低碳污水处理中UNITANK工艺与A2/O工艺对比

近年来，为了解决日益严重的水体富营养化污染，城市污水处理厂对污水处理工艺的脱氮除磷功能越来越重视。大量的已建城市污水处理厂进行了升级改造工程，增加处理工艺的脱氮除磷功能;新建城市污水处理厂在选择处理工艺时，脱氮除磷功能是必须考虑的主要问题之一。而南方地区由于污水浓度较低，碳源不足一直成为生物脱氮除磷的最大问题。
UNITANK工艺结合了传统活性污泥法和SBR法的优点，在一个运行周期中，通过控制搅拌和曝气，UNITANK工艺边池实际上是按照倒置A2/O工艺方式运行，依次呈现缺氧、厌氧、好氧、沉淀状态，具有良好的生物脱氮除磷的外界环境。UNITANK工艺与A2/O工艺存在一定的联系，又具有其自身特性，倒置A2/O工艺是典型的推流式反应器，而UNITANK工艺是完全混合式反应器，因此，笔者通过UNITANK工艺与倒置A2/O工艺对低碳源城市污水处理的中试运行效果、UNITANK工艺与改良型A2/O工艺在南方地区的生产试验运行效能进行对比研究，分析两种工艺的各自特点以及对南方城市生活污水的去除效果，确定其适用条件和范围，并可为现有工艺改造以及新建污水厂工艺选择提供一定科学依据。
1、UNITANK工艺与倒置A2/O工艺中试效果对比分析
1.1 试验装置及运行参数
试验装置如图1所示，由反应器A、反应器B、反应器C和反应器D组成，每个反应器体积均为20m3。通过对装置的设备调节和阀门切换，分别实现对UNITANK工艺和倒置A2/O工艺的模拟，其具体运行方式如下：
1)中试UNITANK工艺采用B、C、D池模拟，一个运行周期为8h，其中厌氧时间为65min，周期为8h。

2)中试倒置A2/O工艺采用A1、A2、A3、C、D池模拟，A1池为缺氧池，A2、A3池为厌氧池，C池为好氧池，D池为沉淀池。污泥外回流比为30%，回流至A1池;内回流比为100% ~ 250%，回流至A1池。
两种工艺的试验水源相同，均采用南方地区某二级城镇污水厂的沉砂池出水，进水流量均为5 m3/h，总水力停留时间(HRT)均为12 h，污泥浓度(MLSS)均控制在2000 mg/L左右。
1.2 分析项目及检测方法
本试验中COD、SS、TP、TN、NH3-N等项目的测定分析方法参照《水和废水监测分析方法》(第四版)[1]，具体测定项目及测试方法见表1。

1.3 试验结果与分析
UNTIANK工艺与倒置A2/O工艺在中试条件的运行效果见表2，其具体分析如下：
1) 中试条件下，倒置A2/O工艺和UNITANK工艺出水水质指标除TP外，COD、SS、TN和NH3-N出水指标(均值)基本都达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准A标准(GB18918-2002);
2) 中试条件下，倒置A2/O工艺和UNITANK工艺受进水水质变化影响较小，说明倒置A2/O工艺和UNITANK工艺对佛山地区的城市生活污水具有较好的去除效果，且有一定的抗冲击负荷能力，具有较好的出水稳定性;
3) 中试条件下，两种工艺对COD、SS、NH3-N的平均去除率相差不大，但UNITANK工艺对TP、TN的平均去除率比倒置A2/O工艺分别高26.64%、8.47%。
本次试验采用的中试装置一种可对多种工艺进行模拟的装置，虽然装置能对UNITANK和倒置A2/O进行模拟，但由于装置的本身设计的局限性，导致了工艺的水力条件发生了改变。如1)中试系统改变了A2/O工艺推流式活性污泥法的特性，中试基地池体长宽比为1：1，而生产运行的A2/O工艺好氧池池体长宽比达25：1以上，说明中试系统模拟的A2/O工艺不能完全反映推流式污水处理工艺的实际运行情况;2)由于实际生产中污水处理工艺处理规模远大于中试试验(达200倍以上)，具有更好的出水稳定性和抗冲击负荷能力，因此UNITANK工艺和A2/O工艺实际生产出水水质均明显优于中试试验出水效果。

2、 UNITANK工艺与改良型A2/O工艺生产效能对比分析
本次研究选取了南方地区某市的两家具有相应工艺的污水处理厂作为研究对象，甲厂采用UNITANK工艺，乙厂采用改良型A2/O工艺，两座污水处理厂都位于同一座城市，因此进水水质情况相似，污水处理规模均10万m3/d，且两座污水处理厂的工程总投资均约为1.2亿元。两种工艺的详细设计运行参数如下：
(1)甲厂采用三池型UNITANK工艺，总水力停留时间(HRT)为12.6h，单格池容水力停留时间为4.2h，污泥负荷为0.104kgBOD5/(kg MLVSS・d)，污泥浓度(MLSS)为3000 mg/L(中池)，好氧污泥龄为9 d，甲厂共有4组UNITANK反应器，每组由3个方形池(27 m×27 m×7m，有效水深为6 m)组成。工艺矩阵设置运行周期为480min，其中主体阶段为135min，过渡阶段为60min，沉淀时间为45min。
(2)乙厂采用改良型A2/O工艺，总水力停留时间(HRT)为9.0h，其中预缺氧池0.46h，厌氧池0.92h，缺氧池2.31h，好氧池5.30h，混合液内回流比为100%~200%，污泥外回流比为50%～100%。
2.1 生产效果对比分析
对比分析UNITANK工艺与改良型A2/O工艺生产运行效果，如表3所示。其具体分析如下：
1) 在生产运行中，改良型A2/O工艺和UNITANK工艺出水水质COD、SS、TP、TN和NH3-N出水指标(均值)基本都达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准A标准(GB18918-2002);
2) 与中试情况一致，受进水水质变化影响较小，说明改良型A2/O工艺和UNITANK工艺对南方地区的城市生活污水具有较好的去除效果，且抗冲击负荷能力较强，具有较好的出水稳定性。
3) 改良型A2/O工艺对COD、SS、TP、TN的平均去除率比UNITANK工艺分别高4.21%、2.72%、3.97%、19.62%，说明改良型A2/O工艺对南方地区低碳源城市生活污水具有更好的处理效果，尤其在生物脱氮方面优势明显，这主要是由反应器自身的特点所决定，UNITANK工艺是通过运行状态的切换实现污泥、污水混合液的全回流，即回流比为100%，但A2/O工艺可通过调节混合液回流泵，使内回流比达到200%甚至更高以实现提高TN去除率的目的，但这一措施同时也提高了能耗和运行费。
另一方面，有研究表明，同样的污水达到相同的处理效果，推流式曝气池的动力学负荷、体积处理负荷均大于完全混合式曝气池，即推流式曝气池的处理能力优于完全混合式曝气池。另外对不同流态活性污泥法动力学模型的研究结果表明：在相同条件下，推流式反应器的性能优于完全混合式反引器。

2.2生产能耗对比分析

如表4所示，以2009年实际数据为例，对甲厂(UNITANK工艺)和乙厂(改良型A2/O工艺)的运行能耗进行比较分析。

由表4可知，UNITANK工艺的单位电耗、投药费用和年维修费用均低于改良型A2/O工艺，每年可节约电耗约894250度、聚丙烯酰胺(PAM)约912.5吨、维修费用10.5万元，经济效益十分显著。

综上所述，针对南方地区低碳源城市生活污水的特点，虽然A2/O工艺具有更好的处理效果，但在总投资相同的情况下，UNITANK工艺也能保证出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准A标准(GB18918-2002)，且年运行维护费用更省，同时UNITANK工艺采用计算机程序控制，模块化管理，控制更加灵活，运行管理更为简单，因此，在今后新建污水处理厂是可优先考虑UNITANK工艺。

3 结论

(1)在中试条件下，倒置A2/O工艺和UNITANK工艺出水水质指标除TP外，COD、SS、TN和NH3-N出水指标基本都达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准A标准(GB18918-2002)，且受进水水质变化影响较小，另外，两种工艺对COD、SS、NH3-N的平均去除率相差不大，但UNITANK工艺对TP、TN的平均去除率比倒置A2/O工艺分别高26.64%、8.47%。

(2)在生产运行条件下，改良型A2/O工艺和UNITANK工艺出水水质指标均基本达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准A标准(GB18918-2002)，且受进水水质变化影响较小。同时，改良型A2/O工艺对COD、SS、TP、TN的平均去除率比UNITANK工艺分别高4.21%、2.72%、3.97%、19.62%，说明改良型A2/O工艺对南方地区低碳源城市生活污水具有更好的处理效果，尤其在生物脱氮方面优势明显。

(3)UNITANK工艺的单位电耗、投药费用和年维修费用均低于改良型A2/O工艺，每年可节约电耗约894250度、聚丙烯酰胺(PAM)约912.5吨、维修费用10.5万元，经济效益十分显著。

(4)总的来说，UNITANK工艺和A2/O工艺对南方地区低碳源城市生活污水均具有较好的处理效果，适用于南方地区的污水处理工程。从技术、经济等方面综合考虑，UNTANK工艺虽然处理效果略逊A2/O工艺，但其运行维护费用更低、控制更加灵活，运行管理更为简单，新建污水厂可优先选择UNTANK工艺。