A2/O活性污泥法工艺优化运行研究

蒋廷弘，邱丽敏，汪文生，卢雪飞

（1.桂林市排水工程管理处，广西 桂林 541002；2.南京贝特环保通用设备制造有限公司，南京 211500）

A2/O活性污泥法工艺优化运行研究

蒋廷弘1，邱丽敏1，汪文生2，卢雪飞2

（1.桂林市排水工程管理处，广西 桂林 541002；2.南京贝特环保通用设备制造有限公司，南京 211500）

针对桂林北冲污水净化厂实际运行情况进行工艺优化运行研究分析，研究对象包括COD、BOD5、SS和氮、磷等营养物质，分析了A2/O工艺中的固有缺欠：硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在矛盾和竞争，以及针对碳源问题、污泥负荷、泥龄问题、生化池停留时间对系统的除磷脱氮效率影响试验研究。试验结果表明：在碳源充足的情况下，采用低污泥负荷、长污泥龄、降低生化池停留时间等方式能提高除磷脱氮效率。

A2/O工艺优化；脱氮除磷；污泥龄

1 工程概况

2003年8月，桂林北冲污水净化厂进行扩建工程，2005年4月开始试运行，采用A2/O活性污泥法处理工艺，服务面积9.26平方公里，服务人口12万，污水管道长约83.6公里。设计日处理能力为3万吨，出水水质达到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B类标准。

1.1 工艺背景

A2/O工艺脱氮除磷工艺是从Bardenpho生物脱氮工艺发展而来，增加了前置厌氧段，使聚磷菌在厌氧条件下进行磷的释放。在传统的A2/O工艺中，污水首先进入厌氧池与回流污泥混合，在兼性厌氧发酵菌的作用下部分易生物降解大分子有机物被转化为小分子挥发性脂肪酸（VFA），聚磷菌吸收这些小分子有机物合成PHB并储存在细胞内，同时将细胞内的聚磷水解成正磷酸盐，释放到水中，释放的能量可供专性好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存；随后污水进入缺氧池，反硝化菌利用污水中的有机物和回流混合液中的硝酸盐进行反硝化，可同时去碳脱氮；当污水进入好氧池时，有机物浓度已很低，聚磷菌主要是靠分解体内储存的PHB来获得能量供自身生长繁殖，同时超量吸收水中的溶解性磷以聚磷酸盐的形式储存在体内，经过沉淀，含磷高的污泥从水中分离出来，达到除磷的效果。因此只要污水中没有大量难降解的有机物，COD的去除是比较容易实现的。而脱氮除磷则比较复杂，一般涉及到硝化、反硝化、释磷和放磷的过程，由于各过程的要求不同，在同一污水处理系统中的各过程间就不可避免会存在矛盾。一般来说，为了达到较好的脱氮除磷效率，在运行中采用低污泥龄、高污泥负荷、增大回流比等指标进行脱氮除磷的工艺控制，但在实际生产运行中，高污泥负荷、增大回流比、低污泥龄会增加动力消耗和运行成本，不一定能达到较好的脱氮除磷效率；而有些时候，在碳源充足的条件下，低污泥负荷、降低回流比、缩短生化池停留时间、长污泥龄等仍能达到较好的脱氮除磷效率。

该污水净化厂A/A/O池的总容积为6400m3，厌氧段容积为900m3，缺氧段容积为900m3，好氧段容积为4600m3，有效水深为5.8m，在好氧段的末端与缺氧段之间设有内回流泵，厌氧区的进水方式采用厌氧池水面约3.0m处进水，厌氧区至缺氧区、缺氧区至好氧区的进、出水口均采用底部进、出水方式，二沉池回流污泥与进水在A/A/O池前的进水池混合后进入厌氧段。工艺流程见图1。好氧段溶解氧控制在0.5～2.0mg/L，厌氧段、缺氧段、好氧段的停留时间比为1︰1︰5.1，污泥浓度控制在4.0～6.0g/L，污泥负荷控制在0.1～0.2kgBOD5/MLVSS；3）水质要求COD＞100mg/L，SS＜350mg/L，pH ∶ 6～9之间 。

图1 工艺流程

表1 试验期间的污水进水水质

1.2 运行条件

运行条件主要为∶1）采用一组生化池 + 两个二沉池运行，关键设备运行正常，在线仪器仪表运行良好；2）参数控制∶从好氧段到缺氧段的内回流比控制在1︰1，二沉池混合液回流比控制在50%～60%，缺氧段溶解氧控制在0.5mg/L以下，厌氧段溶解氧控制在0.3mg/L以下，

表2 试验期间工艺运行控制参数

表3 试验期间进水、出水水质

2 试验数据采集

试验期间，采取数据实时记录，进水各项指标变化相对稳定，COD的浓度保持在150mg/L以上，气温在8℃～28℃，生化池水温15℃～24℃，微生物种类、数量较多，活性良好，原生动物占有优势，污泥沉降性能良好，各项工艺运行参数控制正常，曝气系统运行良好，鼓风机根据现场溶解氧情况调整，关键设备运行正常。试验期间的污水进水水质见表1，工艺运行控制参数见表2，进水、出水水质见表3，各项控制参数见表4。试验期间的周平均处理水量见图2，COD、BOD5进水、出水情况见图3，NH3-N、TP进水、出水情况见图4，COD、BOD5、NH3-N、TP的削减率情况见图5。

表4 试验期间各项控制参数

图2 试验期间周平均处理水量

图3 COD、BOD5进水、出水情况

图4 NH3-N、TP进水、出水情况

图5 COD、BOD5、NH3-N、TP的削减率情况

3 数据分析与讨论

3.1 碳源影响分析

碳是微生物生长需要量最大的营养元素，在脱氮除磷的系统中，碳源大致上消耗于释磷、反硝化和异样菌正常代谢等方面，其中释磷和反硝化的反应速率与进水碳源中的易降解部分有关，尤其是与挥发性有机脂肪酸（VFA）的数量关系最大。而城市污水中包含的易降解COD数量十分有限，导致系统中的释磷与反硝化之间存在因碳源不足的竞争性矛盾。由于可降解有机物在生物脱氮除磷时所起的关键作用，因此可生物降解有机物浓度与氮、磷浓度在进水中的比例对生物脱氮除磷系统的性能有极大影响，有文献指出，只要BOD5/TP＞25，BOD5/NH3-N＞4.5就能满足碳源要求。试验期间，COD的浓度保持在150mg/L以上，BOD5/TP＞25，BOD5/NH3-N＞4.5，良好的微生物活性及运行效果说明该有机物浓度满足了工艺除磷脱氮所需要的有机物浓度，这也解决了聚磷菌与硝化菌在争夺碳源处于劣势的问题，使聚磷菌有足够的碳源使用，工艺除磷效率达到了80%以上的碳源要求（见图6）。

图6 BOD5/NH3-N 、BOD5/TP情况

在生产运行中发现，当进水浓度长时间保持较低状态时，即COD小于100mg/L以下时，即使BOD5/TP＞25以上， BOD5/NH3-N＞4.5以上，虽然微生物活性正常，但系统的除磷效率偏低，脱氮效率仍然良好，说明进水碳源对生物系统除磷效率有很大的影响，对脱氮的影响相对较小（见表5）。进水COD低于100mg/L时TP的进、出水情况见图7，进水COD低于100mg/L时NH3-N的进、出水情况见图8。

表5 进水COD长时间小于100mg/L时的脱氮除磷情况

3.2 污泥负荷控制

在工艺运行控制中，决定有机污染物的降解速度、活性污泥增长速度及溶解氧被利用速度的重要因素是有机污染物与活性污泥量的比值，即污泥负荷，采用高的污泥负荷，将能加快有机污染物的降解速度与活性污泥增长速度，降低活性污泥反应器的容积；采用低污泥负荷，有机污染物的降解速度和活性污泥的增长速度都将降低，水质可能提高，因此在运行试验期间，有机污泥负荷主要控制在0.1～0.16kgBOD5/kgMLVSS·d，脱氮除磷效率均达到80%以上，主要原因是∶活性污泥微生物是活性污泥系统的核心，其可将水中的有机物氧化分解成无机物，达到脱氮除磷的目的。在进水碳源能满足脱氮除磷需要的情况下，将污泥浓度控制在4～6g/L，系统内有足够的微生物对原水中的有机物进行降解（见图9）。

图7 进水COD低于100mg/L时TP的进、出水情况

图8 进水COD低于100mg/L时NH3-N的进、出水情况

图9 试验期间系统有机负荷控制情况

3.3 回流比控制

在工艺运行中有混合液回流比控制和内循环比控制，两者的控制各有不同。为了维持较低的污泥负荷，要求有较大的回流比，方可保证系统有良好的硝化效果；而良好的硝化效果使回流污泥中的硝酸盐偏高，硝酸盐的存在影响聚磷菌的释磷效率，进而影响除磷效果。而过大的内循环比将使参与释磷过程的污泥比例减少，影响除磷效率，同时又会增加动力费用。

该工艺由于厌氧区在前，回流污泥不可避免地将一部分硝酸盐带入该区，聚磷菌放磷的条件是厌氧状态，并同时有溶解性的BOD存在，当厌氧区存在大量硝酸盐时，反硝化菌会以有机物为碳源进行反硝化，一方面消耗进水中的碳源有机物，影响聚磷菌合成PHB，进而影响到后续除磷等；另一方面通常等脱氮完全后才开始磷的厌氧释放，这就大大减少了厌氧区进行磷的厌氧释放的有效容积，影响除磷效果。因而在控制污泥回流量时，既要考虑二沉池的运行又要解决硝酸盐对释磷的影响。试验期间，采取了如下方法∶1）从二沉池通过回流泵送去厌氧段的回流比控制在0.5～0.6之间，控制进入厌氧区的硝酸盐量；2）回流污泥首先同原污水在厌氧池前的进水井处混合，然后再进入厌氧池，自然形成一个缺氧区，使污泥中的反硝化细菌利用原污水中的有机物作为碳源进行反硝化反应，将回流污泥中的一部分硝酸盐消耗掉；3）内回流比控制在1︰1。试验结果表明，系统在这种运行方式下，硝酸盐对厌氧区释磷的影响可以降低，同时也不影响二沉池的运行。

3.4 泥龄的影响

生物除磷的唯一渠道是剩余污泥的排放。为了保证系统的除磷效果需要维持较高的污泥排放量，必须相应降低系统的泥龄。但泥龄太低，硝化菌无法存活，且泥量过大也会影响后续污泥处理。针对此矛盾，在该试验中，由于出水采用的是国家一级B排放标准，在脱氮方面要求较高，根据进水水质BOD5/TP＞25、BOD5/NH3-N＞4.5的特点，生化池设计缺氧段、厌氧段、好氧段的停留时间为1︰1︰5.1，大于一般活性污泥法系统1︰1︰2.5的特点，同时考虑到试验期间的进水量与设计相比增加了约60%的特点（一组A/A/O池设计处理1.5万吨水量），适当调高了泥龄的控制，保持在10～15天。系统具有良好的脱氮除磷效率的主要原因是∶增加泥龄，相应也增加了厌氧区的SRT，增加了可生物降解有机物在厌氧区的发酵，使VFA生成量增加，从而提高聚磷菌的释放效率，进而提高了除磷效率。

3.5 A/A/O池停留时间

硝化和反硝化、释磷和吸磷是脱氮除磷系统密不可分的四个过程，在厌氧段、缺氧段、好氧段必须有足够的停留时间才能进行脱氮除磷的要求。一般来说，夏季硝化和反硝化分别需要1～2h和3～4h，释磷和吸磷时间分别需要1.5～2.5h和2～3h，冬季受低温影响还应适当延长。在运行试验中，好氧区的停留时间在5～7h之间，说明吸磷和硝化所需的停留时间满足了工艺需要。厌氧区、缺氧区的水力停留时间在0.8～1.2h（设计1.44h），不能满足释磷和反硝化的需要，但在工艺运行中，可以通过改变运行参数对系统的反硝化和释磷能力进行调整∶如对泥龄、溶解氧的控制，系统即具有良好的脱氮除磷效率。从另一方面也可以看出一个问题∶设计的两组生化池处理3万吨污水，而现在一组生化池长期的处理水量就在2万吨以上，有时持续在2.5万吨以上，这样在生化池各段的停留时间与设计相比减少了30%以上，但出水水质也能达到标准。这就为评估处理设施的运行能力提供了依据（见图10）。

图10 生化池内各段停留时间

3.6 溶解氧的控制

溶解氧对生物除磷的影响有两个方面，一方面聚磷菌要在有硝酸盐和氧的条件下在好氧区或缺氧区进行生物吸磷；另一方面，聚磷菌要在绝对厌氧的条件下进行释磷。既要保证曝气池有足够的DO完成磷的吸收，避免在二沉池出现磷的释放，又要防止在曝气段中过度曝气造成生物除磷能力下降。试验期间，因为现场装有溶解氧仪及自控系统运行良好，针对好氧区停留时间较长的特点，对溶解氧控制的区间进行了探讨分析，兼顾需要和节能，将现场的溶解氧控制在一个较窄的区间∶好氧段的DO控制在0.5～2.0mg/L之间，缺氧段控制在0.5mg/L以下，厌氧段控制在0.3mg/L以下。

3.7 温度对脱氮除磷的影响

一般情况下，聚磷菌的吸磷与释磷速率、硝化和反硝化以及酸化反应的速率随着温度的升高而升高，温度对硝化菌的影响最大，对除磷的影响较小。实验期间，A/A/O池水温在15℃～24℃之间，对系统的影响不大。从试验期间的结果来看，保持在此区间的水温对系统脱氮除磷的效果较好。

4 结论

在碳源充足的条件下，该厂采用低污泥负荷（0.1～0.16 kgBOD5/kgMLVSS·d）、回流量控制（50%～60%）、降低生化池停留时间、长污泥龄（10～15天）等方式，达到了较好的脱氮除磷效率。

[1] 郑兴灿，等.城市污水处理技术与典型案例[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2] 李亚新，等.活性污泥法理论与技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[3] 白少元，张华，林雨倩，等.活性污泥反硝化除磷性能的影响因素研究[J].中国给水排水，2013，29（15）：49-54.

Research on Technology Optimization and Operation by A2/O Active Sludge Process

JIANG Ting-hong1, QIU Li-min1, WANG Wen-sheng2, LU Xue-fei2
(1.Guilin Drainage Project Management Offce, Guangxi Guilin 541002;
2.Nanjing Beite Environmental Protection GE Manufacture Co., Ltd, Nanjing 211500, China)

Aimed at the practical operation in sewage purifying plant of Guilin Beichong, the paper carries through the research and analysis on the technology optimization and operation. The research includes the nutriments such as COD、BOD5、SS, nitrogen and phosphorus. The paper analyzes the inherence shortcomings of A2/O technology: The nitrifying bacteria, denitrifying bacteria and phosphorus bacteria subsist in contradiction and competition in demand of organic load, sludge age and carbon sources. Based on the problems of carbon sources, sludge load and sludge age, the tests and researches are made on the impact of the retention period of bio-chemical pool on the system dephosphorization and denitrifcation effciency. The result shows that the dephosphorization and denitrifcation effciency can be increased by adopting low sludge load, long sludge age and by decreasing the retention period of bio-chemical pool.

A2/O Technology Optimization; denitrifcation and dephosphorization effciency; sludge age

X703

A

1006-5377（2015）05-0038-06