预缺氧池对A+A2/O工艺增强系统的脱氮除磷的作用影响

戴 雅，程洁红

(江苏理工学院化学与环境工程学院，江苏 常州 213001)

0 引言

太湖流域是国家重点控制的污染区域，2007年太湖蓝藻事件，对污水厂除磷脱氮工艺提出了更严格要求。江苏省太湖流域城镇污水厂多采用脱氮除磷工艺，尾水必须达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918－2002)的一级A标准。但污水厂普遍存在碳氮比偏低、TN浓度变化幅度大、冬季水温偏低、微生物活差、出水中NH+4－N和TN难以达标等问题。为达到一级A标准，自2010年以来，根据国家和江苏省太湖流域水污染防治工作的总体部署，太湖流域城镇污水厂除磷脱氮提标改造技术和工程项目有组织的展开。江苏某城镇污水厂在原有构筑物的基础上进行改造并确定了前置预缺氧池的A+A2/O运行工艺。即在传统A2/O工艺的厌氧池前设置预缺氧池，将二沉池回流污泥和部分原水进入预缺氧池进行厌氧氨氧化生物脱氮，以强化系统脱氮能力。而且，预缺氧池中的厌氧氨氧化作用可有效去除回流污泥中的硝酸盐，保证厌氧池进水中低浓度的硝酸盐，提高厌氧池的释磷效率，增强系统除磷效果，还能同时去除有机物。现已有多家污水处理厂采用A+A2/O工艺进行生活污水的处理[1－4]。

本文主要以改造后A+A2/O工艺为研究对象，对各段生物反应池中氮、磷含量变化进行分析，通过分析A+A2/O工艺对氮、磷的去除效果，探讨A+A2/O工艺中脱氮除磷作用机理，为今后污水厂的生产运行提供理论依据，指导生产运行。

1 实验材料与方法

1.1 污水厂工艺概况

江苏某城镇污水厂是一座以处理生活污水为主的中小型城镇污水厂，占地2公顷，服务面积15平方公里，服务人口15万人，处理规模1.5×104m3/d。该厂原来采用倒置A2/O工艺，工艺流程图见图1，但存在氮磷难以同步稳定达一级A排放标准的问题。

图1 倒置A2/O工艺流程图

随后该厂在不扩大占地的基础上，对原有的A2/O工艺进行改造，工艺流程图见图2。与原有工艺相比，A+A2/O工艺取消了初沉池，改造为预缺氧池，根据工艺运行情况，进水选择性的进入预缺氧池、厌氧池和缺氧池;新增污泥回流系统，二沉池污泥回流至预缺氧池;新增转盘滤布过滤器，进一步去除SS、BOD、COD、TP;新增紫外消毒设备，确保出水粪大肠群数达一级A排放标准。

图2 A+A2/O工艺流程图

1.2 实验用水

取改造后A+A2/O工艺的进水、出水和各段生化反应池中水样，分析其中氮、磷含量。进、出水样分别在污水厂的进水口和出水口取样，A+A2/O工艺中各段生化反应池水样分别从各段生化反应池中部取样，取样点见图3。

图3 各段生化反应池取样分析点示意图

1.3 水质分析方法

TN采用碱性过硫酸钾分光光度法;NH+4－N采用滴定法;NO－3－N采用酚二磺酸光度法;NO－2－N采用N－(1－萘基)－乙二胺光度法;TP采用钼锑抗分光光度法[5]。

2 实验结果和讨论

2.1 改造后A+A2/O工艺处理效果

A+A2/O工艺处理生活污水效果如表1所示。综合冬季和夏季的进出水水质分析，CODCr、BOD5、TN、NH4+－N 和 TP的去除率平均分别为86.99%、98.52%、64.75%、98.56%和92.57%。改造后的A+A2/O工艺无论是冬季还是夏季，处理后的水质均能稳定达一级A标准排放。即使在冬季，进水BOD5/TN=1.88，TN=32.6mg/L，碳源不足的情况下，去除有机物的同时，NH4+－N去除率 ＞98%，TN去除率＞60%，TP去除率＞91%。由此可见，A+A2/O工艺解决了小型污水厂进水碳源不足以及冬季进水水温低时氮磷出水不达标的难题。

表1 A+A2/O工艺下进、出水水质情况

2.2 改造后A+A2/O工艺的脱氮效果分析

各段生物池中TN、NH4+－N、NO3－－N和NO2－－N含量的沿程含量变化见图4。进水中TN和NH4+－N含量分别为37 mg/L和35.34mg/L;出水中TN和NH4+－N含量分别为11.40mg/L和0.84mg/L。A+A2/O工艺对TN和NH4+－N的去除率分别为69.19%和97.62%，出水中TN和NH4+－N含量均低于一级A标准。

图4 总氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮含量沿程变化趋势图

由图4可知，A+A2/O工艺中，TN在预缺氧池中含量最低，为5.53 mg/L，NH4+－N含量为2.24mg/L，NO3－－N含量为0.42mg/L，预缺氧池出水中氮的含量可达一级A排放标准。二沉池的回流污泥和好氧池回流混合液混合后进入预缺氧池，预缺氧池进、出水中氮含量变化见表2。从表2可看出，预缺氧池对TN的去除率达62.63%，占系统TN去除率69.19%的90.52%，这表明A+A2/O工艺对氮的去除主要集中在预缺氧池。对预缺氧池中氮元素进行物料平衡计算，预缺氧池中TN去除量9.27mg/L，NH+4－N和NO－3－N去除总量9.07mg/L，TN的去除量和NH+4－N和NO－3－N去除总量相差不大，TN的去除量可近似认为等于NH+4－N和NO－3－N去除总量。结果表明，在厌氧或缺氧条件下，厌氧氨氧化菌以污水中NH+4为电子供体，以好氧池回流混合液中NO－3和NO－2电子受体，将氨最终转化为N2逸出，加强整个系统的生物脱氮。因此，A+A2/O工艺预缺氧池中发生了厌氧氨氧化反应。据孙孝龙等人[6－7]研究表明，预缺氧池内会发生厌氧氨氧化脱氮，预缺氧池中TN进水21.17mg/L，出水17.57mg/L，TN去除率17.01%，比本文中的TN去除率要低。

表2 预缺氧池进、出水中氮含量变化

另外，该厂进水碳源不足(BOD5/TN=1.88＜3)，在不外加碳源的前提下，预缺氧池对TN的去除率也达62.63%。这是因为，厌氧氨氧化作用与反硝化作用相比，对碳源要求不高，厌氧氨氧化作用以NH4+为电子供体，而不是有机物。厌氧氨氧化菌和反硝化菌虽会争夺NO3－，但在进水碳源不足的情况下，厌氧氨氧化脱氮效率会比反硝化脱氮效率更高[8]。因此，采用A+A2/O工艺可有效解决小型污水处理厂进水碳源不足时氮磷难以同步稳定达标的难题。

图4中，厌氧池、缺氧池2、好氧池5中 TN 含量分别为20.45mg/L，14.58 mg/L和13.74 mg/L;NH4+－N含量分别为19.32mg/L、8.12mg/L和0.28mg/L，TN和NH4+－N含量得到进一步去除。这是因为厌氧池的氨化作用将污水中部分有机氮转为NH4+－N，此时污水TN以NH4+－N为主[9]。厌氧池出水和好氧池的回流混合液混合进入缺氧池，缺氧池中反硝化菌利用污水中有机物为碳源，NO3－和NO2－为电子受体，使NO3－和NO2－还原成N2逸出，进行反硝化脱氮，一方面大大降低了TN的量，另一方面也降低了污水负荷，利于后续好氧区的硝化反应，从而提高整个系统的脱氮效果[10－11]。好氧区的混合液内回流(回流比195%)至缺氧区，补充缺氧区反硝化所需硝酸盐，提高反硝化速率，缺氧池2中NO3－－N和NO2－－N均比缺氧池1中的略有下降，进一步证明了反硝化的顺利进行。因此，缺氧池中的反硝化作用使TN和NH4+－N得到了进一步的去除。缺氧池的出水进入好氧池进行进一步的硝化反应，随着污水在好氧池中停留时间的延长，NH4+－N、TN含量逐渐降低，NO3－－N含量逐渐增加，硝化反应顺利进行。

2.3 改造后A+A2/O工艺除磷效果分析

图5比较了进出水以及各生化反应池中TP的浓度变化，进出水中TP的浓度分别为2.91mg/L和0.12mg/L，TP 去除率95.66%。

由图5可知，预缺氧池和缺氧池2中TP浓度分别为1.05mg/L和0.70mg/L，TP的去除率分别为63.85%和76.01%。图4显示，虽然好氧池混合液回流至预缺氧池和缺氧池，但预缺氧池和缺氧池中NO3－－N、NO2－－N含量均比好氧池的低。这表明，回流至预缺氧池的活性污泥中可能含有反硝化聚磷菌，在缺氧条件下，可利用污水中的NO3－－N或NO2－－N作为最终电子受体进行反硝化吸磷反应[12]，反硝化除磷过程不需要曝气，并且可利用有限碳源进行反硝化和生物除磷，节省了碳源和能量[13－14]。二沉池的污泥回流预缺氧池，好氧池含NO3－－N或NO2－－N的混合液回流至预缺氧池和缺氧池，这些都为本实验中反硝化吸磷提供了条件，而预缺氧池和缺氧池中NO3－－N、NO2－－N含量的减少也表明存在反硝化吸磷。因此，在预缺氧池和缺氧池中TP的去除主要是反硝化吸磷作用，这与周康群等人研究一致[15－17]。本实验中系统 TP 去除率达 95.66%，缺氧池 TP 去除率76.0%，Zeng W[18]通过前置预缺氧池，TP的去除率98%，缺氧池反硝化吸磷使TP去除66% ～91%，和本实验结果一致。

图5 总磷含量沿程变化趋势图

厌氧池释磷率达137.75%，释磷效果好。二沉池的的回流污泥中NO－3－N含量较高，一般在6.5～10.5 mg/L，直接回流至厌氧池会破坏厌氧池的厌氧环境[19]，影响氨化作用，有机物降解率变低;厌氧池中的反硝化菌和聚磷菌争夺碳源，进行反硝化，影响聚磷菌厌氧释磷[20]。前置预缺氧池，污泥回流至预缺氧池，一方面，在预缺氧池进行厌氧氨氧化作用，去除部分NO－3－N，降低厌氧池进水中NO－3－N的浓度，为厌氧池提供更优的厌氧释磷环境，提高除磷效率。另一方面，可利用NO－3－N进行反硝化吸磷。

图5中，好氧池出水TP浓度0.29mg/L，低于一级A排放标准。聚磷菌在缺氧或好氧条件下过量吸收水中的磷酸盐，并将其转移到污泥中，使缺氧池和好氧池TP浓度逐渐下降。因此，A+A2/O工艺通过预缺氧池和缺氧池的反硝化吸磷以及好氧池的好氧吸磷，系统TP去除率达95.66%。在二沉池前后设投加药剂点，以化学法同步除磷，进一步增加系统TP的去除。

3 结论

(1)A+A2/O工艺预缺氧池中可发生厌氧氨氧化作用，厌氧氨氧化作用对TN去除率和NH+4－N去除率分别为62.63%和37.05%，其对TN的去除率占整个系统去除率的90.52%，使A+A2/O工艺对氮的去除主要集中在预缺氧池，增强系统脱氮效果。

(2)一方面，预缺氧池去除部分NO－3－N，降低厌氧池进水中NO－3－N的浓度，为厌氧池提供更优的厌氧释磷环境。另一方面，预缺氧池和缺氧池的反硝化吸磷以及好氧池的好氧吸磷，大大降低了污水中磷的含量，系统TP去除率达95.66%，确保A+A2/O工艺下磷能稳定达一级A标准排放。

(3)A+A2/O 工艺运行一年，CODCr、BOD5、TN、NH+4－N和 TP的年平均去除率为87.77%、98.61%、66.67%、98.68% 和 92.66%，出水浓度分别为20.3mg/L、＜ 2mg/L、10.5mg/L、0.35mg/L 和0.2mg/L，出水水质达国家一级A排放标准。A+A2/O工艺可有效解决城镇污水处理厂冬季进水水温低，进水碳源不足等难题，保证氮磷同时稳定达标排放。

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