A2/O工藝在污水廠提標(biāo)改造中的應(yīng)用

 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)保意識(shí)提高，我國(guó)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(jiǎn)單等特點(diǎn)已在我國(guó)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(duì)不同的出水水質(zhì)指標(biāo)和進(jìn)水特性對(duì)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(jí)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(duì)現(xiàn)有A2/O及其改進(jìn)工藝的不足，未來(lái)A2/O工藝的主要發(fā)展趨勢(shì)是基于“能源回收自給”的可持續(xù)脫氮除磷，同時(shí)存在對(duì)氮磷等植物營(yíng)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。

1A2/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(guó)已占據(jù)50%以上的市場(chǎng)。截止到2014年1月，北京市已運(yùn)營(yíng)的44家萬(wàn)噸級(jí)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(wàn)噸級(jí)以上的設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)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(jìng)爭(zhēng), 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(jí)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(jí)B達(dá)標(biāo)排放的A2/O工藝典型問(wèn)題

污水處理廠從國(guó)標(biāo)GB18918-2002二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)提升為一級(jí)B的難度相對(duì)較低，采用A2/O工藝需解決的技術(shù)問(wèn)題也較為明確，一般通過(guò)對(duì)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(guò)高的DO不僅會(huì)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(guò)低的DO會(huì)限制硝化菌的生長(zhǎng)率，嚴(yán)重影響污水的脫氮效果。缺氧池DO變化可通過(guò)抑制硝酸鹽還原酶的合成和活性，影響反硝化過(guò)程。早期研究者對(duì)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(duì)污水脫氮效果至關(guān)重要。RN過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)對(duì)A2/O工藝的研究對(duì)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(lái)說(shuō)，延長(zhǎng)HRT時(shí)間有利于提高COD去除效果，但對(duì)于厭氧池，過(guò)長(zhǎng)的HRT容易產(chǎn)生污泥膨脹，過(guò)短水流速度較大，易導(dǎo)致活性污泥流失;相對(duì)于好氧池，過(guò)長(zhǎng)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(guò)程不充分，不利于脫氮。李永峰等與林琳等人研究結(jié)果對(duì)比表明，HRT對(duì)TN、TP和NH3-N的去除率影響較大，對(duì)COD去除率影響相對(duì)較小;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

3針對(duì)一級(jí)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(duì)一級(jí)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(jí)B標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)至一級(jí)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(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求;但對(duì)于C/N比較低或低溫環(huán)境等不可控問(wèn)題，僅通過(guò)簡(jiǎn)單工藝調(diào)試很難達(dá)到一級(jí)A水質(zhì)要求。


 

3.2低C/N比問(wèn)題及其技術(shù)措施

根據(jù)住建部“全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理信息系統(tǒng)”數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)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(jí)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(jiǎn)單辦法。為反硝化過(guò)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(zhǎng)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(duì)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(huì)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(wèn)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(guò)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(wàn)噸/日)采用A-A2/O工藝，將來(lái)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(duì)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(jí)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(guò)對(duì)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(guò)完整的吸磷和釋磷過(guò)程，除磷效果也較好。廣東省佛山市某污水處理廠(20萬(wàn)噸/日)和寧夏石嘴山市第一污水處理廠(6萬(wàn)噸/日)等均采用倒置A2/O工藝對(duì)原有工藝進(jìn)行升級(jí)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(guó)標(biāo)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

⑤分段進(jìn)水：通過(guò)分段進(jìn)水的形式可有效強(qiáng)化系統(tǒng)對(duì)原水中碳源的利用，提高對(duì)污染物的去除能力。青島城陽(yáng)污水處理廠(5萬(wàn)噸/日)通過(guò)分段進(jìn)水的方式提高系統(tǒng)對(duì)原水中碳源的利用率，強(qiáng)化了脫氮除磷能力，并成為中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)評(píng)出的城市污水處理達(dá)一級(jí)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(jí)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(wèn)題及其解決措施

目前，低溫低碳是我國(guó)大部分污水處理廠面臨的最棘手的問(wèn)題。溫度對(duì)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(duì)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(duì)低溫問(wèn)題，倒置A2/O工藝也可作為緩解手段之一。張智等人]對(duì)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(wèn)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(guó)標(biāo)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

A2/O-BAF是目前克服低碳氮比下的低溫問(wèn)題最常用工藝之一。通過(guò)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(guó)家一級(jí)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(wàn)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(guó)標(biāo)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

4針對(duì)地表水IV類回用要求的A2/O工藝的典型問(wèn)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(guó)部分典型缺水城市(如北京市)已率先在國(guó)標(biāo)基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高對(duì)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(duì)于大部分現(xiàn)有污水處理廠來(lái)說(shuō)，僅通過(guò)簡(jiǎn)單的工藝調(diào)整很難達(dá)到排放要求。

4.2對(duì)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(lái)說(shuō)，將污水通過(guò)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(jí)強(qiáng)化，特別是新型生化強(qiáng)化工藝，盡可能提高二級(jí)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(jí)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(wàn)噸/日)由A2/O升級(jí)改造至A2/O-MBR工藝，改造后出水水質(zhì)由國(guó)標(biāo)一級(jí)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(jí)改造過(guò)程中，該廠表現(xiàn)出諸多亮點(diǎn)，如占地面積小、污水處理無(wú)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(jí)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(duì)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(duì)膠體形態(tài)磷的截留作用;董良飛等在A2/O基礎(chǔ)上開(kāi)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(guò)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(jí)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(jí)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(wàn)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(wàn)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(guó)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(guó)家濕地公園補(bǔ)水需求。

③ A2/O-MBR+人工濕地工藝

對(duì)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(yíng)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。

4.3基于再生水廠提標(biāo)改造A2/O工藝未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

截止目前，A2/O及其改進(jìn)工藝已在我國(guó)的大中型污水處理廠中廣泛應(yīng)用并對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生了積極的作用。然而，我國(guó)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(guó)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(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)。這就要求未來(lái)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(lái)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(duì)氮磷等植物營(yíng)養(yǎng)物的深度去除需求和對(duì)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(duì)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(duì)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(jí)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(guó)標(biāo)一級(jí)B或者一級(jí)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(guò)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)優(yōu)化達(dá)到出水水質(zhì)接近國(guó)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(shì)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(guò)程中具有較好的推廣潛勢(shì)。

③A2/O-MBR工藝在提標(biāo)改造中具有出水水質(zhì)效果好、升級(jí)改造容易等諸多優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在著一些需注意的問(wèn)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(yíng)養(yǎng)物深度去除和內(nèi)分泌干擾物高效凈化等是其未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)和方向。