城市污水处理中不同活性污泥法设计和运行效果的对比分析

吴小丽 毕红伟

摘要：本文对城市污水处理中的不同活性污泥法进行了设计和运行效果的对比分析。通过比较生物脱氮除磷工艺、序批式活性污泥法、生物吸附氧化法和氧化沟工艺，发现它们在处理效率、运行稳定性、抗冲击能力和经济性方面存在差异。进一步分析了影响活性污泥法运行效果的因素，如进水水质、曝气方式、污泥龄和温度。本文的研究结果对于优化活性污泥法的设计和运行具有重要意义，有助于提高城市污水处理的效率和可持续发展。

关键词：活性污泥法  A2/O工艺  SBR工艺  氧化沟工艺

中图分类号：TV505

Comparative Analysis of the Design and Operation Effect of Different Activated Sludge Processes in Urban Wastewater Treatment

WU Xiaoli1  BI Hongwei 2

1.Kunming Vocational and Technical College of Industry; 2.Yunnan Tilang Energy-Saving and Environmental Protection Group Co.， Ltd.， Kunming， Yunnan Province， 650302 China

Abstract： This paper presents a comparative analysis of the design and operation effect of different activated sludge processes in urban wastewater treatment. By comparing the biological nitrogen and phosphorus removal process， sequencing batch reactor， biosorption oxidation process and oxidation ditch process， this paper finds their differences in treatment efficiency， operational stability， impact resistance and economy， and further analyzes factors influencing the operation effect of activated sludge processes， such as influent water quality， the aeration mode， the sludge age and temperature. The research findings of this paper are of significant importance for optimizing the design and operation of activated sludge precesses， and are helpful to the improvement of efficiency and sustainable development of urban wastewater treatment.

Key Words： Activated sludge process; A2/O process; SBR process; Oxidation ditch process

活性污泥法是一種常用的废水处理技术，具有高效、节能和环保等优点。不同的活性污泥法在处理废水时存在差异，因此需要进行比较和分析。通过不断的研究和实践，我们可以进一步改进和完善活性污泥法，以满足不同废水处理需求。

1不同活性污泥法的特点

1.1 A2/O工艺

A2/O工艺是一种常用的活性污泥法，A2/O工艺代表着（厌氧、缺氧、好氧）的处理过程。该工艺流程是污水经过预处理以后进入厌氧区，厌氧区出水与好氧池回流的混合液汇合进入缺氧区，缺氧区的反应结束后进入好氧区，好氧区出水进入二沉池实现泥水分离，一部分污泥回流进入厌氧区的前端，剩下一部分污泥排入污泥处理系统，污水则继续进入后续处理工艺。A2/O工艺能够实现有机物的降解，同时完成脱氮和除磷的功能。

在A2/O工艺中，废水首先进入厌氧区（溶解氧浓度小于0.2 mg/L），在这里通过原污水和二次沉淀池出来的污泥回流（回流比通常为40%～100%），实现厌氧环境，厌氧区的停留时间通常为1～2h，该过程微生物实现有机物的吸收，聚磷菌（PAOs）实现厌氧释磷反应，该阶段要保证碳源充足（如果原污水的COD或BOD5值较低则需要外加碳源，比如：红糖、其他高浓度有机物污水等）。经过厌氧区以后污水和回流混合液（回流比通常为100%～400%）同时进入缺氧区，缺氧区采取好氧池出水混合液回流后与厌氧池出水混合后形成停留时间为2～4h的缺氧区，缺氧区溶解氧浓度为0.2～0.5mg/L，该过程通过消化液回流提供硝酸盐氮利用反硝化菌实现反硝化作用完成污水中氮的去除[1]。污水从缺氧池出来后进入好氧区（溶解氧浓度大于2.0mg/L），在这里通过曝气系统供氧，供氧的浓度可以通过以下公示进行计算。

1.2 SBR工艺

SBR工艺是序批式活性污泥法的典型工艺，又称间歇式活性污泥法。该工艺包括进水（同时搅拌或曝气）、曝气、沉淀、排水、待机五个操作流程，实现污水的脱氮、除磷和有机物等污染物的降解。

SBR工艺具有许多优点：SBR工艺是集多种反应阶段于一体的单泥系统，具有运行方式灵活、不用单独设置二次沉淀池，节省投资造价、自动化程度高节省运行费用等优点，随着PLC控制系统的日趋完善，SBR及其变形工艺CASS、CAST等污水處理二级工艺被广泛应用于污水厂。但在目前的实际应用中，在处理低碳氮比污水时（BOD5/总氮（TN）值小于4.0），SBR工艺系统中各类微生物要求的生化时间不一致，在同一空间、时间进行好氧硝化和缺氧反硝化的脱氨除磷作用不完全，难以达到如今严苛的污水排放标准，目前我国各大污水处理厂都执行《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》、《综合污水排放标准GB8978-1996》和当地特定的污水排放标准[2]。当原污水的污染物构成脱离微生物生长的合理环境下，出水水质则无法保证，通常有脱氮要求时，进水的BOD5/总氮（TN）值宜大于等于4.0，有除磷要求时，污水中的BOD5与总磷（TP）之比宜大于等于17。SBR工艺在废水处理中具有一定的优势和限制，需要根据具体情况进行合理选择和运行控制。

1.3 AB工艺

AB工艺又称吸附生物降解法，该工艺属于超高负荷活性污泥法。该工艺分为A段和B段，污水经过预处理后首先进入A段，然后进入B段，出水再进入后续处理工艺。其中A段包括曝气吸附和中间沉淀，中间沉淀池的一部分污泥回流至曝气吸附的前端，并产生A段的剩余污泥；B段包括曝气池和最终沉淀池两部分，最终沉淀池的污泥一部分回流进入B段的曝气池前端，并产生B段的剩余污泥。AB法的一大显著特点是污泥的沉降性能比较好，没有污泥膨胀现象，与普通活性污泥法相比，AB法具有高效稳定节能降耗造价低，不设初沉池，A段和B段各自拥有自己独立的回流系统，这样两段分开，有各自独特的微生物群体，处理效果稳定，可以实现一定的脱氮和除磷。

AB法不足之处：在实际运行中脱氮除磷效率低、A段消耗了原污水中的碳源，B段碳氮比低，影响脱氮效果，所以碳源投加费用高，AB工艺需要各自供应氧气，增加氧耗能。剩余污泥量很大，给后期污泥稳定化处置带来了压力。

1.4氧化沟工艺

氧化沟工艺又称氧化渠工艺，它是活性污泥法的一种变型。氧化沟一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成，沟体的平面形状一般呈环形、长方形、L形、圆形等，利用水流和氧气的接触来实现微生物的生化功能。然后废水进入沉淀池，实现泥水分离。氧化沟工艺具有较好的污水净化效果，能够有效去有机物同步实现脱氮除磷，有较好的适应性和稳定性。氧化沟工艺的运行和维护相对简单。然而，也存在不足，脱氮除磷效果差，其他污染物去除效果也有限，不适宜运用到寒冷地区[3]。工程中需根据实际选择合适工艺，并结合其他处理方法，以实现更高效的废水处理效果。

2不同活性污泥法运行效果比较

2.1处理效率

污水中的主要污染物有：机物（BOD5和COD）、氮（分为氨氮和总氮）、总磷等。在活性污泥法中通过厌氧、缺氧、好氧反应，污染物得以被微生物降解。处理效率的高低取决于有机物浓度、污泥浓度、氧的传质效率、污水中的碳氮磷比（合理C：N：P通常为100：5：1）、水力停留时间、混合液回流比、污泥回流比、污泥龄等因素。在好氧区域通过曝气系统供氧，促进有机物降解和氨氮的硝化反应，聚磷菌实现好氧吸磷。缺氧区氧浓度为0.2～0.5mg/L，缺氧区完成脱氮反应，混合液进入缺氧区实现氮的反硝化后，以N2形式排入大气中，实现氨氮的去除。此处磷的去除主要通过污泥吸附，生物除磷是微生物进行吸磷后通过剩余污泥的形式排出系统，达到除磷效果[4]。根据氧化沟、A2/O、SBR工艺的污染物去除率统计得知：三者对BOD5的去除率均为为：80%～95%；对CODcr去除率为80%～90%，A2/O工艺效果差时只能达到70%；对总氮去除率可以达到60%～85%，氧化沟效果较差时只能达到55%；对氨氮去除率可以达到百分之85%～95，A2/O工艺效果差时只能达到80%；总磷去除效率，氧化沟：50%～75%，A2/O工艺：60%～90%，SBR工艺：50%～85%。

2.2运行稳定性

A2/O厌氧/缺氧/好氧工艺的运行稳定性受诸多因素影响，比如：水质水量的波动、污泥浓度、污泥回流比，混合液回流比，水力停留时间等。对进水水质和水量相对稳定的原污水，其运行稳定性则较好，有机物去除、脱氮、除磷效果较好，出水水质稳定可靠。所以，A2/O工艺对原水水质和水量发生重大变化的时候，其运行稳定性会受影响，出水水质无法得到保障。温度的变化也会影响微生物的生长速率和代谢活性，进而影响废水的处理效果，运行则不能稳定。曾有研究表明：温度对微生物的生命活动影响较为显著，中国北方冬季城市污水一般在4～150C，低温环境下污水处理厂的运行结果随着水温的降低，活性污泥沉降性能变差，有机物去除、硝化及反硝化作用受到很大冲击，水面产生大量泡沫且迅速结冰，直接影响出水水质。

氧化沟工艺要想运行稳定也离不开污水处理中的各个影响因素，比如：水温宜为12～50C、pH值宜为6.0 ～9.0、BOD5/CODcr宜大于0.3、有去除氨氮要求时，进水总碱度（以CaCO3计）/氨氮（NH3-N）的比值宜大于等于7.14、污泥回流比、水力停留时间等，科学合理的保证污水的组成和运行的条件，是保证污水运行稳定性的前提。

SBR工艺（序批式活性污泥法）对比A2/O工艺和氧化沟工艺而言，运行稳定性的影响因素略有差异，因为此工艺没有设置沉淀池，且所有流程主要集合在一个反应池中，此工艺运行稳定的主要影響因素为：各个阶段的停留时间，以及自动化控制的效果等，科学的使用合适的处理工艺才是运行稳定的正确思路。

2.3抗冲击能力

抗冲击能力是指活性污泥法在面对突发事件或水质水量波动时，能够保持稳定的处理效果和操作性能的能力。在面对突发事件或水质水量波动时，对于突发的有毒物质或高浓度有机物的进水，活性污泥法需要具备一定的耐受能力。这包括对毒性物质的降解能力以及对高浓度有机物的适应能力。对于水量波动，具备一定的适应性。水质波动可能包括有机物浓度、氮磷比例的变化等。活性污泥法需要能够适应这些变化，保持稳定的处理效果。

A2/O工艺针对水质水量波动较大的污水，其处理效果则不理想，甚至会导致污泥膨胀、污泥死亡、出水水质不达标等问题，所以该工艺的抗冲击负荷能力较差，也是该工艺比较显著的缺点。

SBR工艺优化以后的工艺是CASS或CAST工艺，优化后的工艺对抗冲击负荷能力有了很大的改观，因为原本的SBR工艺前段没有进水池，污水直接进入池体，水质波动较大的话对污泥是很大的冲击，因此原始的SBR工艺对水质的抗冲击负荷能力较弱，优化以后的工艺CASS或CAST则弥补了这一缺点。

氧化沟运行过程中，当遇到原水水温较低时，出水水质则较差，需要延长曝气时间，提高污泥浓度，增加泥龄，以保证出水水质。

2.4经济性

不同的活性污泥法在经济性方面存在差异。首先是建设投资方面，不同活性污泥法的建设投资成本不同。一般来说，A2/O工艺和AB工艺相对较为复杂，建设投资成本较高；而SBR工艺和氧化沟工艺相对简单，建设投资成本较低，因此，SBR工艺和氧化沟工艺在这方面具有一定的优势。其次是运行成本方面，不同活性污泥法的运行成本也存在差异。运行成本主要包括能耗、化学药剂投加、污泥处理等方面。A2/O工艺和AB工艺由于需要较高的曝气量和化学药剂投加量，运行成本较高；而SBR工艺和氧化沟工艺由于操作简单，运行成本相对较低。因此，运行成本方面SBR工艺和氧化沟工艺也具有一定的优势。活性污泥法的占地面积也是影响经济性的因素之一[5]。A2/O工艺和AB工艺由于需要较多的处理单元，占地面积较大；而SBR工艺由于结构简单，占地面积相对较小。所以在占地方面，SBR工艺具有一定的优势。

3影响活性污泥法运行效果的因素分析

3.1进水水质

进水水质是指进入活性污泥法处理系统的原始污水的水质特征。进水水质的不同对活性污泥法的运行效果和处理效果有着重要影响。进水水质的有机物浓度是评估活性污泥法处理效果的重要指标之一。有机物浓度高的进水水质会增加活性污泥法的处理负荷，对微生物的生长和代谢活动产生影响。所以进水水质中的有机物浓度应该在一定范围内，BOD5/CODcr宜大于0.3，以保证活性污泥法的正常运行。进水水质中过高的氮、磷含量会导致活性污泥法出现过度生长的问题，增加了污泥处理的难度，应该控制在合适的范围内。进水水质中的悬浮物、油脂、重金属等杂质可能会降低活性污泥的活性和降解能力，影响处理效果[6]。在进水水质的预处理过程中，需要采取相应的措施，去除或减少这些杂质的影响。

3.2曝气方式

曝气方式用于提供氧气供给微生物的生长和代谢活动。不同的曝气方式对活性污泥法的运行效果和能耗有着不同的影响。常见的曝气方式包括曝气池曝气、曝气板曝气、曝气管曝气等。曝气池曝气是将气体注入到曝气池中，通过气泡上升的方式提供氧气。曝气板曝气是安装在底部的曝气板，根据气体从曝气板的孔隙中释放氧气。曝气管曝气则是在底部安装曝气管，通过气体从管道中释放氧气。不同的曝气方式在氧气传输效率、气泡分布均匀性、能耗等方面存在差异。曝气池曝气能够提供较高的氧气传输效率，但气泡分布不均匀，容易出现死区。曝气板曝气能提供较好的气泡分布均匀性，但氧气传输效率相对较低。曝气管曝气能够提供较好的氧气传输效率和气泡分布均匀性，但能耗相对较高。

3.3污泥龄

污泥龄的选择与污泥的降解能力和污泥浓度有关。较长的污泥龄可以提高污泥的降解能力，促进有机物的降解和去除。还可以增加污泥的浓度，提高活性污泥法的处理效果。但是过长的污泥龄可能会导致污泥过度生长和堵塞等问题，影响系统的稳定运行。污泥龄的选择还与系统的容积和进水水质等因素有关。较大的系统容积和较高的进水水质可能需要较长的污泥龄来保证处理效果。而较小的系统容积和较低的进水水质可能可以选择较短的污泥龄。此外，污泥龄还与活性污泥法中的污泥回流比例有关。污泥回流可以增加污泥龄，提高系统的降解能力和处理效果。

3.4温度

温度对微生物的生长和代谢活动有直接影响。适宜的温度能促进微生物的生长和代谢活动，提高活性污泥法的处理效果。而过低或过高的温度可能会抑制微生物的生长和代谢活动，影响处理效果。因此，在活性污泥法中，要控制系统的温度在适宜范围内（通常为12-350C）。温度还与污泥的降解能力和污泥龄有关。适宜的温度可以提高污泥的降解能力，促进有机物的降解和去除。还可以影响污泥龄的选择。温度与微生物的种类和组成有关。不同的微生物对温度的适应能力不同，对不同温度下的降解能力也不同。要根据微生物的特性和温度要求，选择适宜的温度条件。

4结语

活性污泥法是一种重要的废水处理技术，不同的活性污泥法在处理废水时具有不同的优势和劣势。通过比较和分析，我们可以选择最适合的活性污泥法来处理废水。同时，我们还需要注意影响活性污泥法运行效果的因素，并采取相应的措施进行优化，以提高活性污泥法的处理效率和运行稳定性。加强污泥处理与处置也是提高活性污泥法运行效果的重要方面。

参考文献

[1] 徐佳然.应用于污水厂提标改造的侧流式高浓度活性污泥法试验研究[D].成都：西华大学，2022.

[2] 张芳.生物质热解木醋液对活性污泥法处理生活污水的影响机制研究[D].武汉：华中科技大学，2019.

[3] 唐发英.活性污泥法治理城市污水探析[J].绿色科技，2019（12）：100-101，104.

[4] 汪琪.Fe对高负荷活性污泥法富碳处理效果及其厌氧发酵的影响[D].合肥：安徽建筑大学，2018.

[5] 杨琦煜.基于SIMULINK平台的活性污泥法ASM2D模型的仿真研究[D].合肥：安徽建筑大学，2017.

[6] 尹琦.活性污泥法及其在环境工程中的应用[J].皮革制作与环保科技，2021，2（8）：35-36.