摘要：从充分利用系统内碳源出发，将沉淀池污泥回流至前段厌氧池和后置缺氧池，同时将前段厌氧池内混合液分流一部分进入后置缺氧池，从而在后置缺氧池内，利用来自污泥细胞内碳源PHA（聚集羟基链烷酸）和糖原，实现内碳源深度脱氮，节省碳源，也大大减少剩余污泥量。本文作者根据自身研究污水生物脱氮除磷工艺多年的经验，对多个污水处理厂展开了深入的调研和分析，提出了污泥回流比R1、R2和混合液分流比F[1]等对A/O/A工艺生物脱氮除磷效果的影响，探讨了改良型—A/O/A脱氮除磷效果，希望能够对相关行业起到一定的促进作用。
关键词：城镇污水；生物脱氮除磷；污泥回流比R1、R2；混合液分流比F；C/N；污泥减量化
引言
系统内碳源的有效利用是影响污水处理脱氮除磷的重要限制因素，为此，开发了适用于处理低C/N 比、C/P 比城镇污水的反硝化除磷（DNPR）工艺[2]，如A2/O、UCT、BCFS 等单泥法工艺和A2N-SBR、DEPHANOX等双泥法工艺，它们均利用反硝化聚磷菌（DNPAOs）以NOx-N 为电子受体分解胞内储存的PHAs（聚羟基链烷酸）实现同时吸磷和反硝化脱氮，缓解脱氮和除磷在碳源竞争上的矛盾[3]。但存在混合液回流大、能耗与运行成本高等问题，工程化应用较难。近年来随着污水排放标准和污水厂节能要求的日益严格，后置反硝化工艺（A/O/A）逐渐成为研究热点。在传统A/O/A 工艺中，除磷和反硝化分别在好氧区和缺氧区完成，缺氧区往往存在反硝化所需碳源不足的问题，通常采用分段进水、外加碳源等方式改善系统反硝化性能。本研究从利用系统内碳源出发，将沉淀池污泥回流缺氧池，同时将厌氧池内混合液分流至缺氧池，利用内碳源PHAs和糖原作为缺氧段碳源。开发出改良型—A/O/A 工艺，以期低成本、简便操控下实现反硝化脱氮，强化系统脱氮除磷效果。达到出水标准优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918－2002一级A排放标准目标。
一、生物脱氮除磷原理
传统生物脱氮技术遵循已发现的自然界氮循环机理，废水中存在氨化菌、亚硝化菌、硝化菌和反硝化菌的作用下进行氨化反应、亚硝化反应、硝化反应和反硝化反应后最终转变为氮气而溢出水体，达到了脱氮目的。普遍认为氨氮的去除是通过硝化和反硝化这两个相互独立的过程实现的，由于对环境条件的要求不同，这两个过程不能同时发生，而只能序列式进行，即硝化反应发生在好氧条件下，反硝化反应则发生在严格的缺氧条件下。
生物除磷主要根据在厌氧条件下，聚磷菌释放出其细胞中的聚磷酸盐，同时产生自身生长所需的所需的能量，称该过程为磷的释放。进入好氧环境后，聚磷菌活力得到充分恢复，在充分利用基质的同时，从废水中过量摄取溶解态的正磷酸盐，从而完成聚磷的过程。富含磷的污泥通过剩余污泥外排的方式最终使磷得到去除。
传统A/0/A工艺便是在以上两种理论指导下，由厌氧区、好氧区和缺氧区组成的脱氮除磷工艺，但是在反硝化过程中1mg/L NH4+-N氧化为硝态氮要消耗7.07mg碱（以CaCO3计），并要消耗4.25mg碳源（以氧计），传统A/O/A工艺的缺氧池内碱度及有机物均难满足要反硝化需要的碳源与碱度，因此为了满足脱氮效果，传统A/O/A工艺需要向缺氧池中补充碳源和碱度。由A/O/A工艺演变的A/A/O工艺将缺氧池放置在O池前端，虽解决了碳源不足问题，但是脱氮效果受到硝化液回流比限制，脱氮效果难进一步提高，且硝化液内回流消耗大量能源。
二、改良型—A/O/A生物脱氮除磷工艺简介
改良型-A/O/A生物脱氮除磷工艺是在传统A/O/A工艺基础上增加一套沉淀池污泥回流至缺氧池系统和一套厌氧池混合液分流至缺氧池系统，从而实现对内碳源的有效利用，提高传统A/O/A工艺的脱氮除磷效果。改良型—A/O/A生物脱氮除磷工艺流程如下图1所示：
改良型-A/O/A工艺由六部分组成：
①—厌氧池：污水进水与从沉淀池排出的含磷回流污泥同步进入，本反应器主要功能是释放磷，同时部分有机物进行氨化；
②—好氧池：多功能单元，去除CODcr、BOD5、硝化和吸收磷等均在此处进行；
③—缺氧池：主要功能是反硝化脱氮，好氧池中硝态氮进入缺氧池进行反硝化；
④—沉淀池：功能是泥水分离，污泥大部分回流至厌氧池和缺氧池，其它部分作为剩余污泥排放，上清液作为处理水排放；
⑤—混合液分流系统：将厌氧池内混合液分流一部分至缺氧池，为反硝化系统提供碳源；
⑥—污泥回流系统：将沉淀池污泥回流至厌氧池，提高厌氧池污泥浓度，污泥回流至缺氧池既提高缺氧池浓度，又提供反硝化需要的内碳源。
三、改良型—A/O/A生物脱氮除磷工艺试验
3.1 试验装置
改良型—A/O/A生物脱氮除磷工艺的试验装置见图2，其中生化池（A/O/A部分）体积84L，沉淀池体积35L。生化池用隔板分为大小相同的八个分室，前两个分室为厌氧段（A 段），中间三个分室为好氧段（O 段），最后三个分室为缺氧段（A段），厌氧段：好氧段：缺氧段容积比=2：3：3，厌氧段和缺氧段内设有机械搅拌机，搅拌机转速200rpm。好氧段内设有曝气头，DO 控制在1.5 mg/L～2.5mg/L。厌氧段混合液部分被分流到缺氧段，其流量与进水流量之比简称为分流比，用F 表示。沉淀段污泥分别回流至厌氧段和缺氧段，其流量与进水流量之比简称为污泥回流比，用R1和R2表示。AOA 部分水力停留时间（HRT）16h，启动阶段泥龄（SRT）15d，污泥浓度在4000 mgMLSS/L 左右，设计进水流量为5.25L/h，温度为常温。
1-进水桶；2 进水泵（蠕动泵1）；3-搅拌机；4-气泵；5-气体流量计；6-厌氧段；7-好氧段；8-缺氧段；9-沉淀池；
10-出水桶；11-混合液分流泵（蠕动泵2）；12-污泥回流泵1（蠕动泵3）；13-污泥回流泵2（蠕动泵4）
图2 改良型—A/O/A装置图
3.2 污水水质
采用污水处理厂初沉池出水作为试验装置进水，污水进水CODcr 约为200mg/L，NH4+-N 约为40mg/L，PO43--P 为6mg/L，直接接种污水处理厂二沉池排放的剩余污泥。
3.3 试验方法
试验分四个阶段，试验持续时间、污泥回流比（R1和R2）、混合液分流比（F），见表1。
表1：试验条件表
在系统稳定运行工况下，每天取一次进水桶和出水桶水样进行分析，并对每个阶段取水质取平均值进行分析。
3.4 试验水质分析
表2：试验水质分析表
3.5 试验结果研究
（1）混合液回流比F、污泥回流比R1和R2与NH4+-N和TN去除率关系。随着F、R1、R2的提高，NH4+-N去除率稍有降低，但是去除率均在95%左右。TN去除率有大幅提高，由73%提升到89%。研究整个系统CODcr、NH4+-N和TN变化的规律，在反硝化池内可能存在着“亚硝化-厌氧氨氧化”反应，简称ANAMMOX，是指在缺氧条件下，通过微生物法的作用，以亚硝酸盐为电子受体，氨氮为电子供体，将硝态氮和氨态氮同时转化为N2的过程，该反应为化能自养型，不消耗碳源和氧气，是目前最简捷的脱氮反应。
NH4+ + NO2- → N2 + 2H2O
（2）混合液回流比F、污泥回流比R1、R2与PO43--P去除率关系。随着F、R1、R2的提高，PO43--P去除率总体呈现下降趋势，最终稳定在66.6%以上去除率。主要因生物除磷是通过排放剩余污泥实现，本系统为了充分利用内碳源，污泥回流比大导致剩余污泥排放量减少，最终导致总体PO43--P去除率降低。
四、结束语
4.1通过试验研究发现，在城镇污水低C/N比的原水水质条件下，不另外投加碳源，可实现89%以上TN去除率。改良型—A/O/A工艺的对提高传统A/O/A工艺TN去除率有明显的提升，出水水质优于GB 18918－2002一级A排放标准。
4.2 改良型—A/O/A工艺具有明显的污泥减量效果，通过测算污泥约减量35%，同时因为污泥排放量的减少导致系统TP去除效果降低，在试验过程中投加少量PAC即可达到深度除磷的效果。
4.3 改良型—A/O/A不需要额外向缺氧池补充碱度和碳源，减少大量药剂费用，同时好氧段停留时间只需6小时，也大大减少氧气供应量，减少能源消耗，是污水厂提标和节能改造的优选选方案。
4.4 改良型—A/O/A工艺具有工艺简单，控制简洁等优点，对现有氧化沟、AAO、AOA等工艺改造均易于实现。
参考文献：
[1] 张君杰、冯自松、张艳君、徐向阳. 新型AOA工艺脱氮除磷效果研究.资源节约与环保，2015年第9期：26-28.
[2] Van Loosdrecht MCM，Brandse FA，de Vries AC. Upgrading of wastewater treatment processes for integrated nutrient removal—the BCFS process [J]. Water Science and Technology，1998，37（9）：209-217.
[3] Kuba T，Smolders G，Vanbosdrecht MCM，etal. Biological phos-phorus removal from waste-water by anaerobic anoxic sequencing batch reactor [J]. Water Science and Technology，1993，27（5-6）：241-252.
论文作者:吴冬胜
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：碳源论文; 污泥论文; 工艺论文; 混合液论文; 脱氮论文; 污水论文; 效果论文; 《基层建设》2019年第15期论文;