A2 /O工艺法的参数优化

张明明 李静 李一兵

摘要 采用A2/O工艺处理某城市工业园区污水，研究该工艺对COD、TN、NH3-N、TP的去除效果，并考察污泥回流比和污泥龄对系统处理效果的影响。研究表明，当污泥回流比在70%，污泥龄在15 d时，水中有机污染物去除效果最佳，其COD的平均去除率分别为74.13%与90.03%、TN的平均去除率分别为74.13%与77.69%、NH3-N的平均去除率分别为90.52%与91.29%、TP的平均去除率分别为85.95%与82.03%。

关 键 词 A2/O污水处理工艺；污泥回流比；污泥龄；有机物去除；脱氮除磷

中图分类号 X703.1 文献标志码 A

某城区的市政污水包含该城区物流园、工业园区的生活和工业污废水，这些污废水成分复杂，氮磷含量较高，难降解物质含量高。为降低对环境的污染，急需将该污废水处理达标后排放。

A2/O污水处理工艺主要利用好氧池的硝化反应和缺氧池的反硝化作用完成脱氮，利用厌氧池的释磷作用和好氧池的摄磷作用完成除磷[1-2]。该工艺具有运行过程简单，费用较低，可同步脱氮除磷的特点[3-5]。但A2/O工艺中COD、TN、NH3-N、TP的去除主要依靠微生物的作用，而污泥回流比和污泥龄对微生物的种群和数量分布有明显的影响[6-7]，进而影响污染物的去除效果。

本实验通过改变污泥回流比与污泥龄，研究二者对A2/O工艺处理效果的影响，探讨工艺中的反应机理，寻找适合该污水水质的污泥回流比和污泥龄，从而为该类污水的进一步生产化处理提供一定的理论指导。

1 实验部分

1.1 工艺流程及方法

1.1.1 工艺流程

圖1为污水处理工艺流程图。工艺由厌氧反应器、缺氧反应器、好氧反应器和二沉池组成。其中，缺氧反应器及厌氧反应器的容积各位13.5 L，好氧反应器的容积为21 L，二沉池的容积为35 L。

1.1.2 分析方法

采用国家标准方法对污水COD、NH3-N、TN、TP等水质指标进行分析[8]。

1.1.3 实验用水

本实验用水取自污水处理厂的污水进水口，实验历时15 d，温度控制在15 ～ 25 ℃之间。污水水质如表1。

2 结果与讨论

2.1 污泥回流比对于A2/O工艺效能分析

首先，控制污泥龄为15 d，探究不同污泥回流比对A2/O工艺效能的影响。如图2所示，当污泥回流比控制在60%、70%、80% 这3种情况下，随着污泥回流比的增加，COD的去除率略有增加，但基本稳定在88.4%左右。随着污泥回流比从60%增加到80%的过程中，NH3-N和TN的平均去除率依次为86.06%、90.52%、94.88%和71.86%，74.13%，75.36%，去除率均随污泥回流比的增加而增加。而对于TP，其平均去除率在污泥回流比为60%、70%、80%时分别为89.98%、85.95%、84.24%，去除效果逐渐降低。

生物处理系统中，污水COD的去除主要通过微生物的吸附和降解作用共同完成。增加污泥回流比使得污泥浓度增加[9]，微生物种类增多，从而提高COD的去除效果。但当污泥回流比在60%～80%变化时，水中大部分易降解的有机成分已被微生物消耗，因此，再增加污泥回流比仅能使COD去除率略有增加。

NH3-N的去除主要依靠在好氧区内的硝化作用，反应器中硝化细菌数量会随着污泥回流比的增大而增多，加强了好氧区的硝化作用，提高NH3-N去除率[10]；进而导致进入厌氧区的硝酸盐量增多，促进反硝化作用，提高TN的去除率[11]。但随着污泥回流比的进一步增大，回流污泥将部分溶解氧带进了厌氧区和缺氧区[12]，反硝化细菌活性受到抑制，使得TN的去除率增长放缓。

同时，厌氧区NO3-N浓度增加，反硝化细菌数量增多[13]，使得厌氧区的聚磷菌在反硝化细菌竞争中，逐渐处于劣势，抑制厌氧环境中磷的释放，导致后续好氧环境中磷的吸收不彻底，使得TP的去除率下降[14]。

2.2 污泥龄（SRT）对于A2/O工艺效能分析

接下来，控制污泥回流比为70%，探究不同污泥龄对A2/O工艺效能的影响。

2.2.1 SRT对于COD去除效能分析

如图3所示，在SRT为5 d 、15 d、25 d时，COD的平均去除率分别为89.6%、90.03%、89.1%，出水COD分别为73.38 mg/L、65 mg/L、 71.2 mg/L，COD去除效果基本稳定。

虽然COD的平均去除率较稳定，但根据物料守恒方法统计发现，不同的SRT对于各阶段COD的去除效果有明显的影响。

如图4所示，在厌氧区，随着SRT由5 d增加到25 d时，COD的平均去除率由75.3%增大到90.09%，在缺氧区，随着污泥龄由5 d增加到25 d时，COD的平均去除率由10.23%降低到2.97%，在好氧区，随着污泥龄的增加COD去除率基本稳定在6.83%。由此可看出： COD的去除主要发生在厌氧阶段[15]。这可能是因为当污泥龄较短时，微生物不适应环境，造成部分有机物不能在厌氧区完全被分解利用，而在缺氧区被消耗，随着污泥龄的增加，微生物逐渐适应环境[16]，活性增强，COD在厌氧区的去除效果增强，缺氧区的有机负荷浓度降低，去除效果下降。

2.2.2 SRT对于TN、NH3-N去除效能分析

如图5所示，当污泥龄为5 d、15 d、25 d时，TN的平均去除率分别为63.52%、77.69%、69.01%，NH3-N的平均去除率分别为90.53%、91.29%、91.87%。随着污泥龄的增加，NH3-N的去除效果略有增加，TN的去除效果则呈现出现增加后降低的趋势。当污泥龄自5 d增大至15 d时，硝化细菌逐步成为好氧池中的优势菌种，硝化作用效率得以提升，NH3-N的去除效果随污泥龄的增加而增强，生成的硝态氮通过回流进入厌氧段，加强反硝化进程，不断将硝态氮还原为氮气，使得TN的去除效率不断增加[17]。但当污泥龄自15 d增加时，由于污泥龄过长，系统中污泥浓度逐渐升高，污泥负荷逐渐降低，水中碳源不足，抑制硝化、反硝化细菌的生长，使得NH3-N的去除率增加放缓，TN的去除效率下降[18]。

2.2.3 污泥龄对于TP去除效能分析

如图6所示，当污泥龄为5 d时，TP的平均去除率为65.97%，当污泥龄为15 d时，TP的平均去除率为82.03%，当污泥龄为25 d时，TP的平均去除率为60.69%。当污泥龄在5 ～ 25 d之间增加时，TP的去除率呈现出先增加后下降的趋势。当污泥龄在5 ～ 15 d之间不断增大时，大部分有机物在厌氧池中被去除，使得聚磷菌能更好的利用水中碳源合成自身物质，产生较多的PHAs，为后续好氧区微生物吸磷提供条件，使得TP的去除率升高[19-20]。但污泥龄的进一步增加使好氧区污泥内微生物竞争加剧，聚磷菌逐步处于不利地位，抑制好氧区的聚磷[21]，同时二沉池中微生物所需的營养物质减少，部分微生物出现无效释磷现象，这些磷并没有在好氧区伴随着PHAs的利用而被吸收，使得TP的去除率下降[22]。

3 结论

1）A2/O工艺的COD去除率在整个过程中基本维持稳定，污泥回流比从60%增大到80%，污泥龄从5 d增大到25 d的过程中，水中可生物降解的有机物大多均在厌氧区被降解；厌氧区的COD去除率均随污泥回流但污泥龄的增加而增加。

2）污泥回流比与污泥龄的增加均使得好氧区硝化细菌增多，增强TN与NH3-N的去除效果。但随着污泥回流比的进一步增加，水中的溶解氧含量增大，反硝化细菌活性受到抑制，从而使TN去除效果增加变缓。污泥龄增加，导致污水中碳源不足，硝化作用及反硝化作用效率下降，NH3-N去除效率增速放缓，TN去除效率下降。

3）当污泥回流比在60%～80%增加时，厌氧区污水中NO3-N浓度增大，抑制聚磷菌在厌氧环境下磷的释放和好氧环境下磷的聚合，使得TP的去除效果下降。

4）当污泥龄在5 ～ 15 d之间增加时，厌氧环境下聚磷菌利用碳源合成自身物质，为后续在好氧区聚磷提供条件，使得TP的去除率增加。污泥龄再持续增加时，好氧区内聚磷菌逐渐处于劣势，使得TP的去除率下降。

5）当污泥回流比在60%～80%，污泥龄在5 ～ 25 d时，根据COD、TN、NH3-N、TP的去除效果可知最佳污泥回流比为70%，最佳污泥龄为15 d。

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[责任编辑 杨 屹]