A2O及其改良工艺脱氮除磷效果比较研究

A2O及其改良工艺脱氮除磷效果比较研究耿锋(常州市市政工程设计研究院，江苏常州213003)摘要：氮、磷是引起水体富营养化和环境污染的重要污染物质，其来源多，排放量大，除生活污水和动物排泄物外，工业污水以及垃圾填埋渗滤液等都含有大量的氮磷。因此，研究污水脱氮除磷技术，保护水体不受富营养化的影响，已成为一个亟待解决的问题。进入20世纪七、八十年代以来，随着研究工作的进行，对脱氮除磷的生物学原理的认识不断深入，诞生了多种生物脱氮除磷工艺。其中倒置A2/O工艺和改良型A2/O工艺生物脱氮除磷理论与技术工艺是污水处理领域的重要创新技术。本课题针对常州市江边污水处理厂改良型A2/O工艺，儒林、邹区污水厂倒置A2/O工艺、戚墅堰污水厂传统A2/O工艺有机污染物的去除效果，尤其是除磷脱氮效果进行了对比分析，推导出倒置A2/O工艺氮去除动力学模型，对常州市污水处理的除磷脱氮工艺设计与运行参数进行优化。研究结果表明，倒置A2/O工艺、改良型A2/O工艺生物脱氮除磷生化效率高、流程简捷、运行稳定，具有很高的实用价值，不仅可用于城市污水及具有相似水质条件的工业废水污水厂的建设，而且适用于传统活性污泥法污水厂的改造，值得推广使用。其中，倒置A2/O工艺，流程简单更加适合中小型污水处理厂；改良型A2/O生物脱氮除磷工艺由于其可调节性比较强，更符合大型污水处理厂。通过对儒林污水厂的倒置A2/O工艺氮去除动力学模型的推导，提出动力学表达式S＝S0exp（-0.0784h），验证结果显示，倒置A2/O池中NH3-N的实际出水值与理论出水值的平均误差为0.003023，方差为0.00848。理论值与实际值相差很小，该模型能适用于常州市倒置A2/O工艺的优化设计。关键词：脱氮除磷倒置A2/O工艺改良型A2/O工艺AbstractTheresolvableharmfulsubstancesuchasNitrogenandPhosphorremained.NandParethemajoritypollutionsourceofwatereutrophicationandenvironmentpollution,whichexistnotonlyinsewageandanimalexcrementbutinindustrywastewaterinwideareawithlargequantity.So,itisanimportantproblemtostudythetechnologyofnitrogenandphosphorusremovaltoavoideutrophication.Since1970’sand1980’s,manykindsofnitrogenandphosphorusremovaltechnicshavebeenraisedwiththedevelopmentofresearchonbiologytheoreticsofnitrogenandphosphorusremovaltechnology.TheoryandtechniqueofnitrogenandphosphorusremovalofmodifiedA2/OandinvertedA2/Otechnicsareveryimportantinwastewatertreatmentarea.SoweanalysistheeffectoftheremoveofnitrogenandphosphateinRulinwastewatertreatmentplant,ZouquwastewatertreatmentplantandJiangbianwastewatertreatmentplantinChangzhoucity.TheexperimentshowedthatmodifiedA2/OandinvertedA2/Oareofgreatapplicationvaluebecauseofhighbio-chemicalefficiency,simpleprocess,easymanagement,stableoperation,andloweconomicalandenergyconsumption.Theycanbeappliednotonlyinsewageplantandsimilarwatertreatment,butalsoalternationoftraditionalactivatedsludgesewageplant,forexample,ModifiedA2/OandinvertedA2/OtechnicsarerecommendedtoputintouseinChinawithsomanyadvantagesandgoodeffect,especiallytheinvertedA2/Oprocess.RemovethederivingofthedynamicsmodelthroughtheinversionA2/Ocraftnitrogenofthesewagefactoriesofacademiccircles,proposethedynamicsexpressionformulaS=S0exp(0.0784h),proveresultreveal,invertA2/OpoolrealityofNH3-Nsurfacevalueandtheorysurfacemeanerrorofvalue0.003023,varianceis0.00848.Theoryvalueandactualvaluedifferenceareverysmall,thismodelcanbesuitableforChangzhou'sinvertingtheoptimizationdesignofA2/Ocraft.Keywords:NitrogenandphosphorusremovalModifiedA2/OprocessInvertedA2/Oprocess1绪论1.1氮、磷污染及危害随着人类活动的不断增加，环境资源的不断改变，含氮污水排放急剧增加，废水中氮、磷等营养物质对环境所造成的影响逐渐引起人们的注意[1]。氮、磷是引起水体富营养化和环境污染的重要污染物质。水体富营养化即在自然条件下，随着河流夹带冲击物和水生生物残骸在湖底的不断沉降淤积，湖泊会从平营养湖过渡为富营养湖，进而演变为沼泽和陆地，这是一种极为缓慢的过程。但由于人类的活动，将大量工业废水和生活污水以及农田径流中的植物营养物质排入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后，水生生物特别是藻类将大量繁殖，使生物量的种群种类数量发生改变，破坏了水体的生态平衡。大量死亡的水生生物沉积到湖底，被微生物分解，消耗大量的溶解氧，使水体溶解氧含量急剧降低，水质恶化，以致影响到鱼类的生存，大大加速了水体的富营养化过程。水体出现富营养化现象时，由于浮游生物大量繁殖，往往使水体呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等，这种现象在江河湖泊中叫水华，在海中叫赤潮。这些藻类有恶臭、有毒，鱼不能食用。藻类遮蔽阳光，使水底生植物因光合作用受到阻碍而死去，腐败后放出氮、磷等植物的营养物质，再供藻类利用。这样年深月久，造成恶性循环，藻类大量繁殖，水质恶化而有腥臭，造成鱼类死亡。氮、磷来源较多，排放量较大，除生活污水和动物排泄物外，大量的工业污水，如石化、制药、食品等工业污水以及垃圾填埋渗漏水等，都含有大量的氮磷，因此，研究污水脱氮除磷技术，保护水体不受富营养化的影响，已成为一个亟待解决的问题[2]-[5]。随着水体富营养化问题日益严重，国家对氮磷排放要求日益严格，绝大多数不具备脱氮除磷功能的城市污水处理厂都面临着艰巨改造任务[6]。《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）对所有排放污水中的氮、磷量都做出了明确的规定：2006年1月1日起建设的污水处理厂，其中磷（以P计）的排放要严格控制在0.5mg/l（一级A标准）以下，其中氨氮的排放要求严格控制在5mg/l（一级A标准）以下。为了满足出水排放标准，绝大多数城镇污水处理厂都必须采用二级生化处理和深度脱氮除磷处理工艺技术。1.2生物除磷脱氮工艺概述生物同步脱氮除磷工艺既在一个处理系统中能同时实现对氮、磷进行去除，其中我国经常使用的工艺有：传统A2/O工艺、倒置A2/O工艺、改良型A2/O工艺、CAST工艺、MSBR工艺、UNITANK工艺等[7]。现重点介绍目前常用的几种处理工艺。1.2.1传统A2/O工艺传统A2/O（Anaerobic-Anoxic-Oxic）工艺是厌氧-缺氧-好氧生物除磷脱氮工艺的简称，它是70年代由美国专家在厌氧-好氧除磷工艺(A/O)的基础上开发出来的[8]。该工艺是传统活性污泥工艺、生物脱氮工艺和生物除磷工艺的综合，能同时具有去除有机物、除磷脱氮的功能，该系统可以称为最简单的同步除磷脱氮的工艺。从工艺上来说，它是在传统活性污泥法的基础上增加一个缺氧段和一个厌氧段[9]。其处理流程如下图所示，污水依次经过厌氧区，缺氧区和好氧区，好氧区出水一部分回流至缺氧区前端，以达到硝化脱氮的目的。其工艺特点主要是：工艺流程比较简单；厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌繁殖，减小无污泥膨胀；无需投药，运行费用低[37-39]。图1-1传统A2/O工艺流程图1.2.2改良型A2/O工艺改良型A2/O工艺（即MUCT，ModifiedUniversityofCapeTown）。图1-2改良型A2/O工艺流程图改良型A2/O活性污泥法工艺是通过厌氧、缺氧和好氧交替变化的环境完成除磷脱氮反应的。改良型A2/O活性污泥法工艺的特点是把除磷、脱氮和降解有机物三个变化过程巧妙结合起来，在厌氧段和缺氧段为除磷和脱氮提供各自不同的反应条件，在最后的好氧段提供共同的反应条件，通过简单的组合，很好地解决了除磷脱氮的矛盾。该工艺相对成熟可靠，处理效果稳定，对于管理水平较高、规模较大地城市污水处理厂比较适用。在反应池的布置型式上，可以考虑多点进水，根据实际的进水水质，来确定曝气池的运行方式，可按A2/O运行、A/O运行、普通活性污泥法运行等等，运行灵活，可以节约运行成本。此外，污泥回流泵的选择、污泥回流管的配置等方面设计中也可考虑倒置A2/O运行的可能性。该工艺在传统A2/O工艺的基础上，在厌氧池之前增设厌氧/缺氧池。来自于二沉池的回流污泥和10%左右的进水进入厌氧/氧调节池。其主要特点是：回流污泥和一部分污水进入该池进行反硝化，去除了回流污泥中的硝酸盐，消除（或大大降低）了回流污泥中硝态氮对后续厌氧池的不利影响，有利于厌氧池的聚磷菌释磷，同时抑制了丝状菌的繁殖，改善了泥水分离性能，从而使运行稳定、处理效果更好[10]。1.2.3倒置A2/O工艺倒置A2/O工艺（reversedA2/O）。其工艺流程图如图1-3。倒置A2/O工艺采用缺氧、厌氧及好氧的布置顺序，取消了内循环。其主要特点是：缺氧区位于厌氧区之前，硝酸盐在这里消耗殆尽，厌氧区ORP较低，有利于微生物形成更强的吸磷动力；微生物厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境，其在厌氧条件下形成吸磷动力可以得到更充分利用；缺氧段位于工艺的首端，允许反硝化优先获得碳源，进一步加强了系统的脱氮能力；工艺流程更为简捷[14]-[18]。污泥回流混合液回流90％进水10％剩余污泥厌氧/缺氧调节厌氧缺氧好氧二沉池出水出水污泥回流进水厌氧缺氧好氧二沉池剩余污泥混合液回流图1-3倒置A2/O工艺流程图1.2.4CAST工艺CAST（CyclicActivatedSludgeTechnology，循环活性污泥系统）。Ⅰ为生物选择器；Ⅱ为预反应区；Ⅲ为主反应区；RAS为回流活性污泥图1-4典型CAST池平面示意图CAST工艺是SBR（序批式活性污泥法）和ICEAS工艺的更新变型，它在主反应区（SBR池）的前面设置了生物选择器并将污泥回流到这里。生物选择器是容积较小的泥水接触区，它可在厌氧或缺氧条件下运行，在接触区形成了明显的基质浓度梯度，活性污泥能快速吸附和水解水中的有机物