基于改良A2/O的優(yōu)化工藝研究現(xiàn)狀

曹 楠

(沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧沈陽 110168)

近年來，隨著氮磷過量利用和氮磷污染物的過量排放，水體的富營養(yǎng)化日趨嚴重。脫氮除磷技術(shù)是解決這一問題的根本途徑和主要的技術(shù)研究方向[1]。

目前，傳統(tǒng)A2/O工藝是污水處理廠應(yīng)用最為廣泛的污泥同步脫氮除磷的工藝，其水力停留時間短、流程簡單且不易產(chǎn)生大量污泥膨脹，得到迅速的發(fā)展[2]。但是傳統(tǒng)A2/O工藝在運行過程中仍然存在著激烈的競爭和矛盾，主要表現(xiàn)為聚磷菌、硝化菌和反硝化菌在滿足泥齡、碳源、有機負荷等的需求上，導(dǎo)致傳統(tǒng)A2/O工藝很難在同一污水處理系統(tǒng)中高效地實現(xiàn)對氮、磷的同步去除[3-4]。

研究者對該技術(shù)工藝的可靠性進行了重大改進，使同步且高效的現(xiàn)代化脫氮除磷技術(shù)成為可能。其中，在厭氧池前設(shè)置一個預(yù)缺氧池的脫氮除磷改良A2/O工藝(A+A2/O工藝)已在我國城市污水處理廠中得到廣泛應(yīng)用[5]。此外，一系列基于改良 A2/O工藝所進行的優(yōu)化工藝也取得了研究進展。

1 改良A2/O工藝(A+A2/O工藝)

改良A2/O工藝的主要特點是在傳統(tǒng)A2/O工藝的基礎(chǔ)上，于最前端增設(shè)1個預(yù)缺氧池。該改良工藝普遍采用兩點進水的方式，大約10%～20%的污水與來自二沉池的回流污泥混合并進入該系統(tǒng)的預(yù)缺氧池。此時，預(yù)缺氧池中的微生物主要進行反硝化脫氮，極大地降低或有效消除了二沉池的硝態(tài)氮對厭氧釋磷的不利作用和影響，從而有效保證系統(tǒng)的除磷效果。另外80%～90%的污水直接進入?yún)捬醭亍Ｔ摳牧脊に嚭啽阋仔?，可直接將?個厭氧池的水分出一部分作為系統(tǒng)的預(yù)缺氧池，目前國際上采用較多[6]。

孫孝龍等[7]在近幾年的研究中發(fā)現(xiàn)，改良A2/O工藝中預(yù)缺氧池的反硝化作用對氮的去除率約占整個污水處理系統(tǒng)總氮去除率的15.11%，反硝化脫氮作用較強。王瓊等[8]的研究證實，采用改良A2/O工藝的預(yù)缺氧池降低或基本完全消除了溶解氧和硝酸鹽對碳源和聚磷菌厭氧釋磷的影響，且基本改善了系統(tǒng)中反硝化菌和聚磷菌對碳源的競爭和利用情況。陳水程等[9]經(jīng)過對東莞市某城鎮(zhèn)污水處理廠近一年半的運行分析顯示，污水廠出水可穩(wěn)定地達到東莞市城鎮(zhèn)地區(qū)污水處理一級B排放標準的要求，并且基本實現(xiàn)了對總磷的有效去除。趙蓉等[1]對某個污水廠的A+A2/O工藝近幾年的反硝化運行情況進行了跟蹤整理和監(jiān)控分析，結(jié)果表明采用該工藝的污水廠能夠很好地實現(xiàn)對氮磷等污染物的去除，證明了改良A2/O工藝的可行性。

盡管與傳統(tǒng)A2/O工藝相比，改良A2/O工藝的脫氮除磷效果已有明顯提升，但很多情況下單獨使用并不能使處理出水達到排放要求。因此，對改良A2/O工藝進行進一步的改進，已經(jīng)成為當今的研究熱點。

2 改良A2/O工藝發(fā)展的新形式

2.1 多點進水改良A2/O工藝

針對改良A2/O工藝中厭氧池由于過度消耗低分子碳源而直接導(dǎo)致脫氮不徹底的情況，為了更好地實現(xiàn)原水碳源優(yōu)化的分配，很多污水處理廠都采用了多點進水改良A2/O工藝。10%～20%的污水與回流污泥直接混合并共同進入預(yù)缺氧池，60%～70%的污水進入?yún)捬醭兀Ｓ?0%～30%的污水與回流的硝化液直接混合進入缺氧池，從而在有限的碳源下使系統(tǒng)整體達到最佳的脫氮除磷效果。該工藝通過對預(yù)缺氧池、厭氧池和缺氧池多點進水的最優(yōu)化設(shè)置，使碳源在系統(tǒng)脫氮除磷的過程中得到合理的分配，在對大、中型工業(yè)城鎮(zhèn)污水處理廠的標準化建設(shè)和現(xiàn)代化改造工程中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用[10-11]。

秦瑋等[11]研究表明，多點進水改良A2/O系統(tǒng)對COD、氨氮、總磷具有穩(wěn)定良好的污染物去除效果，出水平均值達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染排放標準》(GB 18918—2002)一級 A 標準。劉加強等[12]將蘇北某高新經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠的A2/O工藝提標改造為多點進水改良A2/O工藝，半年多的工藝運行試驗結(jié)果表明，污水處理廠出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達到一級A排放標準。

2.2 改良A2/O-BAF 雙污泥系統(tǒng)

針對改良A2/O工藝用于低碳源城市污水處理時難以實現(xiàn)深度脫氮除磷的情況，將改良A2/O工藝與BAF池相結(jié)合，提出改良A2/O-BAF 雙污泥系統(tǒng)。

BAF即曝氣生物濾池，其最大的特點是將生物氧化與截留懸浮固體結(jié)合，水力停留時間短，出水水質(zhì)好，水力負荷大，能耗低，運行成本低[13]。

改良A2/O-BAF雙污泥系統(tǒng)將污水分兩點進入改良A2/O系統(tǒng)，其中一部分污水與系統(tǒng)內(nèi)來自二沉池的回流污泥混合，一起進入預(yù)缺氧池；另一部分污水越過厭氧池直接進入缺氧池，出水經(jīng)過二沉池后，上清液進入曝氣生物濾池完成硝化反應(yīng)。同時該系統(tǒng)取消了改良A2/O工藝原有的內(nèi)回流，以曝氣生物濾池出水的一部分回流到系統(tǒng)中的缺氧池代替，在缺氧池中進行反硝化脫氮并在反硝化聚磷菌的作用下進行反硝化除磷，而后進入好氧池將其中剩余的磷吸收、吹脫排出氮氣，另一部分排放，實現(xiàn)了低C/N條件下的深度脫氮除磷[14]。

南彥斌等[14]研究采用改良A2/O-BAF雙污泥系統(tǒng)處理低C/N的城市生活污水，發(fā)現(xiàn)碳源的有效綜合利用率最高為85.77%，實現(xiàn)了碳源綜合利用效益的最大化，且可以達到同步脫氮除磷。

2.3 改良型 A2/O(MAAO)工藝

針對改良A2/O工藝需要較高的內(nèi)回流比(100%～400%)，導(dǎo)致整體運行成本較高的問題，楊殿海等[15]采用改良型A2/O(MAAO)工藝，即調(diào)換改良A2/O工藝中好氧池與缺氧池的位置，并在末端增加1個后置曝氣池。該工藝采用分點進水的改良方法，污水按一定的比例分別進入預(yù)缺氧池和厭氧池，進入預(yù)缺氧池的原水與50%的回流污泥混合。通過設(shè)置后曝氣池對污泥進行后置反硝化，完全取消了內(nèi)回流，大大降低了該工藝總體的運行成本。其研究結(jié)果顯示改良型A2/O(MAAO)工藝系統(tǒng)處理后的水質(zhì)可達到城鎮(zhèn)污水排放一級處理標準，適用于對偏遠地區(qū)不具備脫氮除磷處理功能的污水廠的改造。

2.4 改良A2/O+MBBR組合工藝

針對傳統(tǒng)A2/O工藝難以滿足污水綜合排放一級A標準的現(xiàn)狀，鄭敏等[16]將改良A2/O工藝與MBBR工藝相結(jié)合，形成了改良A2/O-MBBR工藝。

該工藝整體采用分點進入污水的處理方式，進入的污水按照一定的比例分別進入到預(yù)缺氧段和厭氧段，好氧段采用傳統(tǒng)的MBBR工藝。MBBR處理方法是一種新型、高效的復(fù)合生物膜反應(yīng)器，兼具傳統(tǒng)流化床和傳統(tǒng)生物處理中的接觸氧化法的獨特性和優(yōu)點，通過向反應(yīng)器中投加一定量的懸浮填料來增加系統(tǒng)的生物種類和數(shù)量，從而強化對污染物的去除，并且能夠連續(xù)運行，適用于中小型污水處理廠[17-18]。

裴廷權(quán)等[19]的研究結(jié)果顯示，該復(fù)合工藝的COD去除率為86.8%～91.9%，氨氮去除率為88.8%～94.0%，總氮去除率為65.5%～76.7%，總磷去除率為85.9%～91.9%，固體懸浮物去除率為94.2%～98.1%，具有良好的同步脫氮除磷效果。

2.5 完全混合-循環(huán)型改良A2/O工藝

針對改良A2/O工藝對進水碳源偏低的合流制污水處理效果不佳的問題，戴仲怡[20]提出了完全混合-循環(huán)型改良A2/O工藝。

該復(fù)合工藝在設(shè)計上結(jié)合了改良A2/O工藝和傳統(tǒng)氧化溝的技術(shù)特點，在預(yù)缺氧池、厭氧池與缺氧池三點進水的同時采用傳統(tǒng)氧化溝池型。采用改良A2/O和氧化溝相結(jié)合使整個系統(tǒng)設(shè)計成溝渠形，可以讓水流同時具有完全混合和推流兩種特性，好氧池內(nèi)可形成明顯的溶解氧濃度梯度[21]，系統(tǒng)的混合液回流量最大可達到6q，遠遠超過單獨采用改良A2/O工藝的混合液回流量(2.0～3.0)q，出水水質(zhì)能夠更好地達到一級A標準要求。對采用完全混合-循環(huán)型改良A2/O工藝的上海龍華污水綜合處理廠二期進行的研究[20]表明，該改良工藝運行簡單，管理方便，能耗低，在大型的污水處理廠中具有較好的技術(shù)推廣應(yīng)用價值。

2.6 改良A2/O+深度處理

針對單純依靠改良A2/O工藝處理污水，有時出水水質(zhì)難以達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A標準的實際情況，許多研究人員通過將改良A2/O工藝與深度處理相組合，形成了多種新的污水處理改進工藝。

2.6.1改良A2/O+活性砂濾池工藝

活性砂濾池工藝是一種集混凝、澄清、過濾為一體的高效的過濾處理技術(shù)，能夠連續(xù)運行，無須停機反沖洗[22]。該工藝基于逆流過濾原理，待處理的水經(jīng)過進水管，通過位于裝置底部的布水器均勻分布后進入過濾器內(nèi)部。此后水流由下向上逆流上升通過活性砂濾料層，濾砂在過濾器中自上而下進行循環(huán)運動，兩者相對運動完成過濾，凈化后的濾液在過濾器頂部均勻聚集，經(jīng)過溢流堰外排[23]。改良A2/O+活性砂濾池工藝已在西北某城鎮(zhèn)污水處理工程項目上實施應(yīng)用，多年的運行實踐表明取得了預(yù)期的運行結(jié)果[23]。

2.6.2改良型A2/O+反硝化濾池工藝

反硝化濾池是該組合工藝進行深度反硝化處理的核心構(gòu)筑物，是進一步降低出水總氮的有效保障之一[24]。向反硝化濾池中投加填料，利用填料上附著生長的生物膜可以在缺氧條件下進行反硝化反應(yīng)，最終達到脫氮的目的[25-26]。二沉池出水經(jīng)提升后進入反硝化濾池，濾池采用下向流，淹沒堰運行方式有效避免了由于濾池進水跌水產(chǎn)生的溶解氧影響濾池的反硝化處理效果[27]。

胡香等[28]研究表明，后置反硝化對總氮的去除率可以達到系統(tǒng)總?cè)コ实?0.9%，可作為總氮達標的保障措施。張萬里等[27]研究證實某污水廠采取該組合工藝后，運行效果良好且出水水質(zhì)穩(wěn)定達到一級A標準。

2.6.3改良型A2/O+混凝沉淀+V型過濾

“混凝+沉淀+V型濾池過濾”是一種在國內(nèi)應(yīng)用較成熟的污水處理技術(shù)。投加的氯化鐵、聚合氯化鋁等藥劑，可以起到化學(xué)除磷的重要作用[29]。混凝、沉淀可以去除改良A2/O工藝難以去除的有機物、無機物、色度和濁度，并且對部分溶解性物質(zhì)也有一定的去除能力[30]。沉淀后的污水再進入V型濾池，進一步提高了對水中有害物質(zhì)的去除率，并能延長過濾周期，提高了截污水量，保證了深度處理的連續(xù)運行，使出水水質(zhì)始終保持一致[29]。

李永繼等[31]的研究和實踐證明，該技術(shù)對污水的處理效果良好，具有明顯的社會經(jīng)濟、環(huán)境效益，可為生活和工業(yè)水處理的技術(shù)選擇和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計提供參考借鑒。

3 結(jié)語

對于低碳源下的廢水處理，選用單一的改良工藝或A2/O廢水處理工藝，很難保證所有的污染物均符合國家一級A排放標準。因此，尋找新的廢水處理優(yōu)化解決方案，在進水方式、回流廢水處理方式、與其他廢水處理工藝的聯(lián)合等關(guān)鍵技術(shù)方面進行嘗試性的探索，尋求低碳源下能實現(xiàn)高效的廢水同步處理脫氮除磷，提升處理效果的方式是其未來的發(fā)展方向。