城市污水處理中不同活性污泥法設計和運行效果的對比分析

吳小麗 畢紅偉

摘要：本文對城市污水處理中的不同活性污泥法進行了設計和運行效果的對比分析。通過比較生物脫氮除磷工藝、序批式活性污泥法、生物吸附氧化法和氧化溝工藝，發現它們在處理效率、運行穩定性、抗沖擊能力和經濟性方面存在差異。進一步分析了影響活性污泥法運行效果的因素，如進水水質、曝氣方式、污泥齡和溫度。本文的研究結果對于優化活性污泥法的設計和運行具有重要意義，有助于提高城市污水處理的效率和可持續發展。

關鍵詞：活性污泥法??A2/O工藝??SBR工藝??氧化溝工藝

中圖分類號：TV505

Comparative?Analysis?of?the?Design?and?Operation?Effect?of?Different?Activated?Sludge?Processes?in?Urban?Wastewater?Treatment

WU?Xiaoli1??BI?Hongwei?2

1.Kunming?Vocational?and?Technical?College?of?Industry;?2.Yunnan?Tilang?Energy-Saving?and?Environmental?Protection?Group?Co.，?Ltd.，?Kunming，?Yunnan?Province，?650302?China

Abstract：?This?paper?presents?a?comparative?analysis?of?the?design?and?operation?effect?of?different?activated?sludge?processes?in?urban?wastewater?treatment.?By?comparing?the?biological?nitrogen?and?phosphorus?removal?process，?sequencing?batch?reactor，?biosorption?oxidation?process?and?oxidation?ditch?process，?this?paper?finds?their?differences?in?treatment?efficiency，?operational?stability，?impact?resistance?and?economy，?and?further?analyzes?factors?influencing?the?operation?effect?of?activated?sludge?processes，?such?as?influent?water?quality，?the?aeration?mode，?the?sludge?age?and?temperature.?The?research?findings?of?this?paper?are?of?significant?importance?for?optimizing?the?design?and?operation?of?activated?sludge?precesses，?and?are?helpful?to?the?improvement?of?efficiency?and?sustainable?development?of?urban?wastewater?treatment.

Key?Words：?Activated?sludge?process;?A2/O?process;?SBR?process;?Oxidation?ditch?process

活性污泥法是一種常用的廢水處理技術，具有高效、節能和環保等優點。不同的活性污泥法在處理廢水時存在差異，因此需要進行比較和分析。通過不斷的研究和實踐，我們可以進一步改進和完善活性污泥法，以滿足不同廢水處理需求。

1不同活性污泥法的特點

1.1?A2/O工藝

A2/O工藝是一種常用的活性污泥法，A2/O工藝代表著（厭氧、缺氧、好氧）的處理過程。該工藝流程是污水經過預處理以后進入厭氧區，厭氧區出水與好氧池回流的混合液匯合進入缺氧區，缺氧區的反應結束后進入好氧區，好氧區出水進入二沉池實現泥水分離，一部分污泥回流進入厭氧區的前端，剩下一部分污泥排入污泥處理系統，污水則繼續進入后續處理工藝。A2/O工藝能夠實現有機物的降解，同時完成脫氮和除磷的功能。

在A2/O工藝中，廢水首先進入厭氧區（溶解氧濃度小于0.2?mg/L），在這里通過原污水和二次沉淀池出來的污泥回流（回流比通常為40%～100%），實現厭氧環境，厭氧區的停留時間通常為1～2h，該過程微生物實現有機物的吸收，聚磷菌（PAOs）實現厭氧釋磷反應，該階段要保證碳源充足（如果原污水的COD或BOD5值較低則需要外加碳源，比如：紅糖、其他高濃度有機物污水等）。經過厭氧區以后污水和回流混合液（回流比通常為100%～400%）同時進入缺氧區，缺氧區采取好氧池出水混合液回流后與厭氧池出水混合后形成停留時間為2～4h的缺氧區，缺氧區溶解氧濃度為0.2～0.5mg/L，該過程通過消化液回流提供硝酸鹽氮利用反硝化菌實現反硝化作用完成污水中氮的去除[1]。污水從缺氧池出來后進入好氧區（溶解氧濃度大于2.0mg/L），在這里通過曝氣系統供氧，供氧的濃度可以通過以下公示進行計算。

1.2?SBR工藝

SBR工藝是序批式活性污泥法的典型工藝，又稱間歇式活性污泥法。該工藝包括進水（同時攪拌或曝氣）、曝氣、沉淀、排水、待機五個操作流程，實現污水的脫氮、除磷和有機物等污染物的降解。

SBR工藝具有許多優點：SBR工藝是集多種反應階段于一體的單泥系統，具有運行方式靈活、不用單獨設置二次沉淀池，節省投資造價、自動化程度高節省運行費用等優點，隨著PLC控制系統的日趨完善，SBR及其變形工藝CASS、CAST等污水處理二級工藝被廣泛應用于污水廠。但在目前的實際應用中，在處理低碳氮比污水時（BOD5/總氮（TN）值小于4.0），SBR工藝系統中各類微生物要求的生化時間不一致，在同一空間、時間進行好氧硝化和缺氧反硝化的脫氨除磷作用不完全，難以達到如今嚴苛的污水排放標準，目前我國各大污水處理廠都執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準GB18918-2002》、《綜合污水排放標準GB8978-1996》和當地特定的污水排放標準[2]。當原污水的污染物構成脫離微生物生長的合理環境下，出水水質則無法保證，通常有脫氮要求時，進水的BOD5/總氮（TN）值宜大于等于4.0，有除磷要求時，污水中的BOD5與總磷（TP）之比宜大于等于17。SBR工藝在廢水處理中具有一定的優勢和限制，需要根據具體情況進行合理選擇和運行控制。

1.3?AB工藝

AB工藝又稱吸附生物降解法，該工藝屬于超高負荷活性污泥法。該工藝分為A段和B段，污水經過預處理后首先進入A段，然后進入B段，出水再進入后續處理工藝。其中A段包括曝氣吸附和中間沉淀，中間沉淀池的一部分污泥回流至曝氣吸附的前端，并產生A段的剩余污泥；B段包括曝氣池和最終沉淀池兩部分，最終沉淀池的污泥一部分回流進入B段的曝氣池前端，并產生B段的剩余污泥。AB法的一大顯著特點是污泥的沉降性能比較好，沒有污泥膨脹現象，與普通活性污泥法相比，AB法具有高效穩定節能降耗造價低，不設初沉池，A段和B段各自擁有自己獨立的回流系統，這樣兩段分開，有各自獨特的微生物群體，處理效果穩定，可以實現一定的脫氮和除磷。

AB法不足之處：在實際運行中脫氮除磷效率低、A段消耗了原污水中的碳源，B段碳氮比低，影響脫氮效果，所以碳源投加費用高，AB工藝需要各自供應氧氣，增加氧耗能。剩余污泥量很大，給后期污泥穩定化處置帶來了壓力。

1.4氧化溝工藝

氧化溝工藝又稱氧化渠工藝，它是活性污泥法的一種變型。氧化溝一般由溝體、曝氣設備、進出水裝置、導流和混合設備組成，溝體的平面形狀一般呈環形、長方形、L形、圓形等，利用水流和氧氣的接觸來實現微生物的生化功能。然后廢水進入沉淀池，實現泥水分離。氧化溝工藝具有較好的污水凈化效果，能夠有效去有機物同步實現脫氮除磷，有較好的適應性和穩定性。氧化溝工藝的運行和維護相對簡單。然而，也存在不足，脫氮除磷效果差，其他污染物去除效果也有限，不適宜運用到寒冷地區[3]。工程中需根據實際選擇合適工藝，并結合其他處理方法，以實現更高效的廢水處理效果。

2不同活性污泥法運行效果比較

2.1處理效率

污水中的主要污染物有：機物（BOD5和COD）、氮（分為氨氮和總氮）、總磷等。在活性污泥法中通過厭氧、缺氧、好氧反應，污染物得以被微生物降解。處理效率的高低取決于有機物濃度、污泥濃度、氧的傳質效率、污水中的碳氮磷比（合理C：N：P通常為100：5：1）、水力停留時間、混合液回流比、污泥回流比、污泥齡等因素。在好氧區域通過曝氣系統供氧，促進有機物降解和氨氮的硝化反應，聚磷菌實現好氧吸磷。缺氧區氧濃度為0.2～0.5mg/L，缺氧區完成脫氮反應，混合液進入缺氧區實現氮的反硝化后，以N2形式排入大氣中，實現氨氮的去除。此處磷的去除主要通過污泥吸附，生物除磷是微生物進行吸磷后通過剩余污泥的形式排出系統，達到除磷效果[4]。根據氧化溝、A2/O、SBR工藝的污染物去除率統計得知：三者對BOD5的去除率均為為：80%～95%；對CODcr去除率為80%～90%，A2/O工藝效果差時只能達到70%；對總氮去除率可以達到60%～85%，氧化溝效果較差時只能達到55%；對氨氮去除率可以達到百分之85%～95，A2/O工藝效果差時只能達到80%；總磷去除效率，氧化溝：50%～75%，A2/O工藝：60%～90%，SBR工藝：50%～85%。

2.2運行穩定性

A2/O厭氧/缺氧/好氧工藝的運行穩定性受諸多因素影響，比如：水質水量的波動、污泥濃度、污泥回流比，混合液回流比，水力停留時間等。對進水水質和水量相對穩定的原污水，其運行穩定性則較好，有機物去除、脫氮、除磷效果較好，出水水質穩定可靠。所以，A2/O工藝對原水水質和水量發生重大變化的時候，其運行穩定性會受影響，出水水質無法得到保障。溫度的變化也會影響微生物的生長速率和代謝活性，進而影響廢水的處理效果，運行則不能穩定。曾有研究表明：溫度對微生物的生命活動影響較為顯著，中國北方冬季城市污水一般在4～150C，低溫環境下污水處理廠的運行結果隨著水溫的降低，活性污泥沉降性能變差，有機物去除、硝化及反硝化作用受到很大沖擊，水面產生大量泡沫且迅速結冰，直接影響出水水質。

氧化溝工藝要想運行穩定也離不開污水處理中的各個影響因素，比如：水溫宜為12～50C、pH值宜為6.0 ～9.0、BOD5/CODcr宜大于0.3、有去除氨氮要求時，進水總堿度（以CaCO3計）/氨氮（NH3-N）的比值宜大于等于7.14、污泥回流比、水力停留時間等，科學合理的保證污水的組成和運行的條件，是保證污水運行穩定性的前提。

SBR工藝（序批式活性污泥法）對比A2/O工藝和氧化溝工藝而言，運行穩定性的影響因素略有差異，因為此工藝沒有設置沉淀池，且所有流程主要集合在一個反應池中，此工藝運行穩定的主要影響因素為：各個階段的停留時間，以及自動化控制的效果等，科學的使用合適的處理工藝才是運行穩定的正確思路。

2.3抗沖擊能力

抗沖擊能力是指活性污泥法在面對突發事件或水質水量波動時，能夠保持穩定的處理效果和操作性能的能力。在面對突發事件或水質水量波動時，對于突發的有毒物質或高濃度有機物的進水，活性污泥法需要具備一定的耐受能力。這包括對毒性物質的降解能力以及對高濃度有機物的適應能力。對于水量波動，具備一定的適應性。水質波動可能包括有機物濃度、氮磷比例的變化等。活性污泥法需要能夠適應這些變化，保持穩定的處理效果。

A2/O工藝針對水質水量波動較大的污水，其處理效果則不理想，甚至會導致污泥膨脹、污泥死亡、出水水質不達標等問題，所以該工藝的抗沖擊負荷能力較差，也是該工藝比較顯著的缺點。

SBR工藝優化以后的工藝是CASS或CAST工藝，優化后的工藝對抗沖擊負荷能力有了很大的改觀，因為原本的SBR工藝前段沒有進水池，污水直接進入池體，水質波動較大的話對污泥是很大的沖擊，因此原始的SBR工藝對水質的抗沖擊負荷能力較弱，優化以后的工藝CASS或CAST則彌補了這一缺點。

氧化溝運行過程中，當遇到原水水溫較低時，出水水質則較差，需要延長曝氣時間，提高污泥濃度，增加泥齡，以保證出水水質。

2.4經濟性

不同的活性污泥法在經濟性方面存在差異。首先是建設投資方面，不同活性污泥法的建設投資成本不同。一般來說，A2/O工藝和AB工藝相對較為復雜，建設投資成本較高；而SBR工藝和氧化溝工藝相對簡單，建設投資成本較低，因此，SBR工藝和氧化溝工藝在這方面具有一定的優勢。其次是運行成本方面，不同活性污泥法的運行成本也存在差異。運行成本主要包括能耗、化學藥劑投加、污泥處理等方面。A2/O工藝和AB工藝由于需要較高的曝氣量和化學藥劑投加量，運行成本較高；而SBR工藝和氧化溝工藝由于操作簡單，運行成本相對較低。因此，運行成本方面SBR工藝和氧化溝工藝也具有一定的優勢。活性污泥法的占地面積也是影響經濟性的因素之一[5]。A2/O工藝和AB工藝由于需要較多的處理單元，占地面積較大；而SBR工藝由于結構簡單，占地面積相對較小。所以在占地方面，SBR工藝具有一定的優勢。

3影響活性污泥法運行效果的因素分析

3.1進水水質

進水水質是指進入活性污泥法處理系統的原始污水的水質特征。進水水質的不同對活性污泥法的運行效果和處理效果有著重要影響。進水水質的有機物濃度是評估活性污泥法處理效果的重要指標之一。有機物濃度高的進水水質會增加活性污泥法的處理負荷，對微生物的生長和代謝活動產生影響。所以進水水質中的有機物濃度應該在一定范圍內，BOD5/CODcr宜大于0.3，以保證活性污泥法的正常運行。進水水質中過高的氮、磷含量會導致活性污泥法出現過度生長的問題，增加了污泥處理的難度，應該控制在合適的范圍內。進水水質中的懸浮物、油脂、重金屬等雜質可能會降低活性污泥的活性和降解能力，影響處理效果[6]。在進水水質的預處理過程中，需要采取相應的措施，去除或減少這些雜質的影響。

3.2曝氣方式

曝氣方式用于提供氧氣供給微生物的生長和代謝活動。不同的曝氣方式對活性污泥法的運行效果和能耗有著不同的影響。常見的曝氣方式包括曝氣池曝氣、曝氣板曝氣、曝氣管曝氣等。曝氣池曝氣是將氣體注入到曝氣池中，通過氣泡上升的方式提供氧氣。曝氣板曝氣是安裝在底部的曝氣板，根據氣體從曝氣板的孔隙中釋放氧氣。曝氣管曝氣則是在底部安裝曝氣管，通過氣體從管道中釋放氧氣。不同的曝氣方式在氧氣傳輸效率、氣泡分布均勻性、能耗等方面存在差異。曝氣池曝氣能夠提供較高的氧氣傳輸效率，但氣泡分布不均勻，容易出現死區。曝氣板曝氣能提供較好的氣泡分布均勻性，但氧氣傳輸效率相對較低。曝氣管曝氣能夠提供較好的氧氣傳輸效率和氣泡分布均勻性，但能耗相對較高。

3.3污泥齡

污泥齡的選擇與污泥的降解能力和污泥濃度有關。較長的污泥齡可以提高污泥的降解能力，促進有機物的降解和去除。還可以增加污泥的濃度，提高活性污泥法的處理效果。但是過長的污泥齡可能會導致污泥過度生長和堵塞等問題，影響系統的穩定運行。污泥齡的選擇還與系統的容積和進水水質等因素有關。較大的系統容積和較高的進水水質可能需要較長的污泥齡來保證處理效果。而較小的系統容積和較低的進水水質可能可以選擇較短的污泥齡。此外，污泥齡還與活性污泥法中的污泥回流比例有關。污泥回流可以增加污泥齡，提高系統的降解能力和處理效果。

3.4溫度

溫度對微生物的生長和代謝活動有直接影響。適宜的溫度能促進微生物的生長和代謝活動，提高活性污泥法的處理效果。而過低或過高的溫度可能會抑制微生物的生長和代謝活動，影響處理效果。因此，在活性污泥法中，要控制系統的溫度在適宜范圍內（通常為12-350C）。溫度還與污泥的降解能力和污泥齡有關。適宜的溫度可以提高污泥的降解能力，促進有機物的降解和去除。還可以影響污泥齡的選擇。溫度與微生物的種類和組成有關。不同的微生物對溫度的適應能力不同，對不同溫度下的降解能力也不同。要根據微生物的特性和溫度要求，選擇適宜的溫度條件。

4結語

活性污泥法是一種重要的廢水處理技術，不同的活性污泥法在處理廢水時具有不同的優勢和劣勢。通過比較和分析，我們可以選擇最適合的活性污泥法來處理廢水。同時，我們還需要注意影響活性污泥法運行效果的因素，并采取相應的措施進行優化，以提高活性污泥法的處理效率和運行穩定性。加強污泥處理與處置也是提高活性污泥法運行效果的重要方面。

參考文獻

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[2] 張芳.生物質熱解木醋液對活性污泥法處理生活污水的影響機制研究[D].武漢：華中科技大學，2019.

[3] 唐發英.活性污泥法治理城市污水探析[J].綠色科技，2019（12）：100-101，104.

[4] 汪琪.Fe對高負荷活性污泥法富碳處理效果及其厭氧發酵的影響[D].合肥：安徽建筑大學，2018.

[5] 楊琦煜.基于SIMULINK平臺的活性污泥法ASM2D模型的仿真研究[D].合肥：安徽建筑大學，2017.

[6] 尹琦.活性污泥法及其在環境工程中的應用[J].皮革制作與環保科技，2021，2（8）：35-36.