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点击上方蓝字关注“公众号”以国内普遍采用的A2/O工艺为背景，通过与UCT工艺模拟对比揭示，A2/O在脱氮上略逊UCT，但在除磷方面明显落后于UCT。倒置A2/O虽能避免回流污泥中硝酸氮对厌氧释磷的影响，但却以牺牲生物除磷为代价。进言之，UCT较A2/O可聚集更多反硝化除磷细菌（DPB），这将最大化同步脱氮除磷作用，同时亦可节省曝气量。但是，UCT在生物除磷上的优越性会导致出水SS中高含磷量（5%~6%），所以，较高的出水SS（10mg/L）肯定会产生较高的出水总磷（TP）。降低出水SS（5mg/L）并辅助外加碳源或侧流磷沉淀，UCT不仅可以满足国家一级A标准，甚至还能达到京标A之地方严格标准。厌氧单元上清液侧流磷沉淀与外加碳源具有异曲同工之处，可以将化学除磷宏量效果好、生物除磷微量效果佳之特点发挥至极致，不仅避免了外加碳源，亦可实现磷回收。9月16日-19日，在青岛即将举办的“污水处理厂提标改造技术交流会”上，郝晓地教授将做题为“A2/O不宜作为污水处理升级改造工艺”的报告，为大家进行详细阐述，敬请关注！原创2017-09-05郝晓地中国给水排水郝晓地|A2/O不宜作为污水处理升级改造工艺第1页共19页2017/10/913:311郝晓地（1960-），男，山西柳林人，教授，从事市政与环境工程专业教学与科研工作，主要研究方向为污水生物脱氮除磷技术、污水处理数学模拟技术、可持续环境生物技术。现为国际水协期刊《WaterResearch》区域主编（Editor）。工艺模型设计实践表明，TUD与ASM联合模型亦适用于我国市政污水处理厂问题诊断、运行优化、工艺设计。因此，利用之前业已建立的TUD联合模型，采用AQUASIM2.0模拟软件，分别对A2/O、UCT、倒置A2/O工艺建立工艺模型进行模拟。1.1工艺设计水质结合北京某小型市政污水处理厂升级改造设计水量(20000m3/d)、水质（见表1），对模型所需COD参数按照污水水质特征化方法，将进水COD区分为如表2所示的S_I、S_A、S_F、X_I、X_S五种组分。表1 设计水质年平均值（mg/L）郝晓地|A2/O不宜作为污水处理升级改造工艺第2页共19页2017/10/913:31项目CODBOD5SSNH4+-NTNTP指标32016018548607.5表2 模型COD参数组分划分(mg/L)项目S_IS_AS_FX_SX_I指标243272137551.2A2/O设计参数与工艺模型参考我国南北方地区部分既有A2/O工艺实际运行参数，确定工艺模拟设计参数为：1）生化反应总水力停留时间HRT=13h，其中，厌氧段HRT=3h，缺氧段HRT=3h，好氧段HRT=7h；2）不设初沉池，二沉池HRT=3.6h；3）内回流比（QA）按进水水量（Qin）200%计，污泥回流比（QR）为进水水量（Qin）100%；4）污泥停留时间SRT=15d，好氧池溶解氧DO=2mg/L。模拟工艺流程如图1所示。图1 A2/O模拟工艺流程实际污水厂曝气池内流态接近推流式，这就需要对AQUASIM2.0中模拟单元以完全混合—推流式建立工艺模型（每个反应池分为串联的5个子反应器）。工艺模型中，二沉池分为清水区（60%）和污泥区（40%）两部分，包括水解、PAOs、异养菌、自养菌代谢活动的21个模型反应在污泥区亦全部开启，即考虑了沉淀池中微生物发生的各种生化反应。1.3UCT设计参数与工艺模型为与A2/O比较，图2显示的UCT模型工艺完全移植了上述A2/O模拟工艺设计参数，只不过增加一个内回流QB。郝晓地|A2/O不宜作为污水处理升级改造工艺第3页共19页2017/10/913:312图2 UCT模拟工艺流程1.4倒置A2/O设计参数与工艺模型倒置A2/O实际上是对A2/O在空间上将厌氧与缺氧位置对换，如图3所示。因此，模拟工艺设计参数也完全与A2/O一致。图3 倒置A2/O模拟工艺流程模拟结果与分析2.1出水模拟结果及分析北方污水处理厂冬季设计温度通常为12℃，夏季为20℃。为详细展示各工艺全年不同季节运行情况，再增加10℃和25℃两个极端温度进行模拟。模拟首先依据出水SS达到一级A标准（即10mg/L）进行，模拟至稳定状态后的各工艺出水水质数据对比见图4。因各工艺出水SS统一设定为10mg/L，所以，根据模拟数据可以直接计算出水SS中COD、N、P之含量（见图5）。郝晓地|A2/O不宜作为污水处理升级改造工艺第4页共19页2017/10/913:31（a）溶解性COD（b） 溶解性NH4+郝晓地|A2/O不宜作为污水处理升级改造工艺第5页共19页2017/10/913:31（c） 溶解性NO3-（d） TN（含SS）郝晓地|A2/O不宜作为污水处理升级改造工艺第6页共19页2017/10/913:31（e） 溶解性PO43-（f） TP（含SS）图4 出水模拟计算结果图4显示，各温度下三种工艺对COD去除几近一致，出水中溶解性SCOD≤25mg/L。NH4+-N硝化能力在20℃以下时UCT明显高于A2/O，比倒置A2/O亦好许多。因各工艺反硝化能力受碳源（COD）限制，20℃以下时UCT硝化产生的较多的NO3--N不能及时反硝化，以至于比其它两个工艺高1~3mg/L。就TN而言，因各工艺SS中所含N成分不尽相同，20℃以下时倒置A2/O要比其它两个工艺低1~2mg/L。无论溶解性PO43-还是TP，倒置A2/O表现均很差，几乎不具有生物除磷能力；而UCT在生物除磷方面要胜于A2/O。郝晓地|A2/O不宜作为污水处理升级改造工艺第7页共19页2017/10/913:31综上所述，倒置A2/O只具有较强的脱氮能力，在生物除磷方面则无所作为。这是因为倒置A2/O完全违背了要将易降解COD（VFAs）首先在厌氧单元用于PAOs/DPB吸收的原则，以至于用反硝化方式几乎耗尽了VFAs，导致PAOs/DPB无COD可以利用，在系统中难以繁殖。显然，在同步脱氮除磷方面，倒置A2/O应禁止应用。否则，P无法生物去除。 UCT因避免了回流污泥中NO3-对厌氧单元PAOs/DPB的影响（竞争VFAs），所以，显示出比A2/O更好的生物除磷能力。此外，因UCT进入缺氧单元实际存在两个循环（QA+QR），使实际回流比为300%，导致NH4+-N硝化机会较A2/O无形增加100%，所以，UCT的硝化能力好于A2/O。尽管UCT300%的缺氧回流比理论上亦有助于增加反硝化的机会，但因碳源（COD）限制而不能将硝化而来的NO3-及时反硝化。（a） 出水SS中COD、N含量郝晓地|A2/O不宜作为污水处理升级改造工艺第8页共19页2017/10/913:31（b） 出水SS中P含量图5 出水SS中COD、N、P含量图5显示，三种工艺出水SS中的COD和N含量基本相同，差别在于P含量。倒置A2/O出水SS中P含量明显很低（约占SS总干重2%），直接反映出SS中并不含PAOs/DPB。相反，UCT和A2/O出水SS中P含量高达5%~6%，且UCT要高于A2/O，这说明两工艺中均存在着相当的PAOs/DPB，这也是两工艺具有生物高除磷能力的一个旁证。2.2反硝化除磷菌（DPB）除磷贡献率反硝化除磷菌（DPB）首先发现于UCT和A2/O工艺之中，这种细菌使用同一碳源即可实现缺氧反硝化吸磷，可以在很大程度上避免以O2作为唯一电子受体的吸磷现象，不仅节省了脱氮除磷的碳源，亦可节省曝气量。表3列出了A2/O和UCT系统聚磷菌（PAOs）吸磷总量以及DPB在生物吸磷方面的贡献率。表3 反硝化除磷贡献率统计表表3显示，A2/O工艺中PAOs在缺氧以及好氧单元吸磷总量较UCT低22%~35%；UCT中PAOs的吸磷作用在20℃以下时作用特别明显（＞30%），应主要归功于DPB的反硝化除磷现象，低温时表现尤为突出，20℃以下时比A2/O高12%~14%。换句话说，UCT工艺生物除磷在很大程度上均以反硝化除磷为主。从这个意义上说，UCT在同步脱氮除磷方面的性能绝对优于A2/O。2.3降低出水SS水质效果模拟尽管UCT与A2/O具有较好的同步脱氮除磷能力，但限于出水较高的SS浓度（10mg/L），其出水TP浓度距离一级A标准仍然具有一定距离。因此，整体提高出水水质（进一步降低N、P浓度）的技术措施是降低出水中SS的浓度，这也是MBR工艺运用而生的主要理由。其实，设计和运行良好的传统二沉池完全可以达到与MBR膜分离几近一致的分离SS（≤5mg/L）的效果。即使传统二沉池难以胜任将SS降至≤5mg/L，后接简单砂滤即可奏效，况且目前还出现了高效沉淀设备。在上述模拟基础上，只需设定出水SS=5mg/L，其它任何参数保持不变。进一步模拟结果见图郝晓地|A2/O不宜作为污水处理升级改造工艺第9页共19页2017/10/913:316。（a） 溶解性COD（b）溶解性NH4+郝晓地|A2/O不宜作为污水处理升级改造工艺第10页共19页2017/10/913:31（c） 溶解性NO3-（d） TN（含SS）郝晓地|A2/O不宜作为污水处理升级改造工艺第11页共19页2017/10/913:313（e）溶解性PO43-（f） TP（含SS）图6 不同出水SS下模拟结果图6显示，降低出水SS后水质效果主要体现在出水TP上，效果非常明显，特别针对UCT，使出水TP从＞0.5mg/L降至＜0.5mg/L，已满足一级A排放标准（A2/O仍难以达标！）。这是因为UCT中PAOs/DPB含量多，SS中的P含量也就相应较高（5%~6%），因此降低出水SS对降低TP也就至关重要。其它出水指标（没有变化或略有变化，主要受出水SS降低后回流污泥浓度有所提高影响（MLSS浓度升高约100mg/L）。UCT工艺优化效果模拟郝晓地|A2/O不宜作为污水处理升级改造工艺第12页共19页2017/10/913:31上述模拟结果显示，UCT较A2/O工艺在脱氮上好一些，并在除磷方面好很多。然而，就特定模拟进水水质而言，即使UCT工艺也仅仅是满足国家一级A排放标准，还不能达到京标B标准（SS=10mg/L，COD=30mg/L，TN=15mg/L，NH4+-N=1.5/2.5mg/L，TP=0.3mg/L）、甚至是京标A标准（SS=5mg/L，COD=20mg/L，TN=10mg/L，NH4+-N=1/1.5mg/L，TP=0.2mg/L）。对此，可从外加碳源（增加C/P比）或侧流磷沉淀（相对提高C/P比）角度解决进水可降解碳源不足的问题。3.1外加碳源在上述模拟的基础上，保持进水总COD不变，对表2所列COD可降解组分（S_A:32mg