QWSTN法和AAO法污水处理工艺

　　在煤化工污水处理中，最常见的活性污泥法污水处理工艺包括 AO 法、AAO 法 ( 又称 A2O法) 、SBR 法等，而 QWSTN 法比较少见。以下结合陕西煤化能源有限公司 QWSTN 法污水处理系统的运行实际，重点介绍 AAO 法和 QWSTN法的工流程及其运行特点，指出 AAO 法和 QW-STN 法在工艺上的区别和各自的技术优势，并提出 QWSTN 法相应的工艺控制要点和注意事项。

　　1 AAO 法污水处理工艺

　　1. 1 AAO 法污水处理工艺简介

　　AAO 法全称为厌氧 - 缺氧 - 好氧活性污泥法，指采取厌氧池、缺氧池和好氧池的各种组合以及不同的污泥回流方式，通过活性污泥的新陈代谢除去污水中有机污染物、氨氮和磷等的污水处理方法。其中，厌氧池 ( anaerobic zone) 指非充氧池，溶解氧浓度一般小于 0. 2 mg / L，主要功能是进行磷的释放; 缺氧池 ( anoxic zone) 也是一个非充氧池，溶解氧浓度一般在 0. 2 ～ 0. 5mg / L，主要功能是进行反硝化脱氮; 好氧池 ( oxic zone) 指充氧池，溶解氧浓度一般不小于 2 mg / L，主要功能是降解有机物和硝化氨氮及过量摄磷。也就是说，在厌氧、缺氧和好氧 3 个生化反应环境中，污水中的有机物先由难分解的大分子转化成易分解的小分子，再转化成 CO2 排放; 同时，污水中的氨氮先转化成亚硝态氮和硝态氮，再转化成 N2 排放，最终实现污水的生化处理和达标排放。

　　AAO 法污水处理工艺主要应用于大中型城镇污水厂或工业污水厂，由预处理、生化处理和污泥处理等 3 大工序构成。其中，预处理工序主要包括格栅过滤、沉砂池、初沉池、气浮池、隔油池、纤维或毛发捕集器等; 生化处理工序主要包括厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池和污泥回流池等; 污泥处理工序主要包括脱水脱泥机、污泥输送机、污泥存储间等。

　　污水经预处理工序处理后进入生化处理工序，生化处理工序是 AAO 法污水处理工艺的核心环节。在生化处理过程中，污水先进入厌氧池进行脱磷反应，再进入缺氧池进行反硝化脱氮，后进入好氧池进行硝化反应并降解有机物; 当污水中有机物、氨氮和磷等充分降解后，进入二沉池，澄清后的污水达标排放; 沉降下来的污泥一部分返回生化处理工序，另一部分进入污泥处理工序进行泥水分离。典型的 AAO 法污水处理工艺流程见图 1。

图 1 典型的 AAO 法污水处理工艺流程框图

　　1. 2 AAO 法污水处理工艺的特点

　　优点: ① 适宜于处理生活污水、城市污水，以及工业上含氮、磷等污染物的污水; ② 具有良好的除氮脱磷功能，除碳效果一般; ③ 具有去除难降解有机物的功能; ④ 可改善活性污泥的沉降性能，减少污泥排放量，降低污泥含水量; ⑤ 可实现连续化污水处理，对仪表自动化要求不高; ⑥ 工艺操作简单，设备维护方便，运行管理难度小，污水处理成本低; ⑦ 工艺技术成熟、先进，设备运行可靠，污水处理效果良好; ⑧ 国内工程应用实例多，容易获得工程设计及管理经验。

　　缺点: ① 占地面积大，建构筑物多，以大型水池为主; ② 污泥回流量大，能耗高; ③ 出水 COD 易超标，且不易调整; ④ 污水处理弹性不大，活性污泥抗冲击性差; ⑤ 用于小型污水厂时，处理费用高。

　　1 QWSTN 法污水处理工艺

　　1. 1 QWSTN 法污水处理工艺简介

　　QWSTN 法即倍增复合式强化生物脱碳脱氮法污水处理工艺，主要是在厌氧、缺氧和好氧的环境中对污水进行生化处理，降解其中的有机物、氨氮和磷等污染物。

　　我公司污水站采用 QWSTN 法处理甲醇工业污水 ( 见图 2) 。其工艺过程为: 来自气化、净化、合成、锅炉等工序的生产污水和生活污水一起由地埋管进入泵房，由一级提升泵送至调节池进行机械搅拌而混合均匀; 调节池出水由二级提升泵送至厌氧水解反应池 ( AHCR) ，通过厌氧菌的作用将污水中的氨氮、有机物水解和酸化，有机态氮转化成氨态氮 ( 即氨氮) ; 厌氧池出水再自流入缺氧反应池 ( DNCR) ，在反硝化菌的作用下进行反硝化反应，将混合液回流带来的硝态氮转化成 N2 ，从而去除总氮; 之后污水进入好氧反应池 ( OHCR) ，在好氧菌和硝化菌的作

　　用下进行硝化反应，降解其中残余的有机物，并将氨氮转化为硝态氮，由此完成活性污泥处理污水的全部生化过程; 经过厌氧、缺氧和好氧 3个阶段处理后的污水自流进入二沉池进行一级沉淀，澄清后的清液进入高效沉淀池进行二级沉淀，2 次澄清后的污水站最终产水实现达标排放; 二沉池和高效沉淀池沉淀下来的污泥进入污泥收集池，然后由污泥泵送至污泥浓缩脱水机，脱水后的泥饼外运，脱出的污水返回泵房提升井内重复进行处理。

　　2. 2 QWSTN 法污水处理工艺的特点

　　我公司所谓的 QWSTN 工艺其实就是由 AAO工艺演变而来的，属 AAO 工艺的升级版。我公司 QWSTN 工艺与典型的 AAO 工艺大同小异，主要不同之处如下。

图 2 QWSTN 法污水处理工艺流程框图

　　( 1) AAO 工艺中要求设置预处理系统，而我公司的 QWSTN 工艺中未设置初沉池或泥砂沉淀池，这会给污水站带来如下几方面的危害: 一是气化灰水和锅炉捞渣水中含有的无机污泥较多，容易在污水站提升井内淤积而堵塞污水提升泵，造成溢井现象，严重时甚至导致提升泵房被污水淹没 ( 2016 年我公司提升泵房曾两度被淹，其中1 次造成污水站停运 2 d) ; 二是当污水中携带的无机物太多时，容易在缺氧反应池内形成沉积，影响推流器、回流器的正常运行，从而增加设备的故障率; 三是当运转设备故障时，缺氧池和厌氧池污水流通通道更易堵塞，如此形成恶性循环，影响污水站的正常运行; 四是无机污泥未预先进行物化处理，其后果是会在各个生化反应池内占据有机污泥的空间，影响活性污泥的生长和新陈代谢。2017 年 6 月我公司曾出现大量淤积污泥填平塞满整个缺氧池的情况，导致缺氧池起不到反硝化作用，高效沉淀池出水 COD 一度超标，好在还留有一条回流通道，否则污水站将陷入瘫痪状态。

　　( 2) AAO 工艺中一般仅 1 套生化处理系统，而我公司的 QWSTN 工艺主装置分为南、北 2 套生化处理系统 ( 简称南系统、北系统) ，主要设备如厌氧池、缺氧池、好氧池和二沉池等均为 2台。配置 2 套生化处理系统的优点是，当其中 1台反应池内大量淤积污泥或个别设备出现故障时，可停运 1 套系统进行检维修，污水站处于半负荷运行状态，而不会造成整个污水站停运。实际运行过程中，从二沉池和高效沉淀池沉淀下来的剩余污泥，因分配不均，长期只能返回南系统处理，而无法返回北系统，即南系统的处理效果一直较北系统要好，污水处理合格率更高，尤其是污水中 COD 较北系统要低 10 ～ 20 mg / L。

　　( 3) AAO 工艺在产水末端只设置 1 台沉淀池 ( 即二沉池) ，而我公司的 QWSTN 工艺在沉淀池 ( 二沉池) 之后增设了 1 台高效沉淀池，污水站最终处理后的合格污水由此排出。增设高效沉淀池的目的是消除未设置初沉池的影响，以达到良好的沉淀效果，保证出水悬浮物 ( SS)达标。实际运行过程中，增设高效沉淀池达到了预期效果，污水实现达标排放，但污水中无机污泥如气化灰水中煤渣等对生化反应过程的影响并未消除，时常造成设备停运和个别污染物超标。

　　( 4) AAO 工艺中，二沉池的剩余污泥只回流至厌氧池，而我公司的 QWSTN 工艺中，一部分剩余污泥回流至厌氧池，另一部分回流至缺氧池。如此设计的优点是污泥回流渠道多、回流量大，如果其中 1 条回流通道不畅，不会影响剩余污泥的正常回流，从而可延长生化反应的时间，有利于降解长碳链的有机物，并彻底降解含碳、氮、磷等的污染物，达到提高降解率的目的; 其缺点是活性污泥的停留时间延长后，污泥泥龄增加，新陈代谢减慢，污泥活性变差，不利于各类污染物的降解。从实际运行效果来看，这种设计的缺点大于优点，尤其是活性污泥降解有机物的能力较差，产水 COD 时常超标。

　　( 5) AAO 工艺中，进入污泥系统进行脱水的剩余污泥仅来自二沉池，而我公司 QWSTN 工艺中，进入污泥系统进行脱水的剩余污泥来源于2 套生化系统的二沉池和高效沉淀池。如此设计的优点是可及时将剩余污泥从生化系统中分离出来，从而缩短污泥泥龄、加快新陈代谢，提高降解各类污染物的能力; 其缺点是剩余污泥量大，1 台脱泥脱水机过滤分离能力有限，污泥时常从污泥池溢流后返回提升泵房，严重时出现溢池现象，污泥池周围绿化带内弥漫黑泥、黑水。

　　3 QWSTN 工艺的控制要点及改进

　　( 1) 生化系统，包括厌氧池、缺氧池、好氧池污水温度应控制在 30 ～ 35 ℃ ，低于 20 ℃ 会降低活性污泥的降解能力，高于 40 ℃ 则又会使活性污泥致死。

　　( 2) 污水 pH 应控制在 6 ～ 9，较强的酸性环境或碱性环境均会对生化系统造成严重危害，影响活性污泥的新陈代谢和污染物的降解。

　　( 3) 好氧池 ( 即曝气池) 的剩余碱度应不低于 70 mg / L，低于 70 mg / L 时各类污染物会降解不完全，但也不宜太高，高于 1 000 mg / L 则会导致碱度和 pH 超标，易造成出水氨氮超标。

( 4) 保持污水中 C∶ N∶ P = 100∶ 5∶ 1，以满足活性污泥最基本的营养需求; 碳源不足时，补充甲醇或葡萄糖; 氨氮不足时，补充尿素或氨水;磷含量较低时，补充磷酸三钠和磷酸氢铵。

　　( 5) 正常情况下，煤化工污水中主要污染物为 COD 和氨氮 ，其中 COD 和氨氮含量基本一致，均为 200 ～ 250 mg / L，碳源不足时则添加甲醇。

　　( 6) 在生产装置检修期间或其他特殊情况下，当工业污水中污染物含量偏低时，如 COD低于 150 mg / L，应通过计算大量添加或补充甲醇，以维持活性污泥降解高浓度有机物的能力，这在 QWSTN 工艺和 AAO 工艺控制中极为重要。

　　( 7) 生产中，好氧池溶解氧含量应控制在 2～ 4 mg / L，缺氧池中溶解氧含量应控制在 0. 2 ～0. 5 mg / L，这是硝化菌和反硝化菌最基本的生存环境条件，必须设法满足。

　　( 8) QWSTN 工艺和 AAO 工艺中污泥泥龄应控制在 8 d 以上，污水水温较低时可延长至 15 ～ 20 d，水温太低时可延长至 30 d。

　　( 9) 污水生化处理系统内回流比应保持在 200% ～ 400% ，加强运转设备的维护保养，及时消除好氧池回流器和缺氧池推流器故障，并保持生化系统回流通道畅通。

　　( 10 ) 污泥沉降比 SV30 应控制在 30% ～40% ，小于 30% 时减少排泥，大于 40% 时加大排泥和压泥; SV30 长期大于90% 可能导致污泥膨胀，污水站将陷入瘫痪状态，应予以高度重视。

 ( 11) 严格控制污水排放指标，依据 《黄河流域 ( 陕西段) 污水综合排放标准》 ( DB 61 / 224—2011) ， 控制外排污水 NH3 -N 含量≤ 12mg / L、COD≤50 mg / L; 同时，污水排放口需安装在线检测仪，实时向环保部门的监控平台上传检测数据。

　　( 12) 当污水站产水任一污染物含量超标时，应及时将其切入大事故水池内 ( 有效容积 10 000 m3 ) ，择机逐步消化，禁止直接排放超标污水。

　　( 13) 加强对污水站北生化处理系统的工艺调整，增大北系统的污泥回流量，加大排泥量，降低其 SV30 至 40% 以下，消除与南系统污水COD 值的差距，确保北好氧池产水 COD 达标。

　　( 14) 加强南、北系统调节池均质混合反应器、厌氧池搅拌器、缺氧池推流器、好氧池回流器等运转设备的维护保养，做到故障抢修不过夜，保证设备完好率达到 100% 。

　　( 15) 新增 1 台脱泥脱水机，运行模式由一开一备改为两开一备，以增大排泥量和脱泥量，缩短污泥泥龄，提高污泥活性，增强其新陈代谢能力。2017 年 10 月已实施此项改造，收到了良好的效果。

　　( 16) 在 QWSTN 污水站提升井和调节池之间增设 1 台初沉池，主要用于除去污水中的无机污泥 ( 包括气化灰水中的灰渣) 。此计划已列入2018 年技改项目中。

　　4 结束语

　　无论是 AAO 工艺，还是 QWSTN 工艺或其他活性污泥法污水处理工艺，保证污水站 ( 厂)和生产装置稳定运行的最基本、最核心的要求就是严格执行工艺操作指标，尽最大努力做到不超标、不破标。即使偶有超标和破标现象，也要将其控制在最短的时间之内、最小的范围之内; 如果任其超标和破标，即便只是某一指标长期超标或破标，也可能造成高效沉淀池产水超标甚至污水站瘫痪的严重不良影响或预想不到的后果。因此，应严格控制各项工艺指标，加强超前调整、微量调整，以确保污水站的平稳、长周期运行，实现污水达标排放的常态化。