A2/O工艺法深化处理混合污水的试验研究

李一兵，董俊良，李静，刘曼，党聪哲

（河北工业大学土木与交通学院，天津300401）

A2/O工艺法深化处理混合污水的试验研究

李一兵，董俊良，李静，刘曼，党聪哲

（河北工业大学土木与交通学院，天津300401）

建立了A2/O工艺处理工业和生活的混合污水的工艺流程.试验结果表明，在系统稳定运行的情况下，可以初步达到对该混合污废水的去除，深化调节A2/O工艺中的C/N、C/P、缺氧好氧体积比等参数对污水中有机物的去除具有强化效果.尤其针对磷含量较高的污废水，通过控制C/P比在30左右能够达到高效除磷的效果.最终出水水质满足GB 18918－2002的一级B标准.

A2/O；C/N；C/P；缺氧/好氧体积比；混合污水

北辰区污水处理厂主要接收来自于周边的生活小区、钢管销售公司、物流园等工业领域的废水，污水中含有的工业废水比例相对较高，还具有成分复杂、可生化性差等特点，因此急需处理这些工业污水[1-2].目前采用A2/O工艺，出水水质符合一级B标准，但随着近年来国家对于污水排放标准的提升，出水水质经常不达标.通常接收水质水量波动性较大、色度高，相对来讲不易处理，目前系统对于BOD、总氮的去除效果比较稳定，在进水波动较大情况对于TP去除并不稳定，通过实验室小试实验并经过一年多的工程实践运行，对于存在的问题进行研究，以实际进水水质为处理对象，分别考察众多因素诸如C/N、C/P、缺氧好氧体积比等对于A2/O系统的处理效果的影响，针对该种水质探究稳定运行的参数，有针对性的处理该种污废水，并进行相应构筑物的改造升级，目前经过一年多的调整优化，污水处理厂运行稳定，处理水质能够达到排放要求，本研究对于改善本地区的生态环境[3]，保证水质水源的安全稳定性有着重要的意义.

1 实验部分

1.1 工艺流程及方法

1.1.1 工艺流程（图1）

1.1.2 实验装置

本实验装置是由有机玻璃制作的圆柱形反应容器，容器设置为内外2层，设置2层的主要目的是为了通过内外夹层注入恒温加热的水保证相应的适宜温度.容器设有厌氧池、缺氧池、好氧池以及二沉池4部分，缺氧池及厌氧池的容积各为13.5 L，好氧池的容积为21 L，二沉池的容积为35 L.运行时反应器温度控制在20～23℃之间.

图1 污水处理工艺流程图Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process

1.1.3 分析方法

采用国家标准方法[4]对污水COD、NH3-N、TN、TP等水质指标进行分析.

1.2 材料

1.2.1 实验用水

实验用水采用各主要污染企业和城市生活污水排污口的混合污水，水中污染物含量如下：COD为615.3～635.2 mg/L，BOD为240.3～259.2 mg/L，NH3-N为50.3～69.2 mg/L，TN为60.2～65.7 mg/L，色度为50～220 mg/L，TP为12.8～28.4 mg/L.

1.2.3 污泥的驯化

污泥取自天津市某污水处理厂曝气池，取回后净沉2 h，除去上清液，取污泥12 L，导入50 L的塑料容器中，加入清水稀释，并加入相应的KH2PO4、尿素、葡萄糖等营养物质，闷曝2 d.进入正常的培菌阶段，维持配水浓度不变，并按照20∶1的配水与原污水的配比通入，随后每隔7 d按照10∶1、5∶1、2∶1增大一倍原污水的浓度并持续运行一个月.驯化阶段采用连续进水的方式并保证水力停留时间9 h.经过29 d的培养驯化，污泥颜色趋于褐色说明微生物生长情况良好，经过计算该污泥的SVI值为110.4，满足50～150范围之间，在健康的容积指数范围内.

2 结果与讨论

2.1 最优参数确定

2.1.1 内回流比的确定

维持污泥回流比r=80%，DO浓度控制在2～3 mg/L范围内，温度控制在15～25℃之间，设置内回流比分别为200%、300%、400%，发现改变回流比对于COD、TP、NH3-N的去除没有太大的影响，但是随着回流比的增加，TN的平均去除率分别为67.9%、75.3%、77.9%，由图2可以看出呈现明显的递增的趋势，考虑能耗等因素的影响本实验取内回流比300%进行实验研究.

2.1.2 污泥回流比的确定

控制内循环回流比参数R=300%，污泥回流比在60%、70%、80%之间取值，稳定运行一段时间后，系统对于TN的去除效果明显，但是过高的污泥回流比会影响磷的去除，在厌氧池中聚磷菌和反硝化菌会互相竞争有机物，在竞争中聚磷菌处于不利地位，从而影响磷去除，随着回流比的加大对于TP的去除效果逐渐的降低，过多的硝态氮的存在使得在反硝化菌与聚磷菌的竞争中，反硝化菌逐渐占主导地位[5]，反硝化菌利用有机物合成能源物质从而达到了脱氮的目的，但是过量的反硝化菌使得PHB减少然不利于聚磷菌的除磷[6].污泥回流比对于NH3-N的去除影响较大，随着回流比的增加对于NH3-N的去除率开始逐渐增加.

图2 不同内回流比对于TN的去除效果Fig.2 Remoral efficiency of TN by different internal reflux ratio

图3 不同污泥回流比对于TN的去除效果Fig.3 Effect of different sludge recirculation ratios in TN removal

2.2 深化调参运行

2.2.1 C/N比对于A2/O系统处理效能分析

由图5可知当C/N比由3逐渐增加到7.5时，可以看出TN的去除率从51.3%升高到77.8%，在这个阶段COD值较低，相对来讲碳源缺乏，在缺氧区硝酸盐的反硝化作用受到限制，同时随着C/N比的提高，大量的硝态氮分解进行反硝化作用，外碳源可以满足正常反应，当C/N比在7～12这个范围内变化时，对于TN的去除率并没有很大提升，反而开始逐渐下降，过剩的COD在厌氧区不能被完全利用，一大部分进入到缺氧区，当环境中存在大量的COD会首先与异养反硝化菌相结合，当外碳源消耗殆尽时才会利用胞内储存物进行反硝化脱氮，从而影响整体的脱氮效果，这也是C/N比过高时去除率下降的主要原因[7].

由图6可知，当C/N比在3～7.5这个区间时，TP的去除率随C/N比的增加而增加，从79.3%到84.1%提高了将近5%，C/N较低时，外碳源为限制性的因素，聚磷菌因竞争不过反硝化菌，导致在厌氧阶段因缺乏自身的能源物质而影响胞内聚合物的形成，影响了厌氧区对于磷的释放，从而影响磷的去除效率.提高进水C/N比时，COD对于系统的限制作用降低，聚磷菌不再因缺乏碳源而致使厌氧区磷的释放受到一定的限制，所以此时表现为TP的去除率增加，在3～7.5之间系统的对磷的去除水平始终较高.

当继续升高C/N比至12时，由图可以看出去除效率大幅下降，过剩的COD不能有效的被聚磷菌在厌氧环境下使用，从而促使一些其他菌种生长，影响聚磷菌的占比，形成竞争关系时间越长除磷效率下降的越大[8]，因此严格控制外碳源的量进而控制其他种类异养菌的富集从而增强缺氧区除磷.

图4 不同污泥回流比对于TP的去除效果Fig.4 Effect of different sludge recirculation ratios on TP removal

图5 不同C/N对于TN的去除效果Fig.5 Effect of different C/N on TN removal

图6 不同C/N对于TP的去除效果Fig.6 Effect of different C/N on TP removal

在缺氧池中存在有普通异养反硝化菌和反硝化聚磷菌，二者都可以利用硝酸氮，但是在竞争中反硝化聚磷菌处于不利的位置，当外碳源充足时，厌氧池中的聚磷菌不能完全被消耗，过量的COD进入到缺氧区，反硝化聚磷菌会优先进行硝化作用，只有当外碳源消耗完毕才会利用PHB进行反硝化作用，同时过高的COD会使大量的反硝化菌增殖，不利于反硝化聚磷菌的生长，对于硝化反应有较大的影响[9]，总体来讲，过高的C/N比不利于反硝化除磷，C/N比较低，碳源不足，导致聚磷菌合成PHB减少[10]，在缺氧区中由于合成的PHB减少，影响了反硝化吸磷，所以当C/N比过低时也会影响反硝化除磷.

2.2.2 C/P比对于A2/O系统处理效能分析

A2/O法工艺中对于C/P比的控制是一个重要环节，为了深入的研究不同进水的C/P比对于该种水质的影响效果，该实验中通过对稳定运行的系统调节不同的C/P比分别为25、34、44、60进行分析.整个阶段仅仅控制C/P比为单一变量，其他的参数完全不变，控制pH值在6.2～7.8之间保证较为稳定的进水状态，整体运行控制分成以下4个阶段，每个阶段稳定运行15 d，进行对于TP去除率的分析与研究，如图7所示.

如图7所示C/P取值最低为16.9，最高为68.4，当在第1阶段运行时，C/P比为16.9时处理效率低至59.4%，当继续升高C/P时，去除率增速较快，第14天当C/P为32.7时，对于TP的去除率首次达到94.5%，继续提高C/P比，去除效率基本稳定在95%左右，此时已经满足了出水的标准，第2阶段平均的C/P比达到34.25时，其实对于TP的去除已经达到了较高的水平，平均值达到95.5%，继续增大C/P对于TP的去除率基本没有太大的变化，一直维持在较为稳定的去除水平.

C/P比较高，碳源与TP相对较为充足，利于TP的去除，但是由于过剩的碳源不能完全被利用，当进入缺氧区随时间的推移会使得聚糖菌大量生长，经过一段时间反硝化聚磷菌和聚磷菌将处于不利的地位[11]，除磷效果会随时间的推移而恶化，当C/P较低时，COD较低从而合成的PHB减少，在厌氧区不能进行充分地释磷，从而影响了反硝化除磷，由此可见当C/P比为30左右时能够对于TP的去除达到一个较为稳定的水平.

2.2.3 缺氧/好氧体积比对于A2/O工艺处理效能分析

图7 不同C/P对于TP的去除效果Fig.7Effect of different C/P on TP removal

表1 不同阶段C/P比Tab.1 C/P ratio at different stages

表2 改变缺氧好氧体积比对系统去除率影响Tab.2 Effects of changes in the anoxic aerobic volume ratio on the removal rate of the system

由于原水中的磷含量较高，处理起来难度较大，A2/O处理法中缺氧和好氧段主要完成磷的去除过程.控制适当的水力停留时间对于磷的去除至关重要，通过适当的提升缺氧区的体积可以有效地改变缺氧区的水力停留时间，而且会在一定程度上降低能耗.为探究不同的水力停留时间对于A2/O系统的影响，现在通过改变缺氧池和好氧池的液面高差来调节缺氧池的体积，初始体积为1∶2，现在调节改为3/8、1/2、3/4 3个不同的容积比来探究缺氧/好氧体积比对于系统去除效率的影响

由表2可知，通过提高缺氧区的体积对于氮的去除始终保持着稳定增长的水平，当缺氧/好氧体积比为3/8时，总氮的去除率仅仅为69.3%，出水的平均总氮为9.8 mg/L，当提升至1/2时，去除率增加了8.5%，对氮的去除有了一个显著的提升，继续增加缺氧区的体积至3/4对于氮的去除率虽然还在增加，但是提升的效果并不是很明显，仅仅增加了2.3%，在以上的试验中并没有发现有大量的亚硝酸盐，整体系统的硝化性能较好，进而降低了出水的NO3-浓度，在一定程度上提高了厌氧释磷量.

在3个条件下对于TP的去除率分别为86.5%、89.1%、95.2%对于TP的去除随着体积比的增大而不断的提升，达到了一个较高的水平，但是当容积比较大时，有一段时间在缺氧区的TP浓度略有提高，经分析由于在缺氧池缺乏相应的电子受体，缺氧区吸磷减缓，并且发生一小部分的二次释磷现象[12].增大容积比可以在一定程度上增加水力停留时间从而使反硝化聚磷菌大量繁殖，从而增大了缺氧区吸磷的比例.

不同的缺氧/好氧体积比对于COD的去除影响不大，始终维持在一个较高的水平，经分析这是由于对于COD的去除大多在厌氧区除掉，改变缺氧/好氧的体积比对于COD在厌氧区的去除率影响不大[13]，但是应该注意的是改变缺氧/好氧区比值时应该注意控制内循环回流比例，保证有足够高的电子受体从而避免发生二次释磷反应.

3 结论

C/N比在3～7.5范围内系统对于TN、TP的去除率随C/N比的升高而升高，当C/N=7.5时去除率最高，由于外碳源有机物的浓度升高，聚磷菌不再因缺乏碳源而致使厌氧区磷的释放收到一定的限制，改变C/N对于COD的去除基本无太大影响.

TP的去除率随着缺氧/好氧体积比的增加而提高，但是会在一定程度上发生小部分的二次释磷，在此基础上需要调节下内回流比提供足够的电子受体，当缺氧/好氧体积比为0.75时对于TN的去除效果较好，但是对于COD的去除影响不大，这是由于系统对于COD的去除集中在厌氧区.

当C/P比为30左右时，TP的去除率较高，COD的去除基本不受C/P比的影响，对于TN的去除始终维持在一个较高的水平，稳定在78%左右.

在A2/O系统处理该混合污水，通过深化调节C/N、C/P、缺氧/好氧体积比等参数能够使TP去除率高达95.2%，表明通过深化调参能够达到有效去除磷含量较高废水中TP的目的，使出水TP满足国家一级排放B标准.

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[责任编辑 杨屹]

Study on treatment of mixed wastewater by using A2/O process LI Yibing，DONG Junliang，LI Jing，LIU Man，DANG Congzhe

（School of Civil and Transportation Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China）

The A2/O process was used to treat the mixed wastewater of domestic sewage and industrial sewage.The result indicated that in the stable operating system,it could preliminarily remove the mixed waste water,and deepening the regulation of A2/O and C/N in C/P process,anoxic aerobic volume ratio on removal of organic matter in sewage has an strengthening effect.Especially for the high phosphorus content of wastewater,through the control of C/P ratio at about 30 to achieve the effect of efficient phosphorus removal,the effluent of the process could satisfactory go to grade B of national discharge standard of GB 18918－2002.

A2/O;C/N;C/P;anoxic and aerobic ratio;mixed wastewater

X703.1

A

1007-2373（2017）03-0100-05

10.14081/j.cnki.hgdxb.2017.03.018

2016-12-02

河北省建设科技研究计划（2014-236）

李一兵（1968-），男，正高级工程师.