A2 /O工藝法的參數優(yōu)化

張明明 李靜 李一兵

摘要 采用A2/O工藝處理某城市工業(yè)園區(qū)污水，研究該工藝對COD、TN、NH3-N、TP的去除效果，并考察污泥回流比和污泥齡對系統處理效果的影響。研究表明，當污泥回流比在70%，污泥齡在15 d時，水中有機污染物去除效果最佳，其COD的平均去除率分別為74.13%與90.03%、TN的平均去除率分別為74.13%與77.69%、NH3-N的平均去除率分別為90.52%與91.29%、TP的平均去除率分別為85.95%與82.03%。

關 鍵 詞 A2/O污水處理工藝；污泥回流比；污泥齡；有機物去除；脫氮除磷

中圖分類號 X703.1 文獻標志碼 A

某城區(qū)的市政污水包含該城區(qū)物流園、工業(yè)園區(qū)的生活和工業(yè)污廢水，這些污廢水成分復雜，氮磷含量較高，難降解物質含量高。為降低對環(huán)境的污染，急需將該污廢水處理達標后排放。

A2/O污水處理工藝主要利用好氧池的硝化反應和缺氧池的反硝化作用完成脫氮，利用厭氧池的釋磷作用和好氧池的攝磷作用完成除磷[1-2]。該工藝具有運行過程簡單，費用較低，可同步脫氮除磷的特點[3-5]。但A2/O工藝中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齡對微生物的種群和數量分布有明顯的影響[6-7]，進而影響污染物的去除效果。

本實驗通過改變污泥回流比與污泥齡，研究二者對A2/O工藝處理效果的影響，探討工藝中的反應機理，尋找適合該污水水質的污泥回流比和污泥齡，從而為該類污水的進一步生產化處理提供一定的理論指導。

1 實驗部分

1.1 工藝流程及方法

1.1.1 工藝流程

圖1為污水處理工藝流程圖。工藝由厭氧反應器、缺氧反應器、好氧反應器和二沉池組成。其中，缺氧反應器及厭氧反應器的容積各位13.5 L，好氧反應器的容積為21 L，二沉池的容積為35 L。

1.1.2 分析方法

采用國家標準方法對污水COD、NH3-N、TN、TP等水質指標進行分析[8]。

1.1.3 實驗用水

本實驗用水取自污水處理廠的污水進水口，實驗歷時15 d，溫度控制在15 ～ 25 ℃之間。污水水質如表1。

2 結果與討論

2.1 污泥回流比對于A2/O工藝效能分析

首先，控制污泥齡為15 d，探究不同污泥回流比對A2/O工藝效能的影響。如圖2所示，當污泥回流比控制在60%、70%、80% 這3種情況下，隨著污泥回流比的增加，COD的去除率略有增加，但基本穩(wěn)定在88.4%左右。隨著污泥回流比從60%增加到80%的過程中，NH3-N和TN的平均去除率依次為86.06%、90.52%、94.88%和71.86%，74.13%，75.36%，去除率均隨污泥回流比的增加而增加。而對于TP，其平均去除率在污泥回流比為60%、70%、80%時分別為89.98%、85.95%、84.24%，去除效果逐漸降低。

生物處理系統中，污水COD的去除主要通過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濃度增加[9]，微生物種類增多，從而提高COD的去除效果。但當污泥回流比在60%～80%變化時，水中大部分易降解的有機成分已被微生物消耗，因此，再增加污泥回流比僅能使COD去除率略有增加。

NH3-N的去除主要依靠在好氧區(qū)內的硝化作用，反應器中硝化細菌數量會隨著污泥回流比的增大而增多，加強了好氧區(qū)的硝化作用，提高NH3-N去除率[10]；進而導致進入厭氧區(qū)的硝酸鹽量增多，促進反硝化作用，提高TN的去除率[11]。但隨著污泥回流比的進一步增大，回流污泥將部分溶解氧帶進了厭氧區(qū)和缺氧區(qū)[12]，反硝化細菌活性受到抑制，使得TN的去除率增長放緩。

同時，厭氧區(qū)NO3-N濃度增加，反硝化細菌數量增多[13]，使得厭氧區(qū)的聚磷菌在反硝化細菌競爭中，逐漸處于劣勢，抑制厭氧環(huán)境中磷的釋放，導致后續(xù)好氧環(huán)境中磷的吸收不徹底，使得TP的去除率下降[14]。

2.2 污泥齡（SRT）對于A2/O工藝效能分析

接下來，控制污泥回流比為70%，探究不同污泥齡對A2/O工藝效能的影響。

2.2.1 SRT對于COD去除效能分析

如圖3所示，在SRT為5 d 、15 d、25 d時，COD的平均去除率分別為89.6%、90.03%、89.1%，出水COD分別為73.38 mg/L、65 mg/L、 71.2 mg/L，COD去除效果基本穩(wěn)定。

雖然COD的平均去除率較穩(wěn)定，但根據物料守恒方法統計發(fā)現，不同的SRT對于各階段COD的去除效果有明顯的影響。

如圖4所示，在厭氧區(qū)，隨著SRT由5 d增加到25 d時，COD的平均去除率由75.3%增大到90.09%，在缺氧區(qū)，隨著污泥齡由5 d增加到25 d時，COD的平均去除率由10.23%降低到2.97%，在好氧區(qū)，隨著污泥齡的增加COD去除率基本穩(wěn)定在6.83%。由此可看出： COD的去除主要發(fā)生在厭氧階段[15]。這可能是因為當污泥齡較短時，微生物不適應環(huán)境，造成部分有機物不能在厭氧區(qū)完全被分解利用，而在缺氧區(qū)被消耗，隨著污泥齡的增加，微生物逐漸適應環(huán)境[16]，活性增強，COD在厭氧區(qū)的去除效果增強，缺氧區(qū)的有機負荷濃度降低，去除效果下降。

2.2.2 SRT對于TN、NH3-N去除效能分析

如圖5所示，當污泥齡為5 d、15 d、25 d時，TN的平均去除率分別為63.52%、77.69%、69.01%，NH3-N的平均去除率分別為90.53%、91.29%、91.87%。隨著污泥齡的增加，NH3-N的去除效果略有增加，TN的去除效果則呈現出現增加后降低的趨勢。當污泥齡自5 d增大至15 d時，硝化細菌逐步成為好氧池中的優(yōu)勢菌種，硝化作用效率得以提升，NH3-N的去除效果隨污泥齡的增加而增強，生成的硝態(tài)氮通過回流進入厭氧段，加強反硝化進程，不斷將硝態(tài)氮還原為氮氣，使得TN的去除效率不斷增加[17]。但當污泥齡自15 d增加時，由于污泥齡過長，系統中污泥濃度逐漸升高，污泥負荷逐漸降低，水中碳源不足，抑制硝化、反硝化細菌的生長，使得NH3-N的去除率增加放緩，TN的去除效率下降[18]。

2.2.3 污泥齡對于TP去除效能分析

如圖6所示，當污泥齡為5 d時，TP的平均去除率為65.97%，當污泥齡為15 d時，TP的平均去除率為82.03%，當污泥齡為25 d時，TP的平均去除率為60.69%。當污泥齡在5 ～ 25 d之間增加時，TP的去除率呈現出先增加后下降的趨勢。當污泥齡在5 ～ 15 d之間不斷增大時，大部分有機物在厭氧池中被去除，使得聚磷菌能更好的利用水中碳源合成自身物質，產生較多的PHAs，為后續(xù)好氧區(qū)微生物吸磷提供條件，使得TP的去除率升高[19-20]。但污泥齡的進一步增加使好氧區(qū)污泥內微生物競爭加劇，聚磷菌逐步處于不利地位，抑制好氧區(qū)的聚磷[21]，同時二沉池中微生物所需的營養(yǎng)物質減少，部分微生物出現無效釋磷現象，這些磷并沒有在好氧區(qū)伴隨著PHAs的利用而被吸收，使得TP的去除率下降[22]。

3 結論

1）A2/O工藝的COD去除率在整個過程中基本維持穩(wěn)定，污泥回流比從60%增大到80%，污泥齡從5 d增大到25 d的過程中，水中可生物降解的有機物大多均在厭氧區(qū)被降解；厭氧區(qū)的COD去除率均隨污泥回流但污泥齡的增加而增加。

2）污泥回流比與污泥齡的增加均使得好氧區(qū)硝化細菌增多，增強TN與NH3-N的去除效果。但隨著污泥回流比的進一步增加，水中的溶解氧含量增大，反硝化細菌活性受到抑制，從而使TN去除效果增加變緩。污泥齡增加，導致污水中碳源不足，硝化作用及反硝化作用效率下降，NH3-N去除效率增速放緩，TN去除效率下降。

3）當污泥回流比在60%～80%增加時，厭氧區(qū)污水中NO3-N濃度增大，抑制聚磷菌在厭氧環(huán)境下磷的釋放和好氧環(huán)境下磷的聚合，使得TP的去除效果下降。

4）當污泥齡在5 ～ 15 d之間增加時，厭氧環(huán)境下聚磷菌利用碳源合成自身物質，為后續(xù)在好氧區(qū)聚磷提供條件，使得TP的去除率增加。污泥齡再持續(xù)增加時，好氧區(qū)內聚磷菌逐漸處于劣勢，使得TP的去除率下降。

5）當污泥回流比在60%～80%，污泥齡在5 ～ 25 d時，根據COD、TN、NH3-N、TP的去除效果可知最佳污泥回流比為70%，最佳污泥齡為15 d。

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[責任編輯 楊 屹]