分段进水多级A/O工艺的特点与问题

王舜和 郭淑琴 魏新庆

(天津市市政工程设计研究院，天津 300051)

分段进水多级A/O工艺的特点与问题

王舜和 郭淑琴 魏新庆

(天津市市政工程设计研究院，天津 300051)

介绍了分段进水多级A/O工艺的工艺原理与工艺特点，分析了影响该工艺设计的流量分配比、反应器分级数、污泥回流比等参数，并对该工艺在实际运行中存在的问题进行了探讨，有利于A/O工艺的进一步研究应用。

分段进水，A/O工艺，污水处理，脱氮效率，污泥

A/O工艺属城镇污水处理厂生物处理工艺，应用广泛。随着我国污水处理标准的提高及对工艺研究的深入，A/O工艺也在不断发展，衍生出多种变形工艺，其中分段进水多级A/O工艺近年来广受关注。20世纪90年代，国外开始广泛采用分段进水工艺用于新建和改造污水处理厂。我国学者也在持续关注这一工艺，在近十年时间里，国内部分高校和设计院开展了深入研究，并逐步从理论试验发展到实际工程，目前国内已建有数座分段进水多级A/O反应池。国内外的工艺试验和工程应用结果表明，该工艺具有脱氮效率高、所需池容小、建设投资和运行费用省等特点，适用于各种规模污水厂的改造和新厂建设，是具有发展前途的污水处理新工艺。

1 工艺原理

分段进水多级A/O工艺由多个串联A/O组成。回流污泥从首端进入，而污水则按一定比例从每个缺氧段进入，系统的污泥龄比相同池容的常规A/O工艺长。由于回流污泥分步稀释，使反应池平均污泥浓度增加，而进入二沉池的水力负荷和固体负荷均没有变化。工艺从缺氧段进水，为前一段好氧区的硝化液提供反硝化碳源，理论上无需硝化液回流系统即可实现脱氮功能(见图1)。

2 工艺特点

2.1 脱氮效率提高

最初生物脱氮工艺采用的流程是先好氧池后缺氧池，在缺氧池中投加碳源，也称为后置反硝化，但由于外加碳源成本过高现今已很少使用。现在主流的脱氮方式是前置反硝化工艺，将好氧池末端富含硝态氮的污水回流至前端，利用原污水中的碳源进行反硝化，以有效的节省外加碳源。前置反硝化节能、易操作，一直是脱氮的首选技术。但随着排放标准日益严格，前置反硝化工艺也暴露出反硝化效率较低的问题。为获得较高的脱氮率，必须增大内回流比，但总有部分硝化液不能返回至前端进行反硝化，且大幅增加了电能的消耗。分段进水多级A/O工艺从形式上看，属于后置反硝化的范畴，且碳源均来自于污水本身，理论上不需要设置内回流。从脱氮方式上，除末端An段外，其他混合液均参与了反硝化过程，节省能耗的同时可获得更高的反硝化率。工艺理论脱氮效率如下所示：

其中，N为段数；r为污泥回流比；R1为系统最后一段的内回流比。

对比传统工艺反硝化率计算公式：

其中，r为污泥回流比；R为内回流比。

当采用四段A/O时工艺脱氮效率为87.5%(污泥回流比100%，无内回流)，而采用传统前置反硝化工艺时，在400%内回流的情况下，脱氮效率也仅达到83%。

2.2 平均污泥浓度提高

由于污水分段进入反应池，回流污泥的稀释被推迟，从空间上形成污泥浓度梯度，前几段污泥浓度显著高于常规活性污泥设计值，至流入二沉池时与常规工艺相同。这一特性使得生物反应池在污泥总量和二沉池固体负荷不变的情况下，在局部空间形成高污泥浓度、低底物浓度，降低污泥负荷，使污染物的降解更为彻底。达到相同处理效果可减少池体总容积，节省投资。以四段A/O等比例进水为例，设回流污泥浓度8 000 mg/L，污泥回流比为100%，则各段污泥浓度见表1。

表1 各段污泥浓度 mg/L

系统平均污泥浓度达到5 076 mg/L，较相同情况下常规工艺4 000 mg/L提高约27%。

2.3 节能降耗

分段进水多级A/O工艺采用后置反硝化方式脱氮，取消了内回流，带来三方面好处：

1)避免了内回流带入的大量溶解氧，保证了缺氧区的处理效果，反硝化过程彻底，脱氮效率提高；2)节省了内回流的能耗；3)从缺氧区进水充分利用污水中的碳源，对于低碳氮比的污水可显著节省外加碳源。

3 工艺设计中的重要参数

3.1 流量分配比

3.2 反应器分级数

反应器分级数对系统设计影响很大，理论上在不增加内回流的情况下，分级数越多，系统末端进水比例越低，脱氮效率越高。但分级数也不应过多，除增加管理难度外，还会造成HRT降低影响处理效果，工程中可选择2段～5段。等比例进水情况下，反应池分级数与理论脱氮效率之间的关系如表2所示，可根据所需处理效率选取适宜的分级数。

表2 反应池分级数与理论脱氮效率的关系 %

3.3 污泥回流比

污泥回流比主要影响系统的平均污泥浓度，其数值与污泥浓度的关系如表3所示。

表3 污泥回流比与污泥浓度的关系 mg/L

从表3中所列数据可见，污泥回流比的增加可提升反应池内整体污泥浓度，对生化反应有利，但污泥浓度也不是越高越好，需要考虑污泥沉降性能和二沉池的承受能力，实际工程中通常取值为50%～100%。

4 工艺设计的主要问题

4.1 交替缺氧好氧的工况

交替缺氧好氧是分段进水多级A/O工艺的特点，同时也对运行稳定性产生影响，在实际工程中必须最大程度减少好氧区携带到下一段缺氧区的DO含量，否则会严重影响缺氧区的处理效果。通常可采用三种方法：1)空气管路增加曝气控制系统，通过末端DO反馈实时调整曝气量，但设备投资较大；2)空气管路采用渐减曝气方式布置，在满足供氧量的情况下，末端通过手动阀门控制曝气量，方案较耗人力；3)在每段好氧池末端增设脱气池，但会增加土建费用。推荐在工程投资较宽裕的时候采用方案1)，自动化程度较高，工程实际应用效果较好。

4.2 如何适应变化的水质

本工艺形式上为多个A/O的串联，每段A/O处理效果相互关联，进水水质较低或较高时都易发生处理效果逐级恶化的问题。而设计进水水质往往与实际进水水质不符，且运行时季节性变化也比较明显，采用固定各段进水流量和池容的设计方法很难适应这一变化。因此在工程设计中，进水流量或池体容积应可调节，使工艺可根据不同工况灵活运行。通常在设计中可采用等量进水，设机动池调节池容，或采用各段进水流量可适当调节的方式实现。

4.3 影响生物除磷效果

由于工艺上没有设置独立的厌氧段，且污水经交替缺氧好氧后出水，从流程上没有为聚磷菌提供适宜的生存环境，使工艺的生物除磷效果不佳。

4.4 其他问题

工艺的管路系统复杂，且进水点多池形布置困难，为实现理想的处理效果，需要增加很多自控仪表，对运行管理水平要求较高。

5 设计总结

我国对分段进水多级A/O工艺的研究尚处于初级阶段，但其工艺特点已在老厂改造和新厂建设中体现了较大的优越性，若能在工程实践的基础上进一步深入研究，对工艺系统不断优化，该项技术在水环境治理中将会发挥积极的作用。

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Characteristics and problems of step feed A/O process

Wang Shunhe Guo Shuqin Wei Xinqing

(TianjinMuncipalEngineeringDesign&ResearchInstitue，Tianjin300051，China)

The paper introduces construction technology principles and technology features of step feed A/O process, analyzes its impacts upon flow distribution ration, reactor grading content and sludge back-flowing ratio and so on, and explores its application problems, which will be some help for A/O process technology application.

step feed, A/O technology, sewage treatment, nitrogen removal efficiency, sludge

1009-6825(2015)02-0113-02

2014-11-07

王舜和(1981- )，男，高级工程师； 郭淑琴(1964- )，女，教授级高级工程师； 魏新庆(1975- )，男，高级工程师

X703

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