城镇污水厂中A2/O工艺的优化控制

周维奇， 张 鑫

(上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司， 上海 200082)

对污水进行生物脱氮除磷可以有效控制水体富营养化，避免对景观的影响和生态系统的破坏[1]。根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)，氨氮的二级排放标准、一级B排放标准、一级A排放标准的最高允许浓度分别为25，8和5 mg/L。若出水要引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途时，应执行一级A排放标准。

目前我国许多污水处理工艺对COD、BOD、SS的去除率很高，但是总氮去除率只有50%～70%[2]。A2/O工艺具有投资少、出水水质稳定、能耗费用低等特点，在工程实践中被广泛应用。笔者通过中试考察了A2/O工艺的生物脱氮除磷性能，寻求确保氮磷指标能够符合排放标准的经济、高效的处理方法，以期为污水厂的运营设计提供参考。

1 A2/O工艺生物脱氮除磷

A2/O工艺生物脱氮的过程包括氨化—硝化—反硝化，主要影响因素包括温度、C/N、pH、DO、重金属及有毒物质、污泥龄等。温度对微生物的代谢活动影响较大，是脱氮过程中重要的影响因子[3]。A2/O污水处理工艺脱氮受季节变化影响较大，冬季低水温会导致污水脱氮效果差，出现出水总氮超标的现象。

为保证硝化作用的正常进行，活性污泥中的溶解氧应在2.0～3.0 mg/L。同时，生物脱氮的过程应保持合适的碳氮比，当进水BOD5/ TN<3时，需适当添加碳源以确保反硝化反应完全进行[4]。此外，还要考虑控制恰当的混合液回流比、pH等，从而提高脱氮效率。

在生物除磷过程中，聚磷菌在厌氧和好氧条件下交替运行达到生物除磷的目的，通过排放富含磷的污泥去除水体中的磷。

2 试验装置与方法

2.1 试验装置

与传统A2/O工艺相比，中试将厌氧区、缺氧区、好氧区综合在1个反应池内，从而减少占地面积，降低成本，如图1所示。

图1 试验装置Fig.1 Device of the experiment

整个装置的污水处理规模为100 m3/d，放置在沉砂池出水一端，主体材料为不锈钢。合建式A2/O生化反应池内部厌氧段、缺氧段、好氧段的水力停留时间分别为1.5，2.5和8 h。内部污泥回流和内循环均由排污泵控制，并确保不发生堵塞。采用电磁流量计测定流量，好氧池内设有搅拌泵，底部设置曝气管。

2.2 进水水质

试验进水为沉砂池出水，总体上为低碳源水质，COD和BOD的波动比总氮、氨氮大，BOD/TN为4.29，平均BOD/COD为0.49，见表1。

表1 进水水质Tab.1 Quality of the influent mg·L-1

2.3 试验方案

主要考察了pH、温度、混合液回流比、DO这4个因子与生物脱氮除磷的关系。分别选取3组溶解氧和污泥回流比进行独立试验，设计6组工况，试验参数见表2。每种工况连续运行1个月，每天测量pH和温度。

表2 混合液回流比与溶解氧试验参数设计Tab.2 Parameters of reflux ratio of mixed liquor and dissolved oxygen

6组工况的污泥浓度均为2.2～2.8 g/L，水力停留时间为12 h，污泥回流比为100%，水力停留时间均一致。其中，工况1、工况2、工况3主要考察混合液回流比对生物脱氮的影响，以及低回流比情况下达到高脱氮率的可行性。工况4、工况5、工况6则主要考察在混合液回流比为200%的条件下，好氧段不同的溶解氧对出水氨氮的影响，以提高低温条件下污水脱氮效率。

2.4 测试方法

COD、BOD、TN、MLSS、NH3-N、MLVSS、TP均按国家标准方法测定。温度、pH、溶解氧为现场测试指标，其中温度每日早中晚各测定1次，各检测点pH和溶解氧每日测量1次，并保证溶解氧在设定范围内。

3 结果与讨论

3.1 混合液回流比对出水氨氮的影响

进水氨氮平均值为27.4 mg/L，当混合液回流比在0～200%内变化时，出水氨氮可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。如图2所示，氨氮去除率变化不大，平均值为88.62%。随着混合液回流比的增加，总氮去除率也随之提高。考虑到能源节约，选择最适回流比为100%～150%。

图2 混合液回流比对脱氮效果的影响Fig.2 Effect of reflux ratio of on denitrification

3.2 溶解氧对出水氨氮的影响

进水水温为10.0～13.0 ℃时，不同溶解氧下进、出水氨氮和总氮见图3。随着曝气量的增大，氨氮去除率明显提高。溶解氧为1.0，2.6和4.5 mg/L时，出水氨氮分别为20.2，10.4和0.7 mg/L，总氮也分别降低至24.2，14.9和8.4 mg/L。在冬季低温条件下，可通过增加曝气来提高溶解氧，使出水氨氮达到排放标准。

低温对于生物脱氮具有明显的抑制作用[6-7]，当温度降低1℃时，为保证脱氮效果，溶解氧应提高10%[8]。但温度升高后，即使溶解氧为1 mg/L，出水氨氮依然可以达到一级A排放标准。

图3 溶解氧对氨氮去除效果的影响Fig.3 Effect of DO on removal of ammonia nitrogen

3.3 pH与温度对脱氮效果的影响

试验初期，进水温度都小于15 ℃。由于脱氮过程中硝化反应受温度影响较大，温度低于15 ℃时硝化细菌的活性显著降低，这一过程可通过增加曝气来提高硝化菌的活性。第22 d后水温逐渐回升，此时温度对硝化作用和反硝化作用影响较小，生物脱氮效果较好，无需提供较多的溶解氧。

整个试验过程进水pH值在7.0～8.0，接近硝化作用和反硝化作用的最适宜pH值，因此pH并未对运行效果产生显著影响。

图4 进水pH与水温的变化Fig.4 Changes of pH and water temperature of influent

3.4 生物除磷

生物除磷的影响因子主要有硝酸盐、pH与碱度、BOD5/TP、污泥龄、温度等。在污水厂实际运行过程中，pH与碱度变化均不大，对生物除磷效果影响较小。温度在10～30℃有助于取得较好的除磷效果，BOD5/TP和污泥龄的影响较小。厌氧阶段存在硝酸盐时，反硝化细菌与聚磷菌竞争优先利用底物中的甲酸、乙酸、丙酸等低分子有机酸，聚磷菌处于劣势，会抑制聚磷菌的磷释放。试验过程中，进水总磷平均值为3.5 mg/L，生物出水总磷平均值为1.2 mg/L，去除率为68.6%，能取得较好的生物除磷效果。

4 结论

① 在低温条件下，可通过增加溶解氧来提高氨氮的去除率。试验初期，水温均低于15 ℃，当水中溶解氧为4.5 mg/L时，出水氨氮小于一级A排放标准。而若溶解氧仅为1 mg/L，出水氨氮浓度偏大。

② 在0～200%内增大混合液回流比，可以提高对总氮的去除率。但考虑到能耗因素，在满足出水要求的情况下，混合液回流比可选取100%～150%。

③ 提高溶解氧可有效降低出水氨氮，但当水温高于20 ℃时，可适当降低溶解氧。

④ 在进水总磷平均值为3.5 mg/L时，生物出水总磷平均值为1.2 mg/L，去除率为68.6%，实现了较好的生物除磷效果。