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A2/O系统运行规律研究纪庄子污水处理厂任俊智，韩绍瑜，周杨，李娟，敖家强，翟春宏，李伟，王磊摘要：随着城市化和工业化程度的不断提高以及化肥和农药的广泛使用，氮、磷等营养物质引起的水体富营养化的问题日益突出。水体富营养化引起水中藻类的过量繁殖，降低了水的透明度，使水带有异味，造成水中溶解氧降低。某些藻类产生毒素危害水生生物，影响人类健康，破坏了水生生态环境。1996年颁布实施的国家《污水综合排放标准》中明确规定了氮磷的排放标准，要达到这些排放标准，选择适宜的脱氮除磷技术在污水处理中变得日益重要。A2/O(Anaerobic/Anoxic/Oxic的简称)工艺作为除磷脱氮的主要工艺之一，具有处理效果好，处理过程稳定可靠、处理成本低、操作管理方便等优点。本文就是要通过研究A2/O工艺的机理、影响因素、工艺控制方法，以及有目的的拓展性试验，为污水处理运行提供有实用性和有价值的管理经验。关键词：A2/O；生物脱氮；生物除磷；溶解氧前言如今我国在发展工业化、城市化和现代化过程中，工业、农业和城市的发展是不平衡的。就环境污染而言，城市污水是水污染的重要污染源，其中氮和磷又是我国城市污水的两大主要污染物。随着城市化和工业化程度的不断提高以及化肥和农药的广泛使用，氮、磷等营养物质引起的水体富营养化的问题日益突出。水体富营养化引起水中藻类的过量繁殖，降低了水的透明度，使水带有异味，造成水中溶解氧降低。某些藻类产生毒素危害水生生物，影响人类健康，破坏了水生生态环境。事实上，现在水体富营养化问题越来越严重，氨态氮排入水体还会因硝化作用而耗去水体中大量的氧造成水体溶解氧下降。此外，饮用水中硝态氮超过10mg／L会引起婴儿的高铁血红蛋白症。水体富营养化影响给水水质，增加水处理成本，造成经济损失，严重影响国民经济的可持续发展。随着人们环境意识的增强，水环境污染的问题日益尖锐化，政府有关部门制定了污水中有机物和氮磷的排放标准，制定的控制指标越来越严格。2002年颁布实施的国家《污水综合排放标准》中明确规定了氮磷的排放标准，要达到这些排放标准，许多污水处理设施需要考虑脱氮除磷问题，因此选择适宜的脱氮除磷技术在污水处理中变得日益重要。常规的活性污泥法主要去除废水中含碳化合物，而对氮、磷的去除率很低。鉴于此情况，废水的脱氮除磷技术近年来得到迅速发展。微生物脱氮除磷技术由于得到广泛运用，为水体中氮、磷的去除提供了有效手段。A2/O工艺作为除磷脱氮的主要工艺之一，具有处理效果好，处理过程稳定可靠、处理成本低、操作管理方便等优点。近几年来，A2/O工艺相继用于处理城市污水、石油化工废水、食品加工废水等方面。研究A2/O工艺的生物脱氮除磷的机理、影响因素、工艺控制方法，以及在保证运行效果的同时，如何达到节能降耗的目的，已经成为污水研究领域的一个热点。A2/O工艺机理A2/O（Anaerobic/Anoxic/Oxic）生物脱氮除磷工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化脱氮工艺和生物除磷工艺的综合，其工艺流程如图1所示。污水经过厌氧（Anaerobic）缺氧（Anoxic）及好氧（Oxic）3个生物处理过程，BOD5、SS和以各种形式存在的氮和磷将一并被去除。A2/O系统一般采用推流式活性污泥系统。原污水首先进入厌氧段，兼性厌氧的发酵菌将污水中的可生物降解的大分子有机物转化为VFA（挥发性脂肪酸）这类分子量较小的中间发酵产物。聚磷菌可将菌体内贮积的聚磷酸盐分解，并放出能量供专性好氧的聚磷菌在厌氧的“压抑”环境下维持生存，另一部分能量还可以供聚磷菌主动吸收环境中的VFA这类小分子有机物，并以聚-β-羟基丁酸盐（PHB）形式在菌体内储存起来。随后污水进入缺氧区，反硝化细菌就利用好氧区中经混合液回流而带来的硝酸盐，以及污水中可生物降解的有机物进行反硝化，达到同时去碳脱氮的目的。厌氧区和缺氧区都设有搅拌混合装置，以防污泥沉积。接着污水进入曝气的好氧区，聚磷菌除了可吸收、利用污水中残剩的可生物降解的有机物外，主要是分解体内贮积的PHB，放出能量可供本身生长繁殖，还可以主动吸收周围环境中的溶解性磷，并以聚磷酸盐的形式在体内贮积起来。此时排放的出水中溶解态的磷浓度已相当低。好氧区中的有机物经厌氧区、缺氧区分别被聚磷酸盐和反硝化细菌利用后，浓度也相当低，这有利于自养型的硝化细菌的生长繁殖，此时NH+4经硝化作用转化为NO-3。非聚磷酸菌的好氧异养菌虽然也能存在，但它们在厌氧区受到严重的压抑，在好氧区又得不到充分的营养，因此在与其他生理类群的微生物竞争中处于劣势。排放的剩余污泥中，由于含有大量过量贮积聚磷酸盐的聚磷菌，污泥中磷含量很高，因此可较一般的好氧活性污泥大大的提高磷的去除效果。A2/O生物脱氮除磷系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌组成，专性厌氧和一般专性好氧菌等菌群均基本被工艺过程所淘汰。在好氧段，硝化细菌将入流中的氨氮及由有机氮氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐；在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入大气中，从而达到脱氮的目的；在厌氧段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，将磷去除。以上三类细菌均具有去除BOD5的作用，但BOD5的去除实际上以反硝化细菌为主。污水进入A2/O生物池以后，随着聚磷菌的吸收、反硝化菌的利用及好氧段的好氧生物分解，BOD5浓度逐渐降低。在厌氧段，由于聚磷菌释放磷，TP浓度逐渐升高，至缺氧段升至昀高。在缺氧段，一般认为聚磷菌既不吸收磷，也不释放磷，TP保持稳定。在好氧段，由于聚磷菌的吸收，TP迅速降低。在厌氧段和缺氧段，NH3-N浓度稳中有降，至好氧段，随着硝化的进行，NH3-N逐渐降低。在缺氧段，NO-3-N瞬间升高，主要是由于内回流带入大量NO-3-N，但随着反硝化的进行，NO-3-N浓度迅速降低。在好氧段，随着硝化的进行，NO-3-N浓度逐渐升高。纪庄子污水处理厂A2/O工艺构成一、纪庄子污水处理厂水区工艺介绍1984年4月28日投产运行的天津市纪庄子污水处理厂，是我市和我国第一座大型城市污水处理厂。2000年开始进行改扩建工程的设计施工，扩建后的纪庄子污水处理厂占地550亩，处理规模为54万吨／日，其服务面积为4140公顷，人口约为118万。考虑到常规的二级活性污泥处理工艺达不到对氨氮和总磷的有效去除，故扩建后的污水处理由原来普通活性污泥法改为A/O工艺和A2/O工艺。执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的二级排放标准。水区工艺流程见图2。二、纪庄子污水处理厂实际执行标准纪庄子污水处理厂实际执行的是《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的二级排放标准。即：悬浮物SS≤30mg/L生化需氧量BOD5≤30mg/L化学需氧量CODcr≤100mg/L总氮TN———氨氮NH3-N≤25mg/L（水温12℃时）；≤30mg/L（水温≤12℃时）总磷TP≤3g/L注：下列情况按去除率指标执行：当进水COD大于350mg/L时，去除率应大于60%；BOD大于160mg/L时，去除率应大于50%。纪庄子污水处理厂A2/O工艺运行效果一、进出水、A2/O生物池数据比较纪庄子污水处理厂于2005年12月份开始运行A2/O系统，2005年12月～2006年9月的平均进出水水质、出水水质及去除率见表-1。由表-1可得，2005年12月～2006年9月之间，BOD的去除率平均为92.66表-1进出水水质及去除率（12月～4月）月份2005年12月平均值2006年1月平均值2006年2月平均值2006年3月平均值2006年4月平均值取样点改建系统改建系统改建系统改建系统改建系统分析项目进水出水去除率（％）进水出水去除率（％）进水出水去除率（％）进水出水去除率（％）进水出水去除率（％）BOD(mg/l)120.9515.9686.804143.9114.2190.126112.7211.9889.372195.2716.8391.381188.8313.392.957COD(mg/l)28248.8782.67369.5249.4286.626317.6942.7786.537523.8156.4589.223577.4149.2491.472SS(mg/l)811186.42731184.932731480.8222921395.5482891594.81氨氮(mg/l)27.044.2784.20929.762.3392.17129.382.0992.88634.3318.5146.08240.4924.140.479硝酸盐氮(mg/l)1.37.831.1214.520.9819.251.29.581.363.26亚硝酸盐氮(mg/l)0.080.350.160.380.090.560.120.890.080.96总氮(mg/l)37.2913.9462.61742.4921.0750.41240.1625.8235.70751.3134.7432.29462.7450.3419.764凯氏氮(mg/l)34.1915.0855.89438.17.0381.54937.623.7390.08548.5122.9952.60856.6229.1948.446有机氮(mg/l)7.152.3467.2738.121.7578.4488.331.6480.31215.14.4870.33116.125.0968.424总磷(mg/l)2.920.6876.7123.570.9274.233.742.4833.696.560.8287.58.70.5693.563磷酸盐(mg/l)1.810.4376.2432.470.6673.2792.031.887.38922.360.5178.393.750.294.667PH7.617.297.627.327.527.37.547.337.697.66表-1进出水水质及去除率（5月～9月）月份2006年5月平均值2006年6月平均值2006年7月平均值2006年8月平均值2006年9月平均值取样点改建系统改建系统改建系统改建系统改建系统分析项目进水出水去除率（％）进水出水去除率（％）进水出水去除率（％）进水出水去除率（％）进水出水去除率（％）BOD(mg/l)215.3215.5192.797260.315.0594.218287.439.7796.601222.26.5597.052122.765.7995.283COD(mg/l)716.555093.02250752.0389.738583.2346.1692.085521.5848.7190.661303.3733.5388.947SS(mg/l)4671497.0023411595.6016531198.3153411097.067193895.855氨氮(mg/l)40.3123.1242.64549.0421.9755.240.6716.4659.52835.096.5381.39138.3812.0568.603硝酸盐氮(mg/l)2.765.062.959.770.815.622.67.852.2820.87亚硝酸盐氮(mg/l)0.080.960.070.940.2410.461.080.060.85总氮(mg/l)64.3745.3929.48661.3539.4935.63276.7928.0463.48558.3121.3863.33446.7428.6138.789凯氏氮(mg/l)56.4527.6451.03657.9624.0858.45470.7719.6272.27651.179.9780.51646.9814.2469.689有机氮(mg/l)16.414.5572.2738.912.176.43130.522.6691.28416.453.4479.0888.62.1475.116总磷(mg/l)10.410.9590.87410.270.659