QWSTN法和AAO法污水處理工藝
在煤化工污水處理中，最常見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。以下結合陜西煤化能源有限公司 QWSTN 法污水處理系統的運行實際，重點介紹 AAO 法和 QWSTN法的工流程及其運行特點，指出 AAO 法和 QW-STN 法在工藝上的區別和各自的技術優勢，并提出 QWSTN 法相應的工藝控制要點和注意事項。
1 AAO 法污水處理工藝
1. 1 AAO 法污水處理工藝簡介
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，通過活性污泥的新陳代謝除去污水中有機污染物、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，主要功能是進行磷的釋放; 缺氧池 ( anoxic zone) 也是一個非充氧池，溶解氧濃度一般在 0. 2 ～ 0. 5mg / L，主要功能是進行反硝化脫氮; 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物和硝化氨氮及過量攝磷。也就是說，在厭氧、缺氧和好氧 3 個生化反應環境中，污水中的有機物先由難分解的大分子轉化成易分解的小分子，再轉化成 CO2 排放; 同時，污水中的氨氮先轉化成亞硝態氮和硝態氮，再轉化成 N2 排放，最終實現污水的生化處理和達標排放。
AAO 法污水處理工藝主要應用于大中型城鎮污水廠或工業污水廠，由預處理、生化處理和污泥處理等 3 大工序構成。其中，預處理工序主要包括格柵過濾、沉砂池、初沉池、氣浮池、隔油池、纖維或毛發捕集器等; 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、污泥輸送機、污泥存儲間等。
污水經預處理工序處理后進入生化處理工序，生化處理工序是 AAO 法污水處理工藝的核心環節。在生化處理過程中，污水先進入厭氧池進行脫磷反應，再進入缺氧池進行反硝化脫氮，后進入好氧池進行硝化反應并降解有機物; 當污水中有機物、氨氮和磷等充分降解后，進入二沉池，澄清后的污水達標排放; 沉降下來的污泥一部分返回生化處理工序，另一部分進入污泥處理工序進行泥水分離。典型的 AAO 法污水處理工藝流程見圖 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
優點: ① 適宜于處理生活污水、城市污水，以及工業上含氮、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 可實現連續化污水處理，對儀表自動化要求不高; ⑥ 工藝操作簡單，設備維護方便，運行管理難度小，污水處理成本低; ⑦ 工藝技術成熟、先進，設備運行可靠，污水處理效果良好; ⑧ 國內工程應用實例多，容易獲得工程設計及管理經驗。
缺點: ① 占地面積大，建構筑物多，以大型水池為主; ② 污泥回流量大，能耗高; ③ 出水 COD 易超標，且不易調整; 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，處理費用高。
1 QWSTN 法污水處理工藝
1. 1 QWSTN 法污水處理工藝簡介
QWSTN 法即倍增復合式強化生物脫碳脫氮法污水處理工藝，主要是在厭氧、缺氧和好氧的環境中對污水進行生化處理，降解其中的有機物、氨氮和磷等污染物。
我公司污水站采用 QWSTN 法處理甲醇工業污水 ( 見圖 2) 。其工藝過程為: 來自氣化、凈化、合成、鍋爐等工序的生產污水和生活污水一起由地埋管進入泵房，由一級提升泵送至調節池進行機械攪拌而混合均勻; 調節池出水由二級提升泵送至厭氧水解反應池 ( AHCR) ，通過厭氧菌的作用將污水中的氨氮、有機物水解和酸化，有機態氮轉化成氨態氮 ( 即氨氮) ; 厭氧池出水再自流入缺氧反應池 ( DNCR) ，在反硝化菌的作用下進行反硝化反應，將混合液回流帶來的硝態氮轉化成 N2 ，從而去除總氮; 之后污水進入好氧反應池 ( OHCR) ，在好氧菌和硝化菌的作
用下進行硝化反應，降解其中殘余的有機物，并將氨氮轉化為硝態氮，由此完成活性污泥處理污水的全部生化過程; 經過厭氧、缺氧和好氧 3個階段處理后的污水自流進入二沉池進行一級沉淀，澄清后的清液進入高效沉淀池進行二級沉淀，2 次澄清后的污水站最終產水實現達標排放; 二沉池和高效沉淀池沉淀下來的污泥進入污泥收集池，然后由污泥泵送至污泥濃縮脫水機，脫水后的泥餅外運，脫出的污水返回泵房提升井內重復進行處理。
2. 2 QWSTN 法污水處理工藝的特點
我公司所謂的 QWSTN 工藝其實就是由 AAO工藝演變而來的，屬 AAO 工藝的升級版。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 工藝中要求設置預處理系統，而我公司的 QWSTN 工藝中未設置初沉池或泥砂沉淀池，這會給污水站帶來如下幾方面的危害: 一是氣化灰水和鍋爐撈渣水中含有的無機污泥較多，容易在污水站提升井內淤積而堵塞污水提升泵，造成溢井現象，嚴重時甚至導致提升泵房被污水淹沒 ( 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 2 d) ; 二是當污水中攜帶的無機物太多時，容易在缺氧反應池內形成沉積，影響推流器、回流器的正常運行，從而增加設備的故障率; 三是當運轉設備故障時，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，影響污水站的正常運行; 四是無機污泥未預先進行物化處理，其后果是會在各個生化反應池內占據有機污泥的空間，影響活性污泥的生長和新陳代謝。2017 年 6 月我公司曾出現大量淤積污泥填平塞滿整個缺氧池的情況，導致缺氧池起不到反硝化作用，高效沉淀池出水 COD 一度超標，好在還留有一條回流通道，否則污水站將陷入癱瘓狀態。
( 2) AAO 工藝中一般僅 1 套生化處理系統，而我公司的 QWSTN 工藝主裝置分為南、北 2 套生化處理系統 ( 簡稱南系統、北系統) ，主要設備如厭氧池、缺氧池、好氧池和二沉池等均為 2臺。配置 2 套生化處理系統的優點是，當其中 1臺反應池內大量淤積污泥或個別設備出現故障時，可停運 1 套系統進行檢維修，污水站處于半負荷運行狀態，而不會造成整個污水站停運。實際運行過程中，從二沉池和高效沉淀池沉淀下來的剩余污泥，因分配不均，長期只能返回南系統處理，而無法返回北系統，即南系統的處理效果一直較北系統要好，污水處理合格率更高，尤其是污水中 COD 較北系統要低 10 ～ 20 mg / L。
( 3) AAO 工藝在產水末端只設置 1 臺沉淀池 ( 即二沉池) ，而我公司的 QWSTN 工藝在沉淀池 ( 二沉池) 之后增設了 1 臺高效沉淀池，污水站最終處理后的合格污水由此排出。增設高效沉淀池的目的是消除未設置初沉池的影響，以達到良好的沉淀效果，保證出水懸浮物 ( SS)達標。實際運行過程中，增設高效沉淀池達到了預期效果，污水實現達標排放，但污水中無機污泥如氣化灰水中煤渣等對生化反應過程的影響并未消除，時常造成設備停運和個別污染物超標。
( 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。如此設計的優點是污泥回流渠道多、回流量大，如果其中 1 條回流通道不暢，不會影響剩余污泥的正常回流，從而可延長生化反應的時間，有利于降解長碳鏈的有機物，并徹底降解含碳、氮、磷等的污染物，達到提高降解率的目的; 其缺點是活性污泥的停留時間延長后，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。從實際運行效果來看，這種設計的缺點大于優點，尤其是活性污泥降解有機物的能力較差，產水 COD 時常超標。
( 5) AAO 工藝中，進入污泥系統進行脫水的剩余污泥僅來自二沉池，而我公司 QWSTN 工藝中，進入污泥系統進行脫水的剩余污泥來源于2 套生化系統的二沉池和高效沉淀池。如此設計的優點是可及時將剩余污泥從生化系統中分離出來，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; 其缺點是剩余污泥量大，1 臺脫泥脫水機過濾分離能力有限，污泥時常從污泥池溢流后返回提升泵房，嚴重時出現溢池現象，污泥池周圍綠化帶內彌漫黑泥、黑水。
3 QWSTN 工藝的控制要點及改進
( 1) 生化系統，包括厭氧池、缺氧池、好氧池污水溫度應控制在 30 ～ 35 ℃ ，低于 20 ℃ 會降低活性污泥的降解能力，高于 40 ℃ 則又會使活性污泥致死。
( 2) 污水 pH 應控制在 6 ～ 9，較強的酸性環境或堿性環境均會對生化系統造成嚴重危害，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) 的剩余堿度應不低于 70 mg / L，低于 70 mg / L 時各類污染物會降解不完全，但也不宜太高，高于 1 000 mg / L 則會導致堿度和 pH 超標，易造成出水氨氮超標。
( 4) 保持污水中 C∶ N∶ P = 100∶ 5∶ 1，以滿足活性污泥最基本的營養需求; 碳源不足時，補充甲醇或葡萄糖; 氨氮不足時，補充尿素或氨水;磷含量較低時，補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，碳源不足時則添加甲醇。
( 6) 在生產裝置檢修期間或其他特殊情況下，當工業污水中污染物含量偏低時，如 COD低于 150 mg / L，應通過計算大量添加或補充甲醇，以維持活性污泥降解高濃度有機物的能力，這在 QWSTN 工藝和 AAO 工藝控制中極為重要。
( 7) 生產中，好氧池溶解氧含量應控制在 2～ 4 mg / L，缺氧池中溶解氧含量應控制在 0. 2 ～0. 5 mg / L，這是硝化菌和反硝化菌最基本的生存環境條件，必須設法滿足。
( 8) QWSTN 工藝和 AAO 工藝中污泥泥齡應控制在 8 d 以上，污水水溫較低時可延長至 15 ～ 20 d，水溫太低時可延長至 30 d。
( 9) 污水生化處理系統內回流比應保持在 200% ～ 400% ，加強運轉設備的維護保養，及時消除好氧池回流器和缺氧池推流器故障，并保持生化系統回流通道暢通。
( 10 ) 污泥沉降比 SV30 應控制在 30% ～40% ，小于 30% 時減少排泥，大于 40% 時加大排泥和壓泥; SV30 長期大于90% 可能導致污泥膨脹，污水站將陷入癱瘓狀態，應予以高度重視。
( 11) 嚴格控制污水排放指標，依據 《黃河流域 ( 陜西段) 污水綜合排放標準》 ( DB 61 / 224—2011) ， 控制外排污水 NH3 -N 含量≤ 12mg / L、COD≤50 mg / L; 同時，污水排放口需安裝在線檢測儀，實時向環保部門的監控平臺上傳檢測數據。
( 12) 當污水站產水任一污染物含量超標時，應及時將其切入大事故水池內 ( 有效容積 10 000 m3 ) ，擇機逐步消化，禁止直接排放超標污水。
( 13) 加強對污水站北生化處理系統的工藝調整，增大北系統的污泥回流量，加大排泥量，降低其 SV30 至 40% 以下，消除與南系統污水COD 值的差距，確保北好氧池產水 COD 達標。
( 14) 加強南、北系統調節池均質混合反應器、厭氧池攪拌器、缺氧池推流器、好氧池回流器等運轉設備的維護保養，做到故障搶修不過夜，保證設備完好率達到 100% 。
( 15) 新增 1 臺脫泥脫水機，運行模式由一開一備改為兩開一備，以增大排泥量和脫泥量，縮短污泥泥齡，提高污泥活性，增強其新陳代謝能力。2017 年 10 月已實施此項改造，收到了良好的效果。
( 16) 在 QWSTN 污水站提升井和調節池之間增設 1 臺初沉池，主要用于除去污水中的無機污泥 ( 包括氣化灰水中的灰渣) 。此計劃已列入2018 年技改項目中。
4 結束語
無論是 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)和生產裝置穩定運行的最基本、最核心的要求就是嚴格執行工藝操作指標，盡最大努力做到不超標、不破標。即使偶有超標和破標現象，也要將其控制在最短的時間之內、最小的范圍之內; 如果任其超標和破標，即便只是某一指標長期超標或破標，也可能造成高效沉淀池產水超標甚至污水站癱瘓的嚴重不良影響或預想不到的后果。因此，應嚴格控制各項工藝指標，加強超前調整、微量調整，以確保污水站的平穩、長周期運行，實現污水達標排放的常態化。
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