倒置A2O工艺.doc

倒置A2/O的提出、特点、运行控制及应用实例摘 要传统A2/O工艺有其固有的缺欠，往往在保证脱氮效果的同时除磷效果不佳。在充分分析传统A2/O工艺的基础上，提出了将缺氧池置于厌氧池前面，厌氧池后设置好氧池的分点进水倒置A2/O工艺。很多工程实例表明，在COD去除能力与常规A2/O工艺相当的情况下，倒置A2/O工艺的脱氮除磷功能明显优于常规A2/O工艺。关键词 倒置A2/O；分点进水；脱氮除磷；AbstractConventional A2/O process achieves satisfied effect nitrogen removal. But its difficult to achieve satisfied effect phosphorus removal because of its own shortage. Principle and characteristics of conventional A2/O process have been studied. In reversed A2/O process an anaerobic tank is put before anoxic tank and design dividual point infall in aerobic tank after anoxic tank. And experiment in many sewage plants has showed that phosphorus and nitrogen removal rates of reversed A2/O process are markedly higher than that of conventional A2/O process whereas the COD removal rates are equal.Keywords Reversed A2/O process, Nitrogen removal and Phosphorus removal1传统A2/O工艺简介 城镇污水处理厂应同时满足SS、BOD、TN、TP的处理要求。在上世纪提出的A2/O等同步脱氮除磷工艺，可很好的实现。凭借其工艺流程简单，占地少，药剂费用省，处理效果好等优点，普及迅速。传统A2/O工艺由厌氧、缺氧及好氧3部分组成【1】。张杰等【2】对传统A2/O工艺脱氮除磷性能的研究结果表明，传统A2/O工艺在运行过程中存在着如下问题：（1） 机理方面聚磷菌和硝化菌、反硝化菌等多种微生物共同生长在一个系统内，不同功能的微生物均不能在各自最佳的生长条件下生长。硝化菌基本上属于自养型专性好氧细菌，由于其代谢产能低，其突出的特点是生长速率慢、世代期长，在系统内要保持较高浓度的硝化菌，就要求在较长的泥龄下运行。系统除磷的主体聚磷菌多为短世代微生物，可以在较短的泥龄下正常生长，因此在较短的泥龄下运行时可获得较高的除磷效率。显然，在运行泥龄上，传统A2/O工艺在脱氮与除磷之间存在着矛盾。为了缓解这一矛盾，传统A2/O法通常在较窄的泥龄范围内运行，以兼顾脱氮与除磷对泥龄的要求。（2） 工艺布置方面 内循环内循环量根据脱氮比计算而出，其值一般在100400%；污泥循环根据二沉池SVI值，计算循环污泥浓度，再根据曝气池内悬浮固体浓度计算而出，其值一般在25100%。可见，内循环远比污泥循环大的多。内循环的存在使得大部分剩余污泥中实际上未经历完整的释磷、吸磷过程。而聚磷菌一大特点就是：厌氧条件下释放磷越充分，好氧条件下就越能过量吸收磷。这种不完整的释磷、吸磷，就严重影响除磷效果。 碳源分配由于缺氧区位于系统中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而影响了系统的脱氮效果。 硝酸盐根据生物除磷原理，在厌氧条件下,聚磷菌通过菌种间的协作，将有机物转化为挥发酸，借助水解聚磷释放的能量将之吸收到体内，并以聚羟基丁酸PHB形式贮存，提供后续好氧条件下过量摄磷和自身增殖所需的碳源和能量。一般污水中NO2-N和NO3-N浓度较低，而且厌氧区NO2-N和NO3-N主要来自污泥回流。研究表明NO3 是反硝化过程中优先利用的电子受体【3】，Ahn等【4】实验证实，NO2 同样是反硝化过程中重要的电子受体，但会对缺氧摄磷产生抑制作用。当厌氧区存在NO2-N和NO3-N时，反硝化菌利用NO2-N和NO3N作为最终电子受体，氧化污水中的有机物，使溶解性有机物BOD（S）浓度降低。试验表明，反硝化反应基本结束时磷的释放过程才开始进行【5-6】。由于反硝化菌与聚磷菌争夺碳源而使释磷时间大大滞后;溶解性有机物BOD（S），浓度的降低又使释磷反应进入非线性阶段，释磷速度大大下降，而释磷量的减少会导致好氧阶段磷的吸收能力下降，磷的去除率降低。 溶解氧溶解氧的存在会抑制异养硝化盐还原反应，其作用机理为:a) 氧阻抑硝酸盐还原酶的形成(有些反硝化细菌必须在厌氧和有硝酸盐存在的条件下才能诱导合成硝酸盐还原酶;b) 氧可作为电子受体，竞争性地阻碍硝酸盐的还原【7】。A2/O系统在实际运行时，为获得更高的脱氮效果，常采用较大的内回流比，使更多的硝酸盐进入到兼氧池进行反硝化处理，造成回流混合液中溶解氧破坏了缺氧硝化环境，阻断反硝化反应的进行。综上所述，特定功能不同的微生物在系统内混合生长导致传统A2/O工艺脱氮除磷效率不稳定。尤其是世代期长的硝化菌与其他细菌混合生长使系统难以兼顾脱氮与除磷的需求而导致系统的运行效果不稳定。在出水标准越来越严格的今天，根据城镇污水处理厂污水排放标准（GB18918-2002）一级A排放标准，TN小于15mg/L，TP小于0.5mg/L。显然传统的A2/O工艺难以满足此要求。因此，有必要对常规生物脱氮除磷工艺的布置进行改良。2 倒置A2/O工艺的提出及特点2.1 倒置A2/O工艺的流程 污水在缺氧池和厌氧池分段进水，进水量由氮磷的去除程度计算；进入缺氧池的污水和循环污泥，硝化液经充分混合后一起进入缺氧区。污泥中的硝酸盐，残余的溶解氧，在反硝化菌的作用下进行反硝化反映，将硝酸盐转化为但其，实现了系统的前置脱氮。污泥经过缺氧反硝化以后进入厌氧区，避免了硝酸盐对厌氧环境的不利影响。在厌氧区，聚磷菌将无水肿的碳源转化为聚羟基丁酸（PHB）等储能物质，积聚吸磷动力。 在好氧区，有机污染物进一步被降解，硝化菌将污水中存在的氨氮转化为硝酸盐氮，同时聚磷菌利用在厌氧条件下产生的动力进行过度吸磷。活性污泥混合液在二沉池进行泥水分离，一部分污泥回流到系统前端，另一部分富含磷的剩余污泥从系统排出，实现生物除磷。关于回流问题，张波等【8】认为可不设置内回流，直接采用污泥回流。首先应清楚外回流和内回流的区别。污泥外回流量是取决于二沉池污泥性质SVI值，而SVI值又与系统的泥龄、污泥负荷、温度等有关；内回流是取决于反硝化率，两者又本质区别。以下述计算为例：1. 回流污泥浓度 （21）式中Xr回流污泥浓度（mg/L）SVI污泥指数，一般采用100；r系数，一般采用r=1.22. 污泥回流比 （2-2）式中R污泥回流比；回流污泥浓度（mg/L），3. TN去除率 （2-3）式中eTN去除率（%）；S1进水TN浓度（mg/L）S2出水TN浓度（mg/L），设计中取15mg/L。4. 内回流比 （2-4）式中R内内回流倍数；回流量为1.5+0.5=2.0。试想二沉池中，进人池中流量为3Q，其中2Q由池底回流，这种情况下二沉池很难稳定运行同时；当水质水量变化或在不同的季节、不同的工况条件下，无法随时调节回流比，因为每次调节回流比都会改变二沉池的固体通量，污泥的SVI值也相应改变，引起二沉池流态的变化，影响出水的效果。因此，不应用污泥回流代替内回流。2.2 倒置A2/O工艺的原理 倒置A2/O工艺采用的仍是生物同步脱氮除磷原理，即2.2.1生物脱氮机理有机氮化合物在氨化菌的作用下，分解转化为氨态氮；氨态氮在硝化菌的作用下进一步分解转化，首先在亚硝化菌的作用下转化为亚硝酸氮，继之亚硝酸氮在硝化菌的作用下，转化为硝酸氮。在缺氧条件下，硝酸氮在反硝化菌的代谢作用下，通过两种途径转化:一是同化反硝化(合成)，最终形成有机氮化合物，成为菌体的一部分;二是异化反硝化(分解)，最终产物为气态氮。生物脱氮过程如图1所示。2.2.2生物除磷机理废水生物除磷机理为，在厌氧条件下(氧化还原电位ORP在-200-300mV)，聚磷菌将其细胞内的有机态磷转化为无机态磷加以释放，并利用此过程中产生的能量吸收废水中的溶解性有机基质合成聚羟基丁酸盐(PHB)颗粒；而在好氧条件下，聚磷菌则将PHB降解以提供其从废水中吸磷所需要能量，从而完成聚磷的过程。图2所示为上述除磷机制的作用过程。图 1 生物脱氮过程图 2 除磷机制的作用过程2.3 倒置A2/O工艺的特点（1） 分段进水分别满足反硝化、除磷所需碳源；（2） 避免了回流污泥中携带的硝酸盐、溶解氧对厌氧区的不利影响；（3） 聚磷微生物经历厌氧环境之后直接进入生化效率较高的好氧段，其在厌氧环境下形成的吸磷动力得到了更有效率的利用；（4） 参与循环的微生物全部经历了完整的厌氧-好氧过程，具有“群体效应”【9-11】，因而显著提高了系统的氮磷脱除能力；3 倒置A2/O工艺设计3.1 分段进水设计 进入缺氧池的BOD5总量与进入缺氧池的硝酸盐总量比值大于等于3；同时为实现有效除磷，进入厌氧池的BOD5总量与要求去除磷的总量比值大于等于20。即：（3-1）式中a缺氧池进水比例；b厌氧池进水比例；R污泥回流比；r混合液回流比；SNOx出水硝酸盐浓度，mg/L；So进水BOD5浓度，mg/L；Tp进水总磷浓度，mg/L；Pe出水总磷浓度，mg/L；3.2 反应池容积计算 反应池按照室外排水规范（GB 50014-2006）要求，好氧池采用BOD污泥符合率法计算，缺氧池根据硝化反硝化速率计算，厌氧池用水力停留时间与前两池校核定出。3.3 反应参数的控制（1） 污泥龄（SRT）A2/O工艺系统的SRT受两方面影响：一方面，受硝化菌世代时间的影响，使其比普通活性污泥法的污泥龄长一些，一般为25d左右；另一方面，由于除磷主要是通过排出含磷污泥，要求A2/O工艺的SRT不宜过长，应为58d。权衡两个方面，A2/O工艺中SRT一般为1520d。（2） 污泥负荷率（Ns）好氧池中的Ns应在0.18kgBOD5/(kgMLSSd)之下，否则厌氧菌数量超过硝化菌，会抑制硝化。为了不影响除磷效果，厌氧池中的Ns应大于0.10kgBOD5/(kgMLSSd)。（3） 氮负荷率氮负荷率过高会对硝化菌产生抑制作用，一般氮负荷率在0.05kgTKN/(kgMLSSd)之下，否则硝化效果不佳。（4） 混合液悬浮固体浓度脱氮除磷的污水处理在处理设施充足情况下，应适当提高生物池内的污泥浓度，增强系统脱氮除磷能力。高污泥浓度可提高处理工艺各单元的反应速率，减小所需的反应时间。高污泥浓度其菌胶团直径相对较高，其菌胶团内更容易形成缺氧反硝化，可能会发生同程反硝化。高污泥浓度可有效降低回流中DO浓度，提高厌氧有效释磷、反硝化脱氮的有机物利用率。高污泥浓度具有较高的泥龄，生物系统内的优势菌种一般不受泥龄限制。因此在脱氮除磷工艺中各类主要功能细菌在适应脱氮除磷环境时形成优势菌种。高污泥浓度在厌氧阶段的水解酸化作用，有利于后续反硝化作用时有机物的更好吸收利用。当然高污泥浓度对污水处理厂也同样存在不利的影响因素，如曝气时扩散阻力增大，供氧的利用率下降;增大了二沉池的污泥负荷。同时在生物脱氮除磷过程中排泥是除磷的必需过程，排泥量的多少很大程度上影响系统的除磷效果，因此在污水厂运行时，应保证每天一定量排泥除磷的前提下，采用高污泥浓度运行。（5） 溶解氧好氧段即有分子态氧，又有化合态氧，曝气充氧，DO一般应保持在2mg/L以上，甚至3mg/L，满足降解BOD和硝化条件，并使水中剩余DO充足，防止出现二沉池的二次释磷。缺氧段不能有分子态氧，可以有化合态氧，DO一般应控制在0.5mg/L以下，甚至0.3mg/L以下。由于回流液中有一定水平的DO，与原水充分混合后，剩余DO会被迅速消耗，继而开始缺氧反硝化进程。只需要搅拌，以不增加水中溶解氧为限。厌氧段既不能有分子态氧，也不能有化合态氧，否则释磷无法进行。DO一般应控制在0.2mg/L甚至更低。只需轻微搅拌让污泥不至沉淀即可。可采取适当措施，如反应池上设置盖板等措施，防止大气复氧。（6） 温度温度是影响A2/O工艺脱氮效果的主要因素，且温度对脱氮的影响比对除磷的影响大。【12】在好氧段，硝化反应在5-35时，其反应速率随温度升高而加快，适宜的温度范围为30-35。当低于5时，硝化菌的生命活动几乎停止。缺氧段的反硝化反应可在5-27时进行，反硝化速率随温度升高而加快，适宜的温度范围为1525。厌氧段，温度对厌氧释磷的影响不太明显，在5-30除磷效果均较好。【13】（7） 污泥回流比和混合液回流比混合液回流及污泥回流流量与进水流量的比例，在系统达到允许的最大反硝化能力之前，通过提高回流比可以提高反硝化的效果。但回流量过大，动力费用增大，而且曝气区大量的溶解氧将通过内回流进入反硝化区，破坏反硝化的条件。故混合液回流的流量必须控制在一定的范围内。一般，内回流比根据除氮要求在100%400%左右波动。污泥回流比一般为25%100%。如太高，污泥将DO和硝酸态氧带入厌氧池太多，影响其厌氧状态不利于磷的释放；太低，则反应池内维持不了正常的污泥浓度，影响生化反应速率。4 倒置A2/O工程应用实例4.1江苏某污水处理厂该厂设计工艺采用“预处理+倒置A2/O”工艺。2005年其日均处理能力3.12万t，其废水来源60%以上为工业废水。预处理主要采用沉砂及预曝气工艺。该污水处理厂的进水水质年均值COD(预处理前)1060mg/L，预处理后C0D550mg/L，BOD200mg/L，SS400mg/L，TN45mg/L，TP3mg/L。在设备运行稳定后，出水COD达到90mg/L以下，去除率在86%以上，满足了100mg/L的出水标准要求。BOD有90%以上的去除率，出水达到10 mg/L以下。出水TN在温度较低不易处理的情况下仍可以控制到9mg/L以下，去除率基本为80%左右。出水TP在0.5mg/L左右，去除率稳定在85%以上。4.2北京清河污水处理厂北京清河污水处理厂一期工程(20万m3/d)，设计要求出水NH3-N小于15mg/L、TP小于1mg/L(设化学除磷时为0.3mg/L)，采用倒置A2/O工艺。实践表明，只要加强运行管理，即使不启用化学除磷，也能使上述两项指标达到城镇污水处理厂污染物排放标准(18918-2002)的一级B标准。调试后，有7个月出水TP0.3mg/L，全年在lmg/L内波动。4.3李村河污水处理厂 李村河污水处理厂一期工程设计规模为8万m3/d，污水中工业废水占70%。采用倒置A2/O工艺，进出水水质见表4-1。表4-1 处理效果表(mg/L)4.4团岛污水处理厂 团岛污水处理厂，工程设计规模10万t/m3，水量中80%以上为生活污水。进出水水质见表4-2。表4-2 处理效果表(mg/L)5 结论（1） 把传统A2/O工艺的厌氧、缺氧环境倒置过来形成倒置A2/O工艺，可得到更好的脱氮除磷效果。其特点在于:缺氧区位于厌氧区之前，硝酸盐在这里消耗殆尽，厌氧区ORP较低，有利于微生物形成更强的吸磷动力;微生物厌氧释磷后直接进人生化效率较高的好氧环境，其在厌氧条件下形成吸磷动力可以得到更充分利用;缺氧段位于工艺的首端，允许反硝化优先获得碳源，进一步加强了系统的脱氮能力。（2） 倒置A2/O工艺其脱氮除磷功能明显优于传统A2/O工艺，COD去除能力与常规A2/O工艺相当，取得了良好的处理效果。（3） 厌氧的完全性与厌氧区HRT成为影响除磷效果的关键因素。厌氧越完全，厌氧区HRT越长，聚磷菌吸磷效果越彻底。（4） 温度是影响微生物生长活动的重要因素。温度对脱氮的影响比对除磷的影响大。（5） 配水比是影响脱氮除磷效果能否协调的关键。参考资料【1】 李勇，吕炳南，黄勇.改进A2/O法的设想.中国给水排水，2001,17(8):19-21【2】 张杰，减景红，杨宏，刘俊良. 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