A2/O 工艺在高原污水处理中的应用

谢占川，侯恩卿，李秀庆，杨 娜，杨 林

（青海师范大学化学系，青海西宁810008）

1 A2/O工艺

A2/O工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化反硝化工艺以及生物除磷工艺的结合，可用于二级污水处理或三级污水处理，以及中水回用，目前在城市污水厂有较为广泛的应用。该工艺实现了同步脱氮除磷，而且在厌氧－缺氧－好氧交替运行条件下，不易发生污泥膨胀。该工艺的处理效率一般能达到：BOD5为90%～95%、SS为90%～95%、TN 为70% 以上、P为90%左右。为了更好适应不同水质的污水处理，现已开发出各种改良A2/O工艺，如后置反硝化 A2/O、预缺氧 A2/O、倒置型 A2/O、UCT工艺等［1－3］。

1.1 原理

A2/O工艺基本原理是污水中的可溶性有机物被活性污泥所吸附之后，污泥中的微生物通过代谢作用将其分解，最终使污水得到净化。

1.2 工艺流程图

图1 A2/O工艺流程图

1.3 主要反应单元的功能

1.3.1 厌氧反应器，原污水与从沉淀池排出的含磷回流污泥同步进入，本反应器主要功能是释放磷，同时部分有机物进行氨化。

1.3.2 缺氧反应器，首要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧反应器送来的，循环的混合液量较大，一般为2Q（Q为原污水流量）。

1.3.3 好氧反应器－曝气池，这一反应单元是多功能的，去除BOD，硝化和吸收磷等均在此处进行。流量为2Q的混合液从这里回流到缺氧反应器。

1.3.4 沉淀池，功能是泥水分离，污泥一部分回流至厌氧反应器，上清液作为处理水排放。

2 脱氮除磷机理

氮磷是营养元素，污水中含有大量的氮磷元素，如果未能及时处理，当这些含氮磷较高的污水汇入河流，流入平缓地区时，水体中某些微小的浮游植物、原生动物或细菌会突发性的增值和集聚，大量消耗水中的溶解氧，导致大量水生生物因缺氧而死亡，进而引起更为严重的环境污染——赤潮现象。所以，在污水处理过程中，脱氮除磷是最重要的环节。

2.1 脱氮机理

微生物脱氮的本质是异养型微生物将含氮有机物氧化分解，转化为氨氮，然后由自养型硝化细菌将其转化为NO3－，并进一步转化为N2排除［4］。污水脱氮包括氨化作用、硝化作用和反硝化作用，其中硝化作用和反硝化作用是微生物脱氮的主要机理。可分解步骤为：

图2 微生物脱氮机理

2.2 除磷机理

微生物除磷的本质是聚磷菌在好氧段过量摄取废水中的磷，以聚磷酸盐的形式积累于体内［5］，大量的磷积累在聚磷菌体内，在沉淀池内沉淀后作为剩余污泥排除，部分作为回流污泥再次利用，在厌氧段污泥中的聚磷菌会将体内的聚磷酸盐分解排出，为好氧段大量吸磷创造前提。

3 青藏高原活性污泥培养过程中出现的问题

3.1 气泡现象

活性污泥培养初期，由于污水中含有一些表面活性物质，易引起表面泡沫。但随着活性污泥的成熟，这些表面活性物质经生物降解，泡沫现象会逐渐消失。适当增加进水量可以减少表面泡沫。

3.2 进水质负荷低

活性污泥培养最常用的方法是稀释接种法。采用稀释接种法进行污泥培养时，如果进水水质负荷低，不但会严重影响污泥的生长，而且会导致污泥浓度越来越小，最终导致实验失败。活性污泥培养过程中可采用自配原水来解决原水问题。自配原水可以以尿素为氮源，磷酸二氢钾为磷源，葡萄糖酸钠或葡萄糖为有机营养源，营养源的投加可按照m（C）∶m（N）∶m（P）＝100∶5∶1的比例投加。由北京路桥援建的青海省玉树州污水处理厂在中试过程中采用此配水方法已经取得了很好的效果。郭劲松等人［5］在污泥培养成功前，每天投加粪便于格栅前的集水井，以增加进水浓度，加快微生物生长。

3.3 低温

好氧段，硝化反应在5～35℃时，其反应速率随温度升高而加快，适宜的温度范围为30～35℃。当低于5℃时，硝化菌的生命活动几乎停止。

缺氧段的反硝化反应可在5～27℃ 进行，反硝化速率随温度升高而加快，适宜的温度为15～25℃。

厌氧段，温度对厌氧释磷的影响不太明显，在5～30℃ 除磷效果均很好。

低温对沉淀池影响较大，温度低时，污泥的沉降性能变差，不利于泥水分离。

青藏高原地区常年低温，严重影响污水处理效果。姜文红、吴启伟［6］给鼓风机出气管安装了空气加热器，通过控制加热空气保持曝气池内的温度在有利于微生物生长繁殖的温度范围内。香格里拉城市污水处理厂［7］和玉树污水处理厂为了减少温度的损失为生化池加建了保温棚。田华、王三反等人［8］在青藏高原低温缺氧环境下采用生态大棚系统进行污水处理，利用高原充足的太阳能增加了大棚内的温度，并且在室内种植蔬菜，保证系统内的 O2－CO2的循环平衡。

3.4 缺氧

在好氧段，DO升高，硝化速度增大，但当DO＞2mg/L后，其硝化速度增长趋势减缓，高浓度的DO会抑制硝化菌的硝化反应。同时，好氧池过高的溶解氧会随污泥回流和混合液回流分别带至厌氧段和缺氧段，影响厌氧段聚磷菌的释放和缺氧段的NO－x－N的反硝化，对脱氮除磷均不利。相反，好氧池的DO浓度太低也限制了硝化菌的生长率，其对DO的忍受极限为0.5～0.7mg/L，否则将导致硝化菌从污泥系统中淘汰，严重影响脱氮效果。所以根据实践经验，好氧池的DO质量浓度为2mg/L左右为宜。

在缺氧池，DO对反硝化脱氮有很大影响。这是由于DO与硝酸盐竞争电子供体，同时还抑制硝酸盐还原酶的合成和活性，影响反硝化脱氮。为此，缺氧段DO质量浓度＜0.5mg/L。

在厌氧池严格的厌氧环境下，聚磷菌才能从体内大量释放出磷而处于饥饿状态，为好氧段大量吸磷创造前提，从而有效地从污水中去除磷。但由于回流污泥将DO和NOx带入厌氧段，很难保持严格的厌氧状态，所以一般要求DO质量浓度＜0.2mg/L，这对除磷影响不大。

高原地区空气稀薄，空气中的氧气含量较低，在活性污泥培养驯化初期，微生物数量少，氧的消耗量也少，曝气量应比东部平原地区要高，但要低于正常运行时的曝气量。如果曝气量过大还会导致曝气池水温降低［9］。

4 结语

青藏高原地区季节变化大、昼夜温差大、冬季温度低，并且缺乏该地区污水水质监测数据和高原地区活性污泥应用基础，因此，目前我国对该地区的污水处理尚无专门的生物处理工艺。实践证明，活性污泥法在高原污水处理中具有较好的效果，如何结合该地区特殊的地理环境，降低高寒缺氧对处理效果的影响是该地区今后污水处理所面临的难题。

［1］池年平.A－A2/O工艺提质改造城市污水厂实践［J］.佳木斯大学学报，2011，29（3）：358－361.

［2］万年红.A2/O工艺的改良与设计应用 ［J］.中国给水排水，2003，19（6）：24－27.

［3］廖雄铭，古凌艳，林 琳，等.改良A2/O工艺的运行及除磷实践［J］.环境科学与技术，2007，30（6）：89－90.

［4］Henze M.Capabilities of Biological Nitrogen Removal Processes from Wastewater［J］.Water Sci Technology，1991（23）：669－679.

［5］郭劲松，潘颖雅，王春艳，等.高原地区CASS工艺处理城镇污水的生产性调试［J］.土木建筑与环境工程，2009，31（4）：112－117.

［6］姜文红，吴启伟.活性污泥法在高原生活污水处理中的应用［J］.青海环境，1999，9（3）：130－140.

［7］刘 伟.论我国高原城市污水治理的对策和方法［J］，环境保护科学，1994，20（1）：31－33.

［8］田 华，王三反，洪 雷，等.青藏高原生活污水处理及回用的工艺研究［D］.上海：中国科学院上海冶金研究所，2000.

［9］王晓莲，王淑莹，马 勇，等.A2/O工艺中反硝化除磷及过量曝气对生物除磷的影响［J］，化工学报，2005，56（8）：1 565－1570.