好氧活性污泥法，指采取厭氧池、缺氧池和好氧池的各種組合以及不同的污泥回流方式，通過(guò)活性污泥的新陳代謝除去污水中有機(jī)污染物、氨氮和磷等的污水處理方法。其中，厭氧池 ( anaerobic zone) 指非充氧池，溶解氧濃度一般小于 0. 2 mg / L，主要功能是進(jìn)行磷的釋放; 缺氧池 ( anoxic zone) 也是一個(gè)非充氧池，溶解氧濃度一般在 0. 2 ～ 0. 5mg / L，主要功能是進(jìn)行反硝化脫氮; 好氧池 ( oxic zone) 指充氧池，溶解氧濃度一般不小于 2 mg / L，主要功能是降解有機(jī)物和硝化氨氮及過(guò)量攝磷。也就是說(shuō)，在厭氧、缺氧和好氧 3 個(gè)生化反應(yīng)環(huán)境中，污水中的有機(jī)物先由難分解的大分子轉(zhuǎn)化成易分解的小分子，再轉(zhuǎn)化成 CO2 排放; 同時(shí)，污水中的氨氮先轉(zhuǎn)化成亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，再轉(zhuǎn)化成 N2 排放，最終實(shí)現(xiàn)污水的生化處理和達(dá)標(biāo)排放。

　　AAO 法污水處理工藝主要應(yīng)用于大中型城鎮(zhèn)污水廠或工業(yè)污水廠，由預(yù)處理、生化處理和污泥處理等 3 大工序構(gòu)成。其中，預(yù)處理工序主要包括格柵過(guò)濾、沉砂池、初沉池、氣浮池、隔油池、纖維或毛發(fā)捕集器等; 生化處理工序主要包括厭氧池、缺氧池、好氧池、二沉池和污泥回流池等; 污泥處理工序主要包括脫水脫泥機(jī)、污泥輸送機(jī)、污泥存儲(chǔ)間等。

　　污水經(jīng)預(yù)處理工序處理后進(jìn)入生化處理工序，生化處理工序是 AAO 法污水處理工藝的核心環(huán)節(jié)。在生化處理過(guò)程中，污水先進(jìn)入?yún)捬醭剡M(jìn)行脫磷反應(yīng)，再進(jìn)入缺氧池進(jìn)行反硝化脫氮，后進(jìn)入好氧池進(jìn)行硝化反應(yīng)并降解有機(jī)物; 當(dāng)污水中有機(jī)物、氨氮和磷等充分降解后，進(jìn)入二沉池，澄清后的污水達(dá)標(biāo)排放; 沉降下來(lái)的污泥一部分返回生化處理工序，另一部分進(jìn)入污泥處理工序進(jìn)行泥水分離。典型的 AAO 法污水處理工藝流程見(jiàn)圖 1。

圖 1 典型的 AAO 法污水處理工藝流程框圖

　　1. 2 AAO 法污水處理工藝的特點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn): ① 適宜于處理生活污水、城市污水，以及工業(yè)上含氮、磷等污染物的污水; ② 具有良好的除氮脫磷功能，除碳效果一般; ③ 具有去除難降解有機(jī)物的功能; ④ 可改善活性污泥的沉降性能，減少污泥排放量，降低污泥含水量; ⑤ 可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化污水處理，對(duì)儀表自動(dòng)化要求不高; ⑥ 工藝操作簡(jiǎn)單，設(shè)備維護(hù)方便，運(yùn)行管理難度小，污水處理成本低; ⑦ 工藝技術(shù)成熟、先進(jìn)，設(shè)備運(yùn)行可靠，污水處理效果良好; ⑧ 國(guó)內(nèi)工程應(yīng)用實(shí)例多，容易獲得工程設(shè)計(jì)及管理經(jīng)驗(yàn)。

　　缺點(diǎn): ① 占地面積大，建構(gòu)筑物多，以大型水池為主; ② 污泥回流量大，能耗高; ③ 出水 COD 易超標(biāo)，且不易調(diào)整; ④ 污水處理彈性不大，活性污泥抗沖擊性差; ⑤ 用于小型污水廠時(shí)，處理費(fèi)用高。

　　1 QWSTN 法污水處理工藝

　　1. 1 QWSTN 法污水處理工藝簡(jiǎn)介

　　QWSTN 法即倍增復(fù)合式強(qiáng)化生物脫碳脫氮法污水處理工藝，主要是在厭氧、缺氧和好氧的環(huán)境中對(duì)污水進(jìn)行生化處理，降解其中的有機(jī)物、氨氮和磷等污染物。

　　我公司污水站采用 QWSTN 法處理甲醇工業(yè)污水 ( 見(jiàn)圖 2) 。其工藝過(guò)程為: 來(lái)自氣化、凈化、合成、鍋爐等工序的生產(chǎn)污水和生活污水一起由地埋管進(jìn)入泵房，由一級(jí)提升泵送至調(diào)節(jié)池進(jìn)行機(jī)械攪拌而混合均勻; 調(diào)節(jié)池出水由二級(jí)提升泵送至厭氧水解反應(yīng)池 ( AHCR) ，通過(guò)厭氧菌的作用將污水中的氨氮、有機(jī)物水解和酸化，有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化成氨態(tài)氮 ( 即氨氮) ; 厭氧池出水再自流入缺氧反應(yīng)池 ( DNCR) ，在反硝化菌的作用下進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將混合液回流帶來(lái)的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成 N2 ，從而去除總氮; 之后污水進(jìn)入好氧反應(yīng)池 ( OHCR) ，在好氧菌和硝化菌的作

　　用下進(jìn)行硝化反應(yīng)，降解其中殘余的有機(jī)物，并將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，由此完成活性污泥處理污水的全部生化過(guò)程; 經(jīng)過(guò)厭氧、缺氧和好氧 3個(gè)階段處理后的污水自流進(jìn)入二沉池進(jìn)行一級(jí)沉淀，澄清后的清液進(jìn)入高效沉淀池進(jìn)行二級(jí)沉淀，2 次澄清后的污水站最終產(chǎn)水實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放; 二沉池和高效沉淀池沉淀下來(lái)的污泥進(jìn)入污泥收集池，然后由污泥泵送至污泥濃縮脫水機(jī)，脫水后的泥餅外運(yùn)，脫出的污水返回泵房提升井內(nèi)重復(fù)進(jìn)行處理。

　　2. 2 QWSTN 法污水處理工藝的特點(diǎn)

　　我公司所謂的 QWSTN 工藝其實(shí)就是由 AAO工藝演變而來(lái)的，屬 AAO 工藝的升級(jí)版。我公司 QWSTN 工藝與典型的 AAO 工藝大同小異，主要不同之處如下。

圖 2 QWSTN 法污水處理工藝流程框圖

　　( 1) AAO 工藝中要求設(shè)置預(yù)處理系統(tǒng)，而我公司的 QWSTN 工藝中未設(shè)置初沉池或泥砂沉淀池，這會(huì)給污水站帶來(lái)如下幾方面的危害: 一是氣化灰水和鍋爐撈渣水中含有的無(wú)機(jī)污泥較多，容易在污水站提升井內(nèi)淤積而堵塞污水提升泵，造成溢井現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致提升泵房被污水淹沒(méi) ( 2016 年我公司提升泵房曾兩度被淹，其中1 次造成污水站停運(yùn) 2 d) ; 二是當(dāng)污水中攜帶的無(wú)機(jī)物太多時(shí)，容易在缺氧反應(yīng)池內(nèi)形成沉積，影響推流器、回流器的正常運(yùn)行，從而增加設(shè)備的故障率; 三是當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備故障時(shí)，缺氧池和厭氧池污水流通通道更易堵塞，如此形成惡性循環(huán)，影響污水站的正常運(yùn)行; 四是無(wú)機(jī)污泥未預(yù)先進(jìn)行物化處理，其后果是會(huì)在各個(gè)生化反應(yīng)池內(nèi)占據(jù)有機(jī)污泥的空間，影響活性污泥的生長(zhǎng)和新陳代謝。2017 年 6 月我公司曾出現(xiàn)大量淤積污泥填平塞滿整個(gè)缺氧池的情況，導(dǎo)致缺氧池起不到反硝化作用，高效沉淀池出水 COD 一度超標(biāo)，好在還留有一條回流通道，否則污水站將陷入癱瘓狀態(tài)。

　　( 2) AAO 工藝中一般僅 1 套生化處理系統(tǒng)，而我公司的 QWSTN 工藝主裝置分為南、北 2 套生化處理系統(tǒng) ( 簡(jiǎn)稱南系統(tǒng)、北系統(tǒng)) ，主要設(shè)備如厭氧池、缺氧池、好氧池和二沉池等均為 2臺(tái)。配置 2 套生化處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)其中 1臺(tái)反應(yīng)池內(nèi)大量淤積污泥或個(gè)別設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可停運(yùn) 1 套系統(tǒng)進(jìn)行檢維修，污水站處于半負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，而不會(huì)造成整個(gè)污水站停運(yùn)。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，從二沉池和高效沉淀池沉淀下來(lái)的剩余污泥，因分配不均，長(zhǎng)期只能返回南系統(tǒng)處理，而無(wú)法返回北系統(tǒng)，即南系統(tǒng)的處理效果一直較北系統(tǒng)要好，污水處理合格率更高，尤其是污水中 COD 較北系統(tǒng)要低 10 ～ 20 mg / L。

　　( 3) AAO 工藝在產(chǎn)水末端只設(shè)置 1 臺(tái)沉淀池 ( 即二沉池) ，而我公司的 QWSTN 工藝在沉淀池 ( 二沉池) 之后增設(shè)了 1 臺(tái)高效沉淀池，污水站最終處理后的合格污水由此排出。增設(shè)高效沉淀池的目的是消除未設(shè)置初沉池的影響，以達(dá)到良好的沉淀效果，保證出水懸浮物 ( SS)達(dá)標(biāo)。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，增設(shè)高效沉淀池達(dá)到了預(yù)期效果，污水實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，但污水中無(wú)機(jī)污泥如氣化灰水中煤渣等對(duì)生化反應(yīng)過(guò)程的影響并未消除，時(shí)常造成設(shè)備停運(yùn)和個(gè)別污染物超標(biāo)。

　　( 4) AAO 工藝中，二沉池的剩余污泥只回流至厭氧池，而我公司的 QWSTN 工藝中，一部分剩余污泥回流至厭氧池，另一部分回流至缺氧池。如此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是污泥回流渠道多、回流量大，如果其中 1 條回流通道不暢，不會(huì)影響剩余污泥的正常回流，從而可延長(zhǎng)生化反應(yīng)的時(shí)間，有利于降解長(zhǎng)碳鏈的有機(jī)物，并徹底降解含碳、氮、磷等的污染物，達(dá)到提高降解率的目的; 其缺點(diǎn)是活性污泥的停留時(shí)間延長(zhǎng)后，污泥泥齡增加，新陳代謝減慢，污泥活性變差，不利于各類污染物的降解。從實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)看，這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)大于優(yōu)點(diǎn)，尤其是活性污泥降解有機(jī)物的能力較差，產(chǎn)水 COD 時(shí)常超標(biāo)。

　　( 5) AAO 工藝中，進(jìn)入污泥系統(tǒng)進(jìn)行脫水的剩余污泥僅來(lái)自二沉池，而我公司 QWSTN 工藝中，進(jìn)入污泥系統(tǒng)進(jìn)行脫水的剩余污泥來(lái)源于2 套生化系統(tǒng)的二沉池和高效沉淀池。如此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是可及時(shí)將剩余污泥從生化系統(tǒng)中分離出來(lái)，從而縮短污泥泥齡、加快新陳代謝，提高降解各類污染物的能力; 其缺點(diǎn)是剩余污泥量大，1 臺(tái)脫泥脫水機(jī)過(guò)濾分離能力有限，污泥時(shí)常從污泥池溢流后返回提升泵房，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)溢池現(xiàn)象，污泥池周圍綠化帶內(nèi)彌漫黑泥、黑水。

　　3 QWSTN 工藝的控制要點(diǎn)及改進(jìn)

　　( 1) 生化系統(tǒng)，包括厭氧池、缺氧池、好氧池污水溫度應(yīng)控制在 30 ～ 35 ℃ ，低于 20 ℃ 會(huì)降低活性污泥的降解能力，高于 40 ℃ 則又會(huì)使活性污泥致死。

　　( 2) 污水 pH 應(yīng)控制在 6 ～ 9，較強(qiáng)的酸性環(huán)境或堿性環(huán)境均會(huì)對(duì)生化系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害，影響活性污泥的新陳代謝和污染物的降解。

　　( 3) 好氧池 ( 即曝氣池) 的剩余堿度應(yīng)不低于 70 mg / L，低于 70 mg / L 時(shí)各類污染物會(huì)降解不完全，但也不宜太高，高于 1 000 mg / L 則會(huì)導(dǎo)致堿度和 pH 超標(biāo)，易造成出水氨氮超標(biāo)。

( 4) 保持污水中 C∶ N∶ P = 100∶ 5∶ 1，以滿足活性污泥最基本的營(yíng)養(yǎng)需求; 碳源不足時(shí)，補(bǔ)充甲醇或葡萄糖; 氨氮不足時(shí)，補(bǔ)充尿素或氨水;磷含量較低時(shí)，補(bǔ)充磷酸三鈉和磷酸氫銨。

　　( 5) 正常情況下，煤化工污水中主要污染物為 COD 和氨氮 ，其中 COD 和氨氮含量基本一致，均為 200 ～ 250 mg / L，碳源不足時(shí)則添加甲醇。

　　( 6) 在生產(chǎn)裝置檢修期間或其他特殊情況下，當(dāng)工業(yè)污水中污染物含量偏低時(shí)，如 COD低于 150 mg / L，應(yīng)通過(guò)計(jì)算大量添加或補(bǔ)充甲醇，以維持活性污泥降解高濃度有機(jī)物的能力，這在 QWSTN 工藝和 AAO 工藝控制中極為重要。

　　( 7) 生產(chǎn)中，好氧池溶解氧含量應(yīng)控制在 2～ 4 mg / L，缺氧池中溶解氧含量應(yīng)控制在 0. 2 ～0. 5 mg / L，這是硝化菌和反硝化菌最基本的生存環(huán)境條件，必須設(shè)法滿足。

　　( 8) QWSTN 工藝和 AAO 工藝中污泥泥齡應(yīng)控制在 8 d 以上，污水水溫較低時(shí)可延長(zhǎng)至 15 ～ 20 d，水溫太低時(shí)可延長(zhǎng)至 30 d。

　　( 9) 污水生化處理系統(tǒng)內(nèi)回流比應(yīng)保持在 200% ～ 400% ，加強(qiáng)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)消除好氧池回流器和缺氧池推流器故障，并保持生化系統(tǒng)回流通道暢通。

　　( 10 ) 污泥沉降比 SV30 應(yīng)控制在 30% ～40% ，小于 30% 時(shí)減少排泥，大于 40% 時(shí)加大排泥和壓泥; SV30 長(zhǎng)期大于90% 可能導(dǎo)致污泥膨脹，污水站將陷入癱瘓狀態(tài)，應(yīng)予以高度重視。

 ( 11) 嚴(yán)格控制污水排放指標(biāo)，依據(jù) 《黃河流域 ( 陜西段) 污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》 ( DB 61 / 224—2011) ， 控制外排污水 NH3 -N 含量≤ 12mg / L、COD≤50 mg / L; 同時(shí)，污水排放口需安裝在線檢測(cè)儀，實(shí)時(shí)向環(huán)保部門的監(jiān)控平臺(tái)上傳檢測(cè)數(shù)據(jù)。

　　( 12) 當(dāng)污水站產(chǎn)水任一污染物含量超標(biāo)時(shí)，應(yīng)及時(shí)將其切入大事故水池內(nèi) ( 有效容積 10 000 m3 ) ，擇機(jī)逐步消化，禁止直接排放超標(biāo)污水。

　　( 13) 加強(qiáng)對(duì)污水站北生化處理系統(tǒng)的工藝調(diào)整，增大北系統(tǒng)的污泥回流量，加大排泥量，降低其 SV30 至 40% 以下，消除與南系統(tǒng)污水COD 值的差距，確保北好氧池產(chǎn)水 COD 達(dá)標(biāo)。

　　( 14) 加強(qiáng)南、北系統(tǒng)調(diào)節(jié)池均質(zhì)混合反應(yīng)器、厭氧池?cái)嚢杵鳌⑷毖醭赝屏髌?、好氧池回流器等運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，做到故障搶修不過(guò)夜，保證設(shè)備完好率達(dá)到 100% 。

　　( 15) 新增 1 臺(tái)脫泥脫水機(jī)，運(yùn)行模式由一開(kāi)一備改為兩開(kāi)一備，以增大排泥量和脫泥量，縮短污泥泥齡，提高污泥活性，增強(qiáng)其新陳代謝能力。2017 年 10 月已實(shí)施此項(xiàng)改造，收到了良好的效果。

　　( 16) 在 QWSTN 污水站提升井和調(diào)節(jié)池之間增設(shè) 1 臺(tái)初沉池，主要用于除去污水中的無(wú)機(jī)污泥 ( 包括氣化灰水中的灰渣) 。此計(jì)劃已列入2018 年技改項(xiàng)目中。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　無(wú)論是 AAO 工藝，還是 QWSTN 工藝或其他活性污泥法污水處理工藝，保證污水站 ( 廠)和生產(chǎn)裝置穩(wěn)定運(yùn)行的最基本、最核心的要求就是嚴(yán)格執(zhí)行工藝操作指標(biāo)，盡最大努力做到不超標(biāo)、不破標(biāo)。即使偶有超標(biāo)和破標(biāo)現(xiàn)象，也要將其控制在最短的時(shí)間之內(nèi)、最小的范圍之內(nèi); 如果任其超標(biāo)和破標(biāo)，即便只是某一指標(biāo)長(zhǎng)期超標(biāo)或破標(biāo)，也可能造成高效沉淀池產(chǎn)水超標(biāo)甚至污水站癱瘓的嚴(yán)重不良影響或預(yù)想不到的后果。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制各項(xiàng)工藝指標(biāo)，加強(qiáng)超前調(diào)整、微量調(diào)整，以確保污水站的平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)污水達(dá)標(biāo)排放的常態(tài)化。