高污泥浓度下A/A/O工艺及其改良工艺运行效果对比

蔡晓璇，杨薇薇

（广州市污水治理有限责任公司沥滘污水处理厂，广东广州 510290）

近年来，水体富营养化日益加重，脱氮除磷成为了污水处理工艺的一个热点和难点。A/A/O工艺作为一种能兼顾脱氮除磷的工艺，且流程简单，受到了广泛的关注，其发展亦较为迅速。传统的A/A/O工艺一直都存在脱氮与除磷之间的碳源竞争问题[1]，而改良A/A/O工艺针对这一情况，在设计上对进水的配水点进行了改良，以期达到更稳定的脱氮除磷效果。

1 A/A/O工艺及改良A/A/O工艺的原理与特点

1.1 A /A/O工艺

1932 年脱氮工艺开始被提出，经过近50年的研究发展，1980年，Rabinowitz和Marais对 Phoredox工艺的研究中,提出了传统A/A/O工艺（如图1所示）。传统的A/A/O工艺流程简单，占地少，药剂费用省，处理效果好，具有脱氮除磷的效果，是一种深度二级处理工艺，如图1所示。

该工艺在厌氧—好氧（A/O）除磷工艺中加缺氧池，将好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，以达到硝化脱氮的目的。

图1 传统A/A/O工艺流程图Fig.1 Flow Chart of Traditional A/A/O Process

①除磷：污水在厌氧状态下，聚磷菌释放出体内的磷酸盐，在好氧状况下又过量吸收磷酸盐，磷以剩余污泥的形式排出系统；

②脱氮：在缺氧段要控制（DO＜0.5 mg/L），在兼性反硝化菌的作用下，利用水中BOD作为氢供给体，将来自好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气逸出大气，达到脱氮的目的。

1.2 改良A/A/O工艺

传统A/A/O工艺的内在固有缺欠就是硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在着矛盾和竞争，很难在同一系统中同时获得氮、磷的高效去除，阻碍生物除磷脱氮技术的应用[2]。针对此种矛盾，南非约翰内斯堡大学创立了Johannesburg（JHB）工艺，即改良 A/A/O 工艺（如图 2所示），在传统A/A/O工艺前增设了预缺氧池，二沉池的污泥回流至预缺氧池，利用进水中的部分有机物去除硝态氮,以减轻硝酸盐对厌氧段释磷的影响,有 利于系统的除磷[3]。

图2 改良A/A/O工艺流程图Fig.2 Flow Chart of Improved A/A/O Process

生物池布置成按多点进水的改良A/A/O工艺。该工艺在传统A/A/O法的厌氧池之前设置回流污泥反硝化池（称为预缺氧池），来自二沉池的回流污泥和33%左右的进水进入该池（另67%左右的进水进入厌氧池），停留时间30 min左右。微生物利用33%进水中的有机物作为碳源进行反硝化，去除回流污泥带入的硝酸盐，消除硝态氮对厌氧池磷的不利影响，保证除磷效果。该工艺的特点是把除磷、脱氮和降解有机物三个变化过程巧妙结合起来，在厌氧段和缺氧段为除磷和脱氮提供各自不同的反应条件，在最后的好氧段提供共同的反应条件，通过简单的组合，很好地解决了除磷脱氮的矛盾。该工艺相对成熟可靠，处理效果稳定，对于管理水平较高、规模较大的城市污水处理厂比较适用。

图3 沥滘厂一期工程工艺流程图Fig.3 Flow Chart of PhaseⅠin Lijiao Wastewater Treatment Plant

2 A/A/O工艺和改良A/A/O工艺在实际生产中的应用

2.1 沥滘污水处理厂概况

广州市沥滘污水处理厂于2004年投入运行，一期工程采用改良A/O工艺设计，实际运行中可以转变为A/A/O工艺运行（处理流程图如图3所示），设计处理规模为2×105m3/d，出水达到《广州市污水排放标准》（DB 4437—90）二级新（扩）改标准；二期工程于2010年投入运行，采用改良A/A/O工艺（处理流程图如图4所示），设计处理规模为3×105m3/d，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级B标准。厂区接纳的污水为以生活污水为主的城市污水。

图4 沥滘厂二期工程工艺流程图Fig.4 Flow Chart of PhaseⅡin Lijiao Wastewater Treatment Plant

2.2 进出水质以及运行参数

一期工程生化池设计污泥浓度值为3 500 mg/L，污泥负荷为 0.12～0.14 kg BOD5/kg MLSS·d，泥龄为8～12 d，污泥回流比为50%，混合液回流比为100%；二期生化池设计污泥浓度值为4 000 mg/L，污泥负荷为 0.12～0.14 kg BOD5/kg MLSS·d，泥龄为10～13 d，污泥回流比为100%，混合液回流比为100%。一二期工程设计进出水水质如表1、表2所示。

表1 一期工程设计进出水水质Tab.1 Design Water Quality of Influent and Effluent of PhaseⅠ

表2 二期工程设计进出水水质Tab.2 Design Water Quality of Influent and Effluent of PhaseⅡ

2.3 一、二期工程运行效果对比分析

一、二期工程自投入运行以来，一直都正常运行。南方污水处理厂普遍都会遇到碳源不足而导致脱氮除磷效率下降的难题，张国宁等[4]的研究指出，对活性污泥系统进行定MLSS控制和定回流比控制，是最优的控制策略。为了在生产运行中取得更佳的脱氮除磷效果，从2013年2月份开始，污水厂开始进行摸索最优控制污泥浓度的试验，逐步提高污泥浓度，2月份到7月份的平均污泥浓度如表3所示。2013年1月下旬，根据生产线的实际运行情况，调整一期生产线的工艺运行方式，开启混合液回流泵，按照A/A/O工艺运行。一期工程污泥回流比为50%，二期工程污泥回流比为100%，混合液回流比均约为100%，在进水水质相同的情况下，将2013年2月到7月一、二期工程高污泥浓度运行时数据进行对比分析，具体数据如表4所示。

从表4中的数据可以看出，在进水水质相同的情况下，在运行污泥浓度均高于设计值时，A/A/O工艺和改良A/A/O工艺的出水水质良好，均达到了出水排放标准。CODCr和BOD5的去除率均达到了90%以上，说明在有机物的去除上两者的效率基本相当。从表4和图5中可以看出，两种工艺对氨氮的去除效果上差别也不大，去除效率均在98%以上，说明两种工艺均保持着较高的硝化速率。

表3 2013年2月到7月一、二期生化池平均污泥浓度值Tab.3 Average Sludge Density of the Biochemical Pool of PhaseⅠand PhaseⅡfrom Feb.to July in 2013

表4 一、二期工程进出水指标平均值及去除率Tab.4 Average Value and Removal Rate of Parameter of Effluent of PhaseⅠand PhaseⅡ

图5 氨氮去除率Fig.5 Removal Rate of Ammonia Nitrogen

图6 TN去除率Fig.6 Removal Rate of Ammonia Nitrogen

从表4和图6可以看出，两种工艺的TN去除效率有所差异，改良A/A/O工艺TN去除率比A/A/O工艺平均高了5.5%，污泥回流比为100%的改良A/A/O工艺的反硝化脱氮效果优于污泥回流比为50%的A/A/O工艺。这说明，污泥回流比适当增大，可以增加系统的反硝化脱氮效率。孙孝龙等[5]的研究表明，改良A/A/O工艺的预缺氧段有较强的脱氮作用，其脱氮作用占整个系统氮去除率的15.11%。在高污泥浓度下运行，改良A/A/O工艺的脱氮效率同样优于A/A/O工艺。

图7 TP去除率Fig.7 Removal Rate of Total Phosphorus

图7和表4中的数据表明，两种工艺对TP的去除效率基本相当，改良A/A/O工艺每月平均TP去除率略高于A/A/O工艺。

图8 出水TP浓度的变化Fig.8 Range of Total Phosphorus in Effluent

图8显示，在进水水质完全相同的情况下，A/A/O工艺生化池污泥浓度平均值为4 200 mg/L左右，改良A/A/O工艺生化池污泥浓度平均值为5 200 mg/L左右时，出水TP的浓度随着进水水质的变化，从波动幅度来看，A/A/O工艺高于改良A/A/O工艺，也就是说改良A/A/O工艺在高污泥浓度下运行时对磷的去除效果较A/A/O工艺稳定，抗冲击负荷的能力较好。在改良A/A/O工艺的预缺氧段，微生物利用33%左右的进水中的有机物进行反硝化脱氮作用，减少了回流污泥硝态氮对后续厌氧池聚磷菌的释磷的抑制作用，保证了除磷效果[6]。

两种工艺在沥滘污水处理厂的生产实际应用表明，对于以生活污水为主的城市污水，使用此两种工艺，当生化池污泥浓度高于设计值时，在相同的进水水质下，两者对污水中有机物的去除率均达到了较高的水平，CODCr、BOD5去除率在90%以上，氨氮的去除率在98%以上，而TP的去除率在80%以上，TN的去除率在60%以上，完全达到了出水排放标准的要求。在能耗上，高污泥浓度时鼓风机的运行单耗一期工程平均值为0.083 9 kW·h/m3，二期工程为0.068 4 kW·h/m3，相比正常污泥浓度运行时，2012年一期工程鼓风机单耗平均值为0.087 5 kW·h /m3，二期工程为 0.070 7 kW·h /m3，从数据上可以看出在生化池高污泥浓度时，两种工艺在运行时鼓风机能耗上与往年相比并没有升高，反而相对小幅度下降。

3 结论

（1）A/A/O 工艺和改良 A/A/O 工艺两者均兼具脱氮除磷功能，在污水厂的生产应用中较好地发挥了作用，运行稳定，取得了良好的有机物去除效果。

（2）在高污泥浓度条件下运行，两种工艺均取得了较为稳定的脱氮除磷效果，由于较高的污泥回流比例和预缺氧池的存在，改良A/A/O工艺的脱氮效率高于A/A/O工艺，且在相同进水水质下，前者的除磷效果相对比后者更加稳定。

（3）在高污泥浓度条件下运行，两种工艺的鼓风机能耗并没有显著提高，且相对出现了小幅度下降，即若生化池污泥浓度控制高于设计值时，依然可以在鼓风机能耗相对稳定的情况下运行，并取得良好的出水水质。

［1］陈曦,戴兴春,黄民生,等.DHB和OUR在A2/O系统监控中的作用[J].净水技术,2008,27(1):29-31,53.

［2］张杰,臧景红,杨宏,等.A2/O工艺的固有缺欠和对策研究[J].给水排水,2003,29(3):22-26.

［3］刘怀英,王升阳,李燕敏.约翰内斯堡工艺的工程实践[J].环境工程,2009,27(6):54-56.

［4］张国宁,于丽听,念东.混合液污泥浓度与污泥回流系统控制策略研究[J].给水排水,2008,34(9):47-50.

［5］孙孝龙,蒋文举,张进,等.改良A2/O工艺预缺氧池中的脱氮作用和机理[J].环境科学与技术,2009,32(12):138-141.

［6］杨志泉,周少奇,何伟,等.改良A2/O工艺生物脱氮除磷应用研究[J].中国给水排水,2010.26(1):79-82.