城鎮污水廠中A2/O工藝的優化控制

周維奇， 張 鑫

(上海城市水資源開發利用國家工程中心有限公司， 上海 200082)

對污水進行生物脫氮除磷可以有效控制水體富營養化，避免對景觀的影響和生態系統的破壞[1]。根據《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)，氨氮的二級排放標準、一級B排放標準、一級A排放標準的最高允許濃度分別為25，8和5 mg/L。若出水要引入稀釋能力較小的河湖作為城鎮景觀用水和一般回用水等用途時，應執行一級A排放標準。

目前我國許多污水處理工藝對COD、BOD、SS的去除率很高，但是總氮去除率只有50%～70%[2]。A2/O工藝具有投資少、出水水質穩定、能耗費用低等特點，在工程實踐中被廣泛應用。筆者通過中試考察了A2/O工藝的生物脫氮除磷性能，尋求確保氮磷指標能夠符合排放標準的經濟、高效的處理方法，以期為污水廠的運營設計提供參考。

1 A2/O工藝生物脫氮除磷

A2/O工藝生物脫氮的過程包括氨化—硝化—反硝化，主要影響因素包括溫度、C/N、pH、DO、重金屬及有毒物質、污泥齡等。溫度對微生物的代謝活動影響較大，是脫氮過程中重要的影響因子[3]。A2/O污水處理工藝脫氮受季節變化影響較大，冬季低水溫會導致污水脫氮效果差，出現出水總氮超標的現象。

為保證硝化作用的正常進行，活性污泥中的溶解氧應在2.0～3.0 mg/L。同時，生物脫氮的過程應保持合適的碳氮比，當進水BOD5/ TN<3時，需適當添加碳源以確保反硝化反應完全進行[4]。此外，還要考慮控制恰當的混合液回流比、pH等，從而提高脫氮效率。

在生物除磷過程中，聚磷菌在厭氧和好氧條件下交替運行達到生物除磷的目的，通過排放富含磷的污泥去除水體中的磷。

2 試驗裝置與方法

2.1 試驗裝置

與傳統A2/O工藝相比，中試將厭氧區、缺氧區、好氧區綜合在1個反應池內，從而減少占地面積，降低成本，如圖1所示。

圖1 試驗裝置Fig.1 Device of the experiment

整個裝置的污水處理規模為100 m3/d，放置在沉砂池出水一端，主體材料為不銹鋼。合建式A2/O生化反應池內部厭氧段、缺氧段、好氧段的水力停留時間分別為1.5，2.5和8 h。內部污泥回流和內循環均由排污泵控制，并確保不發生堵塞。采用電磁流量計測定流量，好氧池內設有攪拌泵，底部設置曝氣管。

2.2 進水水質

試驗進水為沉砂池出水，總體上為低碳源水質，COD和BOD的波動比總氮、氨氮大，BOD/TN為4.29，平均BOD/COD為0.49，見表1。

表1 進水水質Tab.1 Quality of the influent mg·L-1

2.3 試驗方案

主要考察了pH、溫度、混合液回流比、DO這4個因子與生物脫氮除磷的關系。分別選取3組溶解氧和污泥回流比進行獨立試驗，設計6組工況，試驗參數見表2。每種工況連續運行1個月，每天測量pH和溫度。

表2 混合液回流比與溶解氧試驗參數設計Tab.2 Parameters of reflux ratio of mixed liquor and dissolved oxygen

6組工況的污泥濃度均為2.2～2.8 g/L，水力停留時間為12 h，污泥回流比為100%，水力停留時間均一致。其中，工況1、工況2、工況3主要考察混合液回流比對生物脫氮的影響，以及低回流比情況下達到高脫氮率的可行性。工況4、工況5、工況6則主要考察在混合液回流比為200%的條件下，好氧段不同的溶解氧對出水氨氮的影響，以提高低溫條件下污水脫氮效率。

2.4 測試方法

COD、BOD、TN、MLSS、NH3-N、MLVSS、TP均按國家標準方法測定。溫度、pH、溶解氧為現場測試指標，其中溫度每日早中晚各測定1次，各檢測點pH和溶解氧每日測量1次，并保證溶解氧在設定范圍內。

3 結果與討論

3.1 混合液回流比對出水氨氮的影響

進水氨氮平均值為27.4 mg/L，當混合液回流比在0～200%內變化時，出水氨氮可達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。如圖2所示，氨氮去除率變化不大，平均值為88.62%。隨著混合液回流比的增加，總氮去除率也隨之提高。考慮到能源節約，選擇最適回流比為100%～150%。

圖2 混合液回流比對脫氮效果的影響Fig.2 Effect of reflux ratio of on denitrification

3.2 溶解氧對出水氨氮的影響

進水水溫為10.0～13.0 ℃時，不同溶解氧下進、出水氨氮和總氮見圖3。隨著曝氣量的增大，氨氮去除率明顯提高。溶解氧為1.0，2.6和4.5 mg/L時，出水氨氮分別為20.2，10.4和0.7 mg/L，總氮也分別降低至24.2，14.9和8.4 mg/L。在冬季低溫條件下，可通過增加曝氣來提高溶解氧，使出水氨氮達到排放標準。

低溫對于生物脫氮具有明顯的抑制作用[6-7]，當溫度降低1℃時，為保證脫氮效果，溶解氧應提高10%[8]。但溫度升高后，即使溶解氧為1 mg/L，出水氨氮依然可以達到一級A排放標準。

圖3 溶解氧對氨氮去除效果的影響Fig.3 Effect of DO on removal of ammonia nitrogen

3.3 pH與溫度對脫氮效果的影響

試驗初期，進水溫度都小于15 ℃。由于脫氮過程中硝化反應受溫度影響較大，溫度低于15 ℃時硝化細菌的活性顯著降低，這一過程可通過增加曝氣來提高硝化菌的活性。第22 d后水溫逐漸回升，此時溫度對硝化作用和反硝化作用影響較小，生物脫氮效果較好，無需提供較多的溶解氧。

整個試驗過程進水pH值在7.0～8.0，接近硝化作用和反硝化作用的最適宜pH值，因此pH并未對運行效果產生顯著影響。

圖4 進水pH與水溫的變化Fig.4 Changes of pH and water temperature of influent

3.4 生物除磷

生物除磷的影響因子主要有硝酸鹽、pH與堿度、BOD5/TP、污泥齡、溫度等。在污水廠實際運行過程中，pH與堿度變化均不大，對生物除磷效果影響較小。溫度在10～30℃有助于取得較好的除磷效果，BOD5/TP和污泥齡的影響較小。厭氧階段存在硝酸鹽時，反硝化細菌與聚磷菌競爭優先利用底物中的甲酸、乙酸、丙酸等低分子有機酸，聚磷菌處于劣勢，會抑制聚磷菌的磷釋放。試驗過程中，進水總磷平均值為3.5 mg/L，生物出水總磷平均值為1.2 mg/L，去除率為68.6%，能取得較好的生物除磷效果。

4 結論

① 在低溫條件下，可通過增加溶解氧來提高氨氮的去除率。試驗初期，水溫均低于15 ℃，當水中溶解氧為4.5 mg/L時，出水氨氮小于一級A排放標準。而若溶解氧僅為1 mg/L，出水氨氮濃度偏大。

② 在0～200%內增大混合液回流比，可以提高對總氮的去除率。但考慮到能耗因素，在滿足出水要求的情況下，混合液回流比可選取100%～150%。

③ 提高溶解氧可有效降低出水氨氮，但當水溫高于20 ℃時，可適當降低溶解氧。

④ 在進水總磷平均值為3.5 mg/L時，生物出水總磷平均值為1.2 mg/L，去除率為68.6%，實現了較好的生物除磷效果。