A2/O工藝原理、特點(diǎn)及效果改進(jìn)措施

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A2/O工藝是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文縮寫，它是厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷工藝的簡稱。該工藝處理效率一般能達(dá)到：BOD5和SS為90%~95%，總氮為70%以上，磷為90%左右，一般適用于要求脫氮除磷的大中型城市污水廠。但A2/O工藝的基建費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)均高于普通活性污泥法，運(yùn)行管理要求高，所以對目前我國國情來說，當(dāng)處理后的污水排入封閉性水體或緩流水體引起富營養(yǎng)化，從而影響給水水源時(shí)，才采用該工藝。

工藝流程

A2/O工藝是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文縮寫，它是厭氧—缺氧—好氧生物脫氮除磷工藝的簡稱。A2/O工藝于70年代由美國專家在厭氧—好氧磷工藝（A~/O）的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，該工藝同時(shí)具有脫氮除磷的功能。

該工藝在好氧磷工藝（A/O）中加一缺氧池，將好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，該工藝同時(shí)具有脫氮除磷的目的。

工藝原理

1、首段厭氧池，流入原污水及同步進(jìn)入的從二沉池回流的含磷污泥，本池主要功能為釋放磷，使污水中P的濃度升高，溶解性有機(jī)物被微生物細(xì)胞吸收而使污水中的BOD5濃度下降；另外，NH3-N因細(xì)胞的合成而被去除一部分，使污水中的NH3-N濃度下降，但NO3-N含量沒有變化。

2、在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有機(jī)物作碳源，將回流混合液中帶入大量NO3-N和NO2-N還原為N2釋放至空氣，因此BOD5濃度下降，NO3-N濃度大幅度下降，而磷的變化很小。

3、在好氧池中，有機(jī)物被微生物生化降解，而繼續(xù)下降；有機(jī)氮被氨化繼而被硝化，使NH3-N濃度顯著下降，但隨著硝化過程使NO3-N的濃度增加，P隨著聚磷菌的過量攝取，也以較快的速度下降。

A2/O工藝它可以同時(shí)完成有機(jī)物的去除、硝化脫氮、磷的過量攝取而被去除等功能，脫氮的前提是NO3-N應(yīng)完全硝化，好氧池能完成這一功能，缺氧池則完成脫氮功能。厭氧池和好氧池聯(lián)合完成除磷功能。

工藝特點(diǎn)

（1）厭氧、缺氧、好氧三種不同的環(huán)境條件和不同種類微生物菌群的有機(jī)配合，能同時(shí)具有去除有機(jī)物、脫氮除磷的功能。

（2）在同時(shí)脫氧除磷去除有機(jī)物的工藝中，該工藝流程最為簡單，總的水力停留時(shí)間也少于同類其他工藝。

（3）在厭氧-缺氧-好氧交替運(yùn)行下，絲狀菌不會大量繁殖，SVI一般100，不會發(fā)生污泥膨脹。

（4）污泥中磷含量高，一般為2.5%以上。

（5）脫氮效果受混合液回流比大小的影響，除磷效果則受回流污泥中夾帶DO和硝酸態(tài)氧的影響，因而脫氮除磷效率不可能很高。

存在問題

A2/O工藝當(dāng)脫氮效果好時(shí)，除磷效果較差，反之亦然，很難同時(shí)取得好的脫氧除磷效果。原因?yàn)椋?/span>

該流程回流污泥全部進(jìn)入?yún)捬醵�，為了維持較低的污泥負(fù)荷，要求較大的回流比（一般在40%~100%），方可保證系統(tǒng)硝化良好，但回流污泥也將大量硝酸鹽帶入?yún)捬醭�，而聚磷菌放磷的條件是厭氧狀態(tài)，并同時(shí)有溶解性BOD5存在。

但當(dāng)厭氧段存在大量硝酸鹽時(shí)，反硝化菌會以有機(jī)物為碳源進(jìn)行反硝化，等脫氮完全后才開始磷的厭氧釋放，這就使得厭氧段進(jìn)行磷的厭氧釋放的有效容積大為減少，從而使得除磷效果較差，而脫氮效果較好。

反之，如果好氧段硝化作用不好，則隨回流污泥進(jìn)入?yún)捬醵蔚南跛猁}減少，改善了厭氧段的厭氧環(huán)境，使磷能充分地厭氧釋放，所以除磷的效果較好，但由于硝化不完全，故脫氮效果不佳。所以A2/O工藝在脫氮除磷方面不能同時(shí)取得較好的效果。

改進(jìn)措施

針對上述A2/O工藝存在的問題，應(yīng)對該工藝的設(shè)計(jì)和運(yùn)行作如下改進(jìn)：

（1）將回流污泥分二點(diǎn)加入，減少加入到厭氧段的回流污泥量，從而減少進(jìn)入?yún)捬醵蔚南跛猁}和溶解氧。在保證總的污泥回流比為60%~100%的情況下，一般到厭氧段的回流污泥比為10%，即可滿足磷的需要，而其余的回流污泥則回流到缺氧段以保證氮的需要。

（2）A2/O工藝系統(tǒng)中剩余污泥含磷量較高，在其消化過程中磷會重新釋放和溶出。同時(shí)由于剩余污泥沉淀性能較好，所以可取消消化池，直接經(jīng)濃縮壓濾后作為肥料使用。

（3）在硝化好氧段，污泥負(fù)荷率應(yīng)小于0.18kgBOD5/（kgMLSS·d），而在除磷厭氧段，污泥負(fù)荷率應(yīng)在0.10kg BOD5/（kgMLSS·d）以上。

結(jié)語

A2/O工藝在去除污水中有機(jī)碳污染（BOD污染）的同時(shí)，還能有效去除污水中氮和磷污染，為污水復(fù)用和資源化開辟了新的途徑，它與普通回流污泥法二級處理后再進(jìn)行三級物化處理相比，不僅投資和運(yùn)行成本低，而且無大量難以處理的化學(xué)污泥，具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

來源：水博網(wǎng)

郝曉地 | A2/O不宜作為污水處理升級改造工藝

原創(chuàng)2017-09-05郝曉地中國給水排水

摘要

以國內(nèi)普遍采用的A2/O工藝為背景，通過與UCT工藝模擬對比揭示，A2/O在脫氮上略遜UCT，但在除磷方面明顯落后于UCT。倒置A2/O雖能避免回流污泥中硝酸氮對厭氧釋磷的影響，但卻以犧牲生物除磷為代價(jià)。進(jìn)言之，UCT較A2/O可聚集更多反硝化除磷細(xì)菌（DPB），這將最大化同步脫氮除磷作用，同時(shí)亦可節(jié)省曝氣量。但是，UCT在生物除磷上的優(yōu)越性會導(dǎo)致出水SS中高含磷量（5%~6%），所以，較高的出水SS（10 mg/L）肯定會產(chǎn)生較高的出水總磷（TP）。降低出水SS（5 mg/L）并輔助外加碳源或側(cè)流磷沉淀，UCT不僅可以滿足國家一級A標(biāo)準(zhǔn)，甚至還能達(dá)到京標(biāo)A之地方嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。厭氧單元上清液側(cè)流磷沉淀與外加碳源具有異曲同工之處，可以將化學(xué)除磷宏量效果好、生物除磷微量效果佳之特點(diǎn)發(fā)揮至極致，不僅避免了外加碳源，亦可實(shí)現(xiàn)磷回收。

9月16日-19日，在青島即將舉辦的“污水處理廠提標(biāo)改造技術(shù)交流會”上，郝曉地教授將做題為“A2/O不宜作為污水處理升級改造工藝”的報(bào)告，為大家進(jìn)行詳細(xì)闡述，敬請關(guān)注！

郝曉地（1960-），男，山西柳林人，教授，從事市政與環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)與科研工作，主要研究方向?yàn)槲鬯�生物脫氮除磷技術(shù)、污水處理數(shù)學(xué)模擬技術(shù)、可持續(xù)環(huán)境生物技術(shù)。現(xiàn)為國際水協(xié)期刊《Water Research》區(qū)域主編（Editor）。

1

工藝模型設(shè)計(jì)

實(shí)踐表明，TUD與ASM聯(lián)合模型亦適用于我國市政污水處理廠問題診斷、運(yùn)行優(yōu)化、工藝設(shè)計(jì)。因此，利用之前業(yè)已建立的TUD聯(lián)合模型，采用AQUASIM 2.0模擬軟件，分別對A2/O、UCT、倒置A2/O工藝建立工藝模型進(jìn)行模擬。

1.1

工藝設(shè)計(jì)水質(zhì)

結(jié)合北京某小型市政污水處理廠升級改造設(shè)計(jì)水量(20 000 m3/d)、水質(zhì)（見表1），對模型所需COD參數(shù)按照污水水質(zhì)特征化方法，將進(jìn)水COD區(qū)分為如表2所示的S_I、S_A、S_F、X_I、X_S五種組分。

表1 設(shè)計(jì)水質(zhì)年平均值（mg/L）

項(xiàng)目	COD	BOD5	SS	NH4+-N	TN	TP
指標(biāo)	320	160	185	48	60	7.5

表2 模型COD參數(shù)組分劃分(mg/L)

項(xiàng)目	S_I	S_A	S_F	X_S	X_I
指標(biāo)	24	32	72	137	55

1.2

A2/O設(shè)計(jì)參數(shù)與工藝模型

參考我國南北方地區(qū)部分既有A2/O工藝實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，確定工藝模擬設(shè)計(jì)參數(shù)為：1）生化反應(yīng)總水力停留時(shí)間HRT=13 h，其中，厭氧段HRT=3 h，缺氧段HRT=3 h，好氧段HRT=7 h；2）不設(shè)初沉池，二沉池HRT=3.6h；3）內(nèi)回流比（QA）按進(jìn)水水量（Qin）200%計(jì)，污泥回流比（QR）為進(jìn)水水量（Qin）100%；4）污泥停留時(shí)間SRT=15d，好氧池溶解氧DO=2 mg/L。模擬工藝流程如圖1所示。

圖1 A2/O模擬工藝流程

實(shí)際污水廠曝氣池內(nèi)流態(tài)接近推流式，這就需要對AQUASIM 2.0中模擬單元以完全混合—推流式建立工藝模型（每個(gè)反應(yīng)池分為串聯(lián)的5個(gè)子反應(yīng)器）。工藝模型中，二沉池分為清水區(qū)（60%）和污泥區(qū)（40%）兩部分，包括水解、PAOs、異養(yǎng)菌、自養(yǎng)菌代謝活動(dòng)的21個(gè)模型反應(yīng)在污泥區(qū)亦全部開啟，即考慮了沉淀池中微生物發(fā)生的各種生化反應(yīng)。

1.3

UCT設(shè)計(jì)參數(shù)與工藝模型

為與A2/O比較，圖2顯示的UCT模型工藝完全移植了上述A2/O模擬工藝設(shè)計(jì)參數(shù)，只不過增加一個(gè)內(nèi)回流QB。

圖2 UCT模擬工藝流程

1.4

倒置A2/O設(shè)計(jì)參數(shù)與工藝模型

倒置A2/O實(shí)際上是對A2/O在空間上將厭氧與缺氧位置對換，如圖3所示。因此，模擬工藝設(shè)計(jì)參數(shù)也完全與A2/O一致。

圖3 倒置A2/O模擬工藝流程

2

模擬結(jié)果與分析

2.1

出水模擬結(jié)果及分析

北方污水處理廠冬季設(shè)計(jì)溫度通常為12 ℃，夏季為20 ℃。為詳細(xì)展示各工藝全年不同季節(jié)運(yùn)行情況，再增加10 ℃和25 ℃兩個(gè)極端溫度進(jìn)行模擬。模擬首先依據(jù)出水SS達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)（即10 mg/L）進(jìn)行，模擬至穩(wěn)定狀態(tài)后的各工藝出水水質(zhì)數(shù)據(jù)對比見圖4。因各工藝出水SS統(tǒng)一設(shè)定為10mg/L，所以，根據(jù)模擬數(shù)據(jù)可以直接計(jì)算出水SS中COD、N、P之含量（見圖5）。

（a） 溶解性COD

（b） 溶解性NH4+

（c） 溶解性NO3-

（d） TN（含SS）

（e） 溶解性PO43-

（f） TP（含SS）

圖4 出水模擬計(jì)算結(jié)果

圖4顯示，各溫度下三種工藝對COD去除幾近一致，出水中溶解性SCOD≤25 mg/L。NH4+-N硝化能力在20 ℃以下時(shí)UCT明顯高于A2/O，比倒置A2/O亦好許多。因各工藝反硝化能力受碳源（COD）限制，20 ℃以下時(shí)UCT硝化產(chǎn)生的較多的NO3--N不能及時(shí)反硝化，以至于比其它兩個(gè)工藝高1~3 mg/L。就TN而言，因各工藝SS中所含N成分不盡相同，20 ℃以下時(shí)倒置A2/O要比其它兩個(gè)工藝低1~2 mg /L。無論溶解性PO43-還是TP，倒置A2/O表現(xiàn)均很差，幾乎不具有生物除磷能力；而UCT在生物除磷方面要?jiǎng)儆贏2/O。

綜上所述，倒置A2/O只具有較強(qiáng)的脫氮能力，在生物除磷方面則無所作為。這是因?yàn)?/span>倒置A2/O完全違背了要將易降解COD（VFAs）首先在厭氧單元用于PAOs/DPB吸收的原則，以至于用反硝化方式幾乎耗盡了VFAs，導(dǎo)致PAOs/DPB無COD可以利用，在系統(tǒng)中難以繁殖。顯然，在同步脫氮除磷方面，倒置A2/O應(yīng)禁止應(yīng)用。否則，P無法生物去除。

UCT因避免了回流污泥中NO3-對厭氧單元PAOs/DPB的影響（競爭VFAs），所以，顯示出比A2/O更好的生物除磷能力。此外，因UCT進(jìn)入缺氧單元實(shí)際存在兩個(gè)循環(huán)（QA+QR），使實(shí)際回流比為300%，導(dǎo)致NH4+-N硝化機(jī)會較A2/O無形增加100%，所以，UCT的硝化能力好于A2/O。盡管UCT300%的缺氧回流比理論上亦有助于增加反硝化的機(jī)會，但因碳源（COD）限制而不能將硝化而來的NO3-及時(shí)反硝化。

（a） 出水SS中COD、N含量

（b） 出水SS中P含量

圖5 出水SS中COD、N、P含量

圖5顯示，三種工藝出水SS中的COD和N含量基本相同，差別在于P含量。倒置A2/O出水SS中P含量明顯很低（約占SS總干重2%），直接反映出SS中并不含PAOs/DPB。相反，UCT和A2/O出水SS中P含量高達(dá)5%~6%，且UCT要高于A2/O，這說明兩工藝中均存在著相當(dāng)?shù)腜AOs/DPB，這也是兩工藝具有生物高除磷能力的一個(gè)旁證。

2.2

反硝化除磷菌（DPB）除磷貢獻(xiàn)率

反硝化除磷菌（DPB）首先發(fā)現(xiàn)于UCT和A2/O工藝之中，這種細(xì)菌使用同一碳源即可實(shí)現(xiàn)缺氧反硝化吸磷，可以在很大程度上避免以O(shè)2作為唯一電子受體的吸磷現(xiàn)象，不僅節(jié)省了脫氮除磷的碳源，亦可節(jié)省曝氣量。表3列出了A2/O和UCT系統(tǒng)聚磷菌（PAOs）吸磷總量以及DPB在生物吸磷方面的貢獻(xiàn)率。

表3 反硝化除磷貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)表

表3顯示，A2/O工藝中PAOs在缺氧以及好氧單元吸磷總量較UCT低22%~35%；UCT中PAOs的吸磷作用在20 ℃以下時(shí)作用特別明顯（＞30%），應(yīng)主要?dú)w功于DPB的反硝化除磷現(xiàn)象，低溫時(shí)表現(xiàn)尤為突出，20 ℃以下時(shí)比A2/O高12%~14%。換句話說，UCT工藝生物除磷在很大程度上均以反硝化除磷為主。從這個(gè)意義上說，UCT在同步脫氮除磷方面的性能絕對優(yōu)于A2/O。

2.3

降低出水SS水質(zhì)效果模擬

盡管UCT與A2/O具有較好的同步脫氮除磷能力，但限于出水較高的SS濃度（10 mg /L），其出水TP濃度距離一級A標(biāo)準(zhǔn)仍然具有一定距離。因此，整體提高出水水質(zhì)（進(jìn)一步降低N、P濃度）的技術(shù)措施是降低出水中SS的濃度，這也是MBR工藝運(yùn)用而生的主要理由。其實(shí)，設(shè)計(jì)和運(yùn)行良好的傳統(tǒng)二沉池完全可以達(dá)到與MBR膜分離幾近一致的分離SS（≤ 5 mg/L）的效果。即使傳統(tǒng)二沉池難以勝任將SS降至≤5 mg/L，后接簡單砂濾即可奏效，況且目前還出現(xiàn)了高效沉淀設(shè)備。在上述模擬基礎(chǔ)上，只需設(shè)定出水SS=5 mg/L，其它任何參數(shù)保持不變。進(jìn)一步模擬結(jié)果見圖6。

（a） 溶解性COD

（b）溶解性NH4+

（c） 溶解性NO3-

（d） TN（含SS）

（e） 溶解性PO43-

（f） TP（含SS）

圖6 不同出水SS下模擬結(jié)果

圖6顯示，降低出水SS后水質(zhì)效果主要體現(xiàn)在出水TP上，效果非常明顯，特別針對UCT，使出水TP從＞0.5 mg /L降至＜0.5 mg /L，已滿足一級A排放標(biāo)準(zhǔn)（A2/O仍難以達(dá)標(biāo)�。�。這是因?yàn)閁CT中PAOs/DPB含量多，SS中的P含量也就相應(yīng)較高（5%~6%），因此降低出水SS對降低TP也就至關(guān)重要。其它出水指標(biāo)（沒有變化或略有變化，主要受出水SS降低后回流污泥濃度有所提高影響（MLSS濃度升高約100 mg/L）。

3

UCT工藝優(yōu)化效果模擬

上述模擬結(jié)果顯示，UCT較A2/O工藝在脫氮上好一些，并在除磷方面好很多。然而，就特定模擬進(jìn)水水質(zhì)而言，即使UCT工藝也僅僅是滿足國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，還不能達(dá)到京標(biāo)B標(biāo)準(zhǔn)（SS=10 mg /L，COD=30 mg/L，TN=15 mg/L，NH4+-N=1.5/2.5 mg/L，TP=0.3 mg/L）、甚至是京標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn)（SS=5 mg/L，COD=20 mg/L，TN=10 mg/L，NH4+-N=1/1.5 mg/L，TP=0.2 mg/L）。對此，可從外加碳源（增加C/P比）或側(cè)流磷沉淀（相對提高C/P比）角度解決進(jìn)水可降解碳源不足的問題。

3.1

外加碳源

在上述模擬的基礎(chǔ)上，保持進(jìn)水總COD不變，對表2所列COD可降解組分（S_A: 32mg/L→62mg/L，S_F: 72mg/L→82mg/L）適當(dāng)提高（40 mg/L），并相應(yīng)減少慢性降解組分（X_S）比例（137mg/L→97mg/L）。

3.2

側(cè)流磷沉淀

厭氧上清液側(cè)流磷沉淀方式可以將化學(xué)除磷宏量效果好、生物除磷微量效果佳的特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合。為此，基于圖2所示UCT工藝，在厭氧池末端增加一上清液側(cè)流磷沉淀/分離單元（圖7），取側(cè)流比為進(jìn)水量（Qin）的15%；側(cè)流上清液以金屬磷酸鹽形式沉淀，磷去除率設(shè)定90%。

圖7 側(cè)流磷沉淀UCT模擬工藝流程

3.3

模擬結(jié)果分析

后兩種強(qiáng)化工藝在出水COD上無差別。外加碳源因常規(guī)異養(yǎng)菌（OHO）、磷細(xì)菌數(shù)量增多使硝化受到一些抑制，但因反硝化/反硝化除磷作用增強(qiáng)而致TN下降約 1mg /L。側(cè)流磷沉淀在脫氮上作用雖不及外加碳源，但較原始UCT有明顯效果（TN下降約0.5 mg /L）。其實(shí)，外加碳源和側(cè)流磷沉淀的工藝性能強(qiáng)化作用主要表現(xiàn)在除磷上，兩者均能使出水PO43-大幅下降（＞50%），最終致出水TP下降至0.21~0.33 mg P/L，特別是側(cè)流磷沉淀均＜0.3 mg P/L。

（a） 溶解性COD

（b） 溶解性NH4+

（c） 溶解性NO3-

（d） TN濃度（含SS）

（e） 溶解性PO43-

（f） TP濃度（含SS）

圖8 不同條件UCT工藝出水模擬結(jié)果

顯然，UCT外加碳源或側(cè)流磷沉淀在增加C/P方面具有異曲同工之處，導(dǎo)致的最終脫氮除磷效果完全可以達(dá)到京標(biāo)B標(biāo)準(zhǔn)。側(cè)流磷沉淀使N、P指標(biāo)已基本接近京標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn)。顯然，進(jìn)一步降低出水COD和N、P，完全達(dá)到京標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn)只需再降一下SS（圖9）即可，簡單砂濾似乎即可奏效。

（a） 出水SS中COD、N含量

（b） 出水SS中P含量

圖9 原始UCT以及變型工藝出水SS中COD、N、P含量

4

結(jié) 語

污水處理升級改造是大勢所趨，技術(shù)選擇不僅受國標(biāo)、地標(biāo)（盡管很大程度上缺乏科學(xué)性）制約，更重要的還是工藝決策、設(shè)計(jì)者缺乏對常規(guī)工藝機(jī)理的深刻理解，以至于出現(xiàn)很多認(rèn)識誤區(qū)，使本來生物處理便能一并解決的脫氮除磷問題往往通過延長流程的方式，以化學(xué)、物理、甚至再加生物的后端形式加以“強(qiáng)化”去除。流程延長導(dǎo)致管理復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用攀升等弊端一方面讓運(yùn)行單位怨聲載道，另一方面，高物耗、能耗、藥耗工藝也背離可持續(xù)的原則。

相同進(jìn)水水質(zhì)、工藝設(shè)計(jì)參數(shù)下的數(shù)學(xué)模擬結(jié)果顯示，UCT在脫氮上較A2/O工藝要稍好一些，但在除磷方面優(yōu)勢明顯。針對回流污泥中NO3-可能影響厭氧釋磷的問題，國內(nèi)試圖以倒置A2/O形式加以解決。但缺氧先行只能以本來應(yīng)留給磷細(xì)菌的VFAs讓常規(guī)反硝化“捷足先登”，結(jié)果讓磷細(xì)菌無“食”可得，不能在系統(tǒng)內(nèi)生長。通過數(shù)學(xué)模擬，這一論點(diǎn)得到印證，倒置A2/O系統(tǒng)中幾乎無磷細(xì)菌存在，因此，也就難具生物除磷效果。

生物除磷效果越好，出水中溶解性PO43-就越低，而出水SS中因聚磷菌緣故使P含量高（5%~6%）才是制約出水TP達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵。因此，UCT工藝加高效沉淀池或簡單砂濾即可將出水SS降至5 mg/L以下，可能并不需要MBR的助力。

針對進(jìn)水碳源不足現(xiàn)象，固然可以采取外加碳源方式強(qiáng)化生物脫氮除磷，但采用厭氧單元上清液側(cè)流磷沉淀方式具有異曲同工之處，不僅可以回收磷，亦可相對增加C/P值，將化學(xué)除磷宏量效果好、生物除磷微量效果佳之特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，最大程度發(fā)揮化學(xué)、生物除磷各自優(yōu)勢。模擬顯示，側(cè)流磷沉淀甚至可以使出水TP達(dá)到京標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn)，不僅節(jié)省了碳源，而且節(jié)省大量化學(xué)沉淀藥劑。

論文全文將發(fā)表在《中國給水排水》雜志上，題目：A2/O工藝用于污水處理廠升級改造的適宜性探討，作者：郝曉地，李天宇，吳遠(yuǎn)遠(yuǎn)，Mark van Loosdrecht

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污水廠提標(biāo)改造中A2/O工藝應(yīng)用發(fā)展趨勢

原創(chuàng)2016-11-10馬寧，等中國給水排水

導(dǎo)讀

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)保意識提高，我國城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格。在此期間，A2/O工藝因具有出水水質(zhì)好、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)已在我國大中型污水處理廠及再生水廠得到了廣泛應(yīng)用。論文闡述了A2/O工藝針對不同的出水水質(zhì)指標(biāo)和進(jìn)水特性對工藝進(jìn)行階段性提標(biāo)改造的常用技術(shù)手段，包括低碳氮比、低溫等情況下達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)措施，進(jìn)一步提高再生水回用水質(zhì)的A2/O-MBR工藝組合及其深度處理方案等。針對現(xiàn)有A2/O及其改進(jìn)工藝的不足，未來A2/O工藝的主要發(fā)展趨勢是基于“能源回收自給”的可持續(xù)脫氮除磷，同時(shí)存在對氮磷等植物營養(yǎng)物深度去除和內(nèi)分泌干擾物高效凈化的深度處理技術(shù)需求。

作者簡介：馬寧（1983-），男，安徽合肥人，博士研究生學(xué)歷，高級工程師，主要研究方向?yàn)樗�污染控制工程�?/span>

1

A2/O工藝的應(yīng)用與挑戰(zhàn)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，A2/O及以其為基礎(chǔ)的脫氮除磷工藝目前在我國已占據(jù)50%以上的市場。截止到2014年1月，北京市已運(yùn)營的44家萬噸級以上污水處理廠中，共有11家污水處理廠采用了A2/O工藝及其改進(jìn)型工藝，A2/O工藝的處理規(guī)模占北京市年污水處理能力的60.5%，其中有4家為10萬噸級以上的設(shè)計(jì)運(yùn)營規(guī)模，如高碑店污水處理廠、小紅門污水處理廠、清河污水處理廠等。然而，A2/O工藝自身特點(diǎn)注定了其將面臨硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有機(jī)負(fù)荷、泥齡以及碳源需求上存在著矛盾和競爭, 因此難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)碳、氮、磷的高效去除，并滿足日益嚴(yán)格的排放限值。

2

基于一級B 達(dá)標(biāo)排放的A2/O工藝的難點(diǎn)與主要技術(shù)措施

2.1

基于一級B達(dá)標(biāo)排放的A2/O工藝典型問題

污水處理廠從國標(biāo)GB18918－2002二級排放標(biāo)準(zhǔn)提升為一級B的難度相對較低，采用A2/O工藝需解決的技術(shù)問題也較為明確，一般通過對溶解氧（DO）、混合液回流比（RN）、污泥回流比（R）和水力停留時(shí)間（HRT）等各參數(shù)優(yōu)化控制即可達(dá)到。

2.2

溶解氧（DO）控制

好氧池過高的DO不僅會抑制硝化菌的硝化作用，而且破壞厭氧池和缺氧池的低DO狀態(tài)；過低的DO會限制硝化菌的生長率，嚴(yán)重影響污水的脫氮效果。缺氧池DO變化可通過抑制硝酸鹽還原酶的合成和活性，影響反硝化過程。早期研究者對A2/O工藝各階段DO的控制總結(jié)得出：好氧池DO控制在2.0mg/L左右、缺氧池DO在0.2~0.5mg/L、厭氧池DO在0.2mg/L以內(nèi)為宜

2.3

混合液回流比（RN）和污泥回流比（R）的影響與選擇

選擇合適的混合液回流比（RN）和污泥回流比（R）對污水脫氮效果至關(guān)重要。RN過大時(shí)需要高功率的回流泵，增加能耗。反之，當(dāng)RN較小時(shí)，脫氮效率降低。R過小時(shí)，厭氧池污泥負(fù)荷增加，將影響各段的生化反應(yīng)效率；R過大則抑制聚磷菌釋放磷的效果，降低總磷去除率。李明等人通過對A2/O工藝的研究對比得出，一般R=50%~100%，最低不可低于40%；李銀波等人采用A2/O脫氮除磷工藝中試試驗(yàn)表明，RN為200%時(shí)系統(tǒng)處理效果最佳。

2.4

水力停留時(shí)間（HRT）的影響與設(shè)定

一般來說，延長HRT時(shí)間有利于提高COD去除效果，但對于厭氧池，過長的HRT容易產(chǎn)生污泥膨脹，過短水流速度較大，易導(dǎo)致活性污泥流失；相對于好氧池，過長的HRT則使SRT縮短，影響污泥釋磷效果，增加污泥排放量；較短的HRT使污水中硝化過程不充分，不利于脫氮。李永峰等與林琳等人研究結(jié)果對比表明，HRT對TN、TP和NH3-N的去除率影響較大，對COD去除率影響相對較��；HRT控制在5~8h時(shí)，系統(tǒng)整體功能性較好。

北京小紅門污水廠處理廠

麋鹿苑里濕地的水源來自于小紅門污水處理廠

3

針對一級A達(dá)標(biāo)排放的A2/O工藝的難點(diǎn)與主要技術(shù)措施

3.1

針對一級A 達(dá)標(biāo)排放的A2/O工藝難點(diǎn)

出水水質(zhì)進(jìn)一步從一級B標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)至一級A標(biāo)準(zhǔn)回用時(shí)，COD、TN、氨氮和TP要求均有所提高。在合理C/N比以及非低溫環(huán)境下，通常采用A2/O工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)試能夠達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)要求；但對于C/N比較低或低溫環(huán)境等不可控問題，僅通過簡單工藝調(diào)試很難達(dá)到一級A水質(zhì)要求。

3.2

低C/N比問題及其技術(shù)措施

根據(jù)住建部“全國城鎮(zhèn)污水處理信息系統(tǒng)”數(shù)據(jù)顯示，我國大部分城鎮(zhèn)都面臨著C/N比偏低的現(xiàn)象，多數(shù)城市污水中C/N比在3~4之間。在采用A2/O工藝處理低C/N值污水時(shí)，一般脫氮除磷效率不高，因此較難達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。目前常用的解決措施主要從外加碳源和內(nèi)碳源兩方面著手。

①投加碳源：這是一種能夠快速有效提高C/N值的最簡單辦法。為反硝化過程提供足夠的碳源（如甲醇、葡萄糖、乙酸鈉等）能夠有效地提高脫氮效率，但長期投入顯然增加污水處理成本。

②投加垃圾滲濾液：陳杰明等人對重慶市某大型污水廠投加垃圾滲濾液補(bǔ)充碳源方法進(jìn)行了研究，當(dāng)垃圾濾液的投配率為0.1%時(shí)，活性污泥不會受到垃圾濾液的毒性干擾，同時(shí)可為系統(tǒng)增加約15%的碳源，一方面可以解決垃圾濾料的排放問題，另一方面投入成本低，是一種較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的借鑒。

③增設(shè)單元：池年平等人通過在傳統(tǒng)A2/O工藝前端增設(shè)預(yù)缺氧池形成A-A2/O（缺氧—厭氧—缺氧—好氧）工藝得出相較于A2/O工藝脫氮除磷效果有顯著的提升；A-A2/O工藝脫氮主要在預(yù)缺氧池和缺氧池完成，且兩者脫氮量相當(dāng)，厭氧池則可專注于除磷，是一種克服低C/N比的有效方法。例如，東莞市華駿污水處理廠（5萬噸/日）采用A-A2/O工藝，將來自二沉池的回流污泥和10%左右的進(jìn)水進(jìn)入反硝化池，消除硝態(tài)氮對厭氧池釋放磷的不利影響，強(qiáng)化了除磷脫氮效果，出水基本達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)限值。

④工藝優(yōu)化：將傳統(tǒng)A2/O工藝中厭氧池與缺氧池順序調(diào)換可形成倒置A2/O工藝，通過對倒置A2/O研究，黃理輝、張杰等人發(fā)現(xiàn)缺氧段之前能夠優(yōu)先得到碳源，單位容積反硝化能力增強(qiáng)，反硝化效果能夠得到有效地保證；同時(shí)，回流污泥經(jīng)過完整的吸磷和釋磷過程，除磷效果也較好。廣東省佛山市某污水處理廠（20萬噸/日）和寧夏石嘴山市第一污水處理廠（6萬噸/日）等均采用倒置A2/O工藝對原有工藝進(jìn)行升級改造和調(diào)試，保證了厭氧池的厭氧狀態(tài)，強(qiáng)化了脫氮除磷效果，確保了出水滿足國標(biāo)一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

⑤分段進(jìn)水：通過分段進(jìn)水的形式可有效強(qiáng)化系統(tǒng)對原水中碳源的利用，提高對污染物的去除能力。青島城陽污水處理廠（5萬噸/日）通過分段進(jìn)水的方式提高系統(tǒng)對原水中碳源的利用率，強(qiáng)化了脫氮除磷能力，并成為中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會評出的城市污水處理達(dá)一級A標(biāo)準(zhǔn)的示范工程。改良后的生物池出水水質(zhì)達(dá)到一級A 標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，每天可節(jié)省電耗約672 kW·h。

3.3

低溫問題及其解決措施

目前，低溫低碳是我國大部分污水處理廠面臨的最棘手的問題。溫度對微生物細(xì)胞的繁殖、生物種群的組成、活性污泥的絮凝性能、曝氣池對氧的利用效率以及水的粘度等都有較大的影響。低溫顯著降低硝化菌和反硝化菌的活性，嚴(yán)重影響脫氮除磷效果。

針對低溫問題，倒置A2/O工藝也可作為緩解手段之一。張智等人]對重慶市雞冠石污水處理廠的倒置A2/O工藝在低溫脫氮除磷效果不穩(wěn)定的問題進(jìn)行了研究，表明低溫條件下將污泥濃度提高到5500~6000mg/L、好氧池DO控制在1.2mg/L左右時(shí)，出水能夠達(dá)到國標(biāo)一級A標(biāo)準(zhǔn)。

A2/O-BAF是目前克服低碳氮比下的低溫問題最常用工藝之一。通過后置BAF工藝，王建華等人得出A2/O-BAF工藝在低溫條件下脫氮除磷能夠同時(shí)取得良好的效果，不僅出水達(dá)到國家一級A標(biāo)準(zhǔn)，而且A2/O段活性污泥的平均SVI 為85.4mL/g，具有良好的沉降性。蕭縣城北污水處理廠（5萬噸/日）于2015年采用水解酸化-A2/O-BAF工藝處理市政污水，強(qiáng)化了脫氮除磷效果，出水滿足國標(biāo)一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

蕭縣城北污水處理廠

4

針對地表水IV類回用要求的A2/O工藝的典型問題及主要技術(shù)措施

4.1

基于地表水IV類回用要求的A2/O工藝面臨的挑戰(zhàn)

為實(shí)現(xiàn)水體污染物減排目標(biāo)、提高水資源循環(huán)利用率、改善河湖水環(huán)境質(zhì)量及恢復(fù)水體功能，我國部分典型缺水城市（如北京市）已率先在國標(biāo)基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高對污水排放標(biāo)準(zhǔn)，將排放標(biāo)準(zhǔn)提升至北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB 11/809-2012（接近地表水IV類）。該標(biāo)準(zhǔn)在COD、TN、氨氮和TP等指標(biāo)更加嚴(yán)格，這對于大部分現(xiàn)有污水處理廠來說，僅通過簡單的工藝調(diào)整很難達(dá)到排放要求。

4.2

對于地表水IV類及以上回用要求的A2/O工藝采取的主要措施

一般來說，將污水通過A2/O工藝處理至地表水IV類回用要求時(shí)，不僅要具有較高的脫氮除磷水平，還要求具有很高的有機(jī)污染物去除性能。在進(jìn)水滿足要求基礎(chǔ)上，可采取的總體策略是：一方面，采用現(xiàn)有的二級強(qiáng)化，特別是新型生化強(qiáng)化工藝，盡可能提高二級處理段的脫氮除磷能力；另一方面，需引入深度處理工藝，尤其是以膜技術(shù)及其組合工藝為代表的深度回用水處理工藝，可將二級處理出水處理至地表水IV類或以上水質(zhì)。

①A2/O-MBR及其改進(jìn)工藝

雖然A2/O工藝具有良好的脫氮除磷效果，但其脫氮效率很難進(jìn)一步提高。為此，Adam等一批學(xué)者提出了將A2/O與MBR相結(jié)合（A2/O-MBR工藝）的污水處理方式，不僅出水水質(zhì)效果好、污染物指標(biāo)去除率高，而且實(shí)現(xiàn)了HRT與SRT之間相互獨(dú)立，很好地解決了傳統(tǒng)活性污泥法同步脫氮除磷時(shí)兩者所需污泥齡不同的矛盾，不足是膜污染將導(dǎo)致維護(hù)運(yùn)行成本也相應(yīng)提高。為積極響應(yīng)北京市政府“污水治理三年行動(dòng)方案”（2013-2015年），北京市肖家河污水處理廠（8萬噸/日）由A2/O升級改造至A2/O-MBR工藝，改造后出水水質(zhì)由國標(biāo)一級A標(biāo)準(zhǔn)提高到北京市地標(biāo)B標(biāo)準(zhǔn)，主要指標(biāo)滿足地表IV類水體標(biāo)準(zhǔn)。在升級改造過程中，該廠表現(xiàn)出諸多亮點(diǎn)，如占地面積小、污水處理無間斷、擴(kuò)建不擴(kuò)地、節(jié)能型MBR技術(shù)、紫外加臭氧氧化技術(shù)等。

為提高A2/O工藝的脫氮除磷能力，可在一級A提標(biāo)改造的基礎(chǔ)上進(jìn)一步形成倒置A2/O-MBR和A2/O-A-MBR等組合工藝。張健君等人對倒置A2/O-MBR中試表明，該系統(tǒng)具有高效的生物除磷效果，主要由于倒置A2/O段理想的釋磷環(huán)境和MBR段膜分離對膠體形態(tài)磷的截留作用；董良飛等在A2/O基礎(chǔ)上開展了A2/O-A-MBR工藝處理低碳源城市污水的中試研究，經(jīng)過60天的調(diào)試運(yùn)行，出水已基本達(dá)到地表水IV類的回用要求，進(jìn)一步提高了脫氮除磷的水平。

②A2/O-MBR+膜分離工藝

在A2/O-MBR組合工藝及其改進(jìn)工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入膜分離單元作為再生回用的三級處理單元，可以實(shí)現(xiàn)污水資源化高效回用。根據(jù)深度處理膜單元自身的特點(diǎn)，可將二級處理出水處理至地表水IV類或以上水質(zhì)。北京市翠湖再生水廠（1.3萬噸/日）在傳統(tǒng)A2/O工藝基礎(chǔ)上增加前置或后置缺氧池，并與MBR相結(jié)合，已使得水質(zhì)可以達(dá)到出水達(dá)到地表水IV類標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)一步將其中的0.7萬噸/日的MBR出水采用超低壓反滲透（DFRO）膜處理，出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提升至滿足國標(biāo)（GB3838-2002）的地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，可回灌地下水或用于工業(yè)循環(huán)用水，同時(shí)亦滿足翠湖國家濕地公園補(bǔ)水需求。

③A2/O-MBR+人工濕地工藝

對于氮磷等部分指標(biāo)偶爾超標(biāo)的A2/O-MBR工藝，可后續(xù)采用潛流人工濕地，發(fā)揮植物根系吸收和富氧作用、基質(zhì)填料截留及微生物的分解作用，進(jìn)一步去除氮磷等植物營養(yǎng)物，可有效保障A2/O-MBR工藝出水達(dá)到地表水IV類限值。

北京翠湖再生水廠

4.3

基于再生水廠提標(biāo)改造A2/O工藝未來發(fā)展趨勢

截止目前，A2/O及其改進(jìn)工藝已在我國的大中型污水處理廠中廣泛應(yīng)用并對生態(tài)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生了積極的作用。然而，我國的污水處理工藝首要目標(biāo)是“去除污染物”而不是“回收能源”，造成了A2/O工藝和國內(nèi)其他污水處理工藝類似，在實(shí)際應(yīng)用中仍然表現(xiàn)出能耗高、能源自給率低和出水需深度處理等特點(diǎn)。隨著污水處理廠的進(jìn)一步發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)“工藝能耗最小化”、“消化產(chǎn)能最大化”和“能源回收自給最大化”的可持續(xù)脫氮除磷將是A2/O工藝未來發(fā)展的主要趨勢。這就要求未來污水處理廠除了做好節(jié)能降耗優(yōu)化和水資源可持續(xù)循環(huán)利用以外，還需要集中消化水解污泥、最大程度回收有用資源和提高污水處理廠能源自給率，甚至包括在有適度外源有機(jī)廢物協(xié)同處理的情況下，盡可能做到能源零能耗。

在生態(tài)友好性方面，未來污水處理廠應(yīng)具有感官舒適、建筑和諧、環(huán)境互通、環(huán)境友好等方面的特征。然而，現(xiàn)有工藝在污水資源化利用進(jìn)程中仍然難以在實(shí)際運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)對氮磷等植物營養(yǎng)物的深度去除需求和對環(huán)境眾多內(nèi)分泌干擾物的高效凈化功能，攻關(guān)研發(fā)針對此類需求的前瞻性工藝將可能是提高污水處理廠出水生態(tài)友好性的主要發(fā)展方向。

5

總結(jié)與展望

①針對不同排放水質(zhì)指標(biāo)和不同污水特性的污水處理廠升級改造，A2/O工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定、脫氮除磷效果好、COD去除率高，一般能達(dá)到國標(biāo)一級B或者一級A排放要求，是目前大中型污水處理廠應(yīng)用最廣泛的污水處理工藝。

②A2/O工藝難以通過簡單的系統(tǒng)優(yōu)化達(dá)到出水水質(zhì)接近國標(biāo)地表水IV類限值標(biāo)準(zhǔn)，A2/O-MBR組合工藝則以其獨(dú)特的優(yōu)勢在此需求上具有良好的實(shí)際工程效果，因此將在污水處理廠改造過程中具有較好的推廣潛勢。

③A2/O-MBR工藝在提標(biāo)改造中具有出水水質(zhì)效果好、升級改造容易等諸多優(yōu)勢，但同時(shí)也存在著一些需注意的問題（如維護(hù)要求嚴(yán)、運(yùn)行成本高等），因而存在后續(xù)改進(jìn)完善的空間。

④A2/O及其改進(jìn)工藝當(dāng)前表現(xiàn)出能耗水平高、能源自給率低和出水需深度處理等不足，基于“能源回收自給”的A2/O可持續(xù)脫氮除磷、植物營養(yǎng)物深度去除和內(nèi)分泌干擾物高效凈化等是其未來發(fā)展的主要趨勢和方向。

（更詳細(xì)內(nèi)容參見《中國給水排水》第20期：污水處理廠提標(biāo)改造中A2/O工藝研究進(jìn)展與應(yīng)用趨勢，作者：北京市水科學(xué)技術(shù)研究院流域水環(huán)境與生態(tài)技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 馬寧、劉操、韓旭、駱虎、楊蘭琴，首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院 汪浩，北京市排水管理事務(wù)中心 侯達(dá))

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